缺血性腦血管疾病中的凋亡基因研究新進展

摘要：最近有研究發現在缺血半影區或者梗死區域許多神經元在腦缺血幾天或幾小時后出現凋亡并非壞死，神經元可在缺血后一段時間后具有復原的潛能[2]。本文就腦缺血后細胞凋亡基因如Bcl-2家族，Par-4，P53，Caspase，Fas，AIF和IECs細胞凋亡的調控機制進行一簡要綜述。

關鍵詞：缺血性腦血管疾病；凋亡相關基因

腦缺血，即腦部供血不足，導致腦組織功能障礙及死亡，其分為局限性和全腦性。腦缺血可以導致低代謝率，能量供應不足，可誘發視覺，肢體動作和語言障礙，進一步可導致心臟呼吸停止，腦組織不可逆損傷[1]。在腦缺血性中風發生的幾分鐘內，受到最劇烈的血流量減少影響的腦組織中心會遭受致命創傷隨后立即壞死。包圍壞死中心區域的是受血流減少影響較小的組織，其功能表現靜息，但仍保持代謝活躍，其邊界區域就構成了缺血半影區。

腦缺血可以通過不同的途徑誘導神經元凋亡，包括內源途徑(如Bcl-2家族，P53，Caspase等基因)和外源途徑（如Fas）。下文將介紹腦缺血中不同細胞凋亡基因（如Bcl-2家族，Par-4，P53，Caspase，Fas，AIF和IECs）的最新研究，探討其相關的凋亡機制。

1 Bcl-2家族基因

B細胞淋巴瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）家族蛋白根據其促進或者抑制凋亡的反應以及它們所占有的Bcl-2同源區域（BH）分為三個類：一類為抗凋亡蛋白，包括Bcl-2，Bcl-xL，Bcl-w，Mcl-1和A1/Bfl-1等；一類為促凋亡蛋白，包括Bax，Bak和Bok/Mtd。此兩類均由1-4個Bcl-2同源區域(Bcl-2 homoIogydo-main，BH)構成，BH1-BH4均具有α螺旋結構。另外一類則是BH3-only蛋白（如Bid，Bim/Bod， Bad， Bmf， Bik/Nbk， Blk， Noxa， Puma/Bbc3， Hrk/DP5），其僅占有BH3結構域[3]。Bcl-2能改變線粒體的理化性質從而抑制細胞凋亡，如通過調節線粒體膜對一些凋亡蛋白前體的通透性。在全腦缺血再灌注后海馬CA1區及CA3區中發現，Bcl-2過度表達能減弱Fas和TNFR1蛋白在全腦缺血再灌注后的表達，明顯減少凋亡細胞數[4]。一部分的BH3-only蛋白如Bid、Bad可通過激活Caspase-9或者Apaf-1（凋亡酶激活因子1）誘導細胞凋亡。Bax能允許一些離子和小分子如細胞色素C等穿過線粒體膜，進入細胞質，從而引起細胞凋亡。PUMA蛋白也可以通過誘導細胞色素C的釋放以及Caspase的激活從而誘導凋亡[5]。然而，抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-w能與Bak形成異源二聚體，隨后中和Bak促凋亡的作用，從而抑制細胞凋亡。通過免疫組化以及免疫電鏡，研究發現在腦缺氧缺血新生小鼠模型上，Bcl-2易位到細胞核內并在其中蓄積。他們同時也發現在體內缺氧缺血后以及在體外培養的人神經母細胞瘤細胞（IMR-32）中載體的挑戰后，Bcl-2總體水平下降，蛋白酶抑制劑CX295可阻止其在體內外的下降，證明了Bcl-2的減少依賴于蛋白酶。在缺血后的大鼠的同側紋狀體內發現，Bcl-2可提高鈣緊張素水平，同時抑制骨形態發生蛋白4的表達，提示著Bcl-2通過下調BMP-4的表達的提升缺血誘導紋狀體神經發生的分子調控機制。在腦缺血中Bcl-2家族基因在神經元凋亡的促進和抑制都起著舉足輕重的作用。

2 Par-4基因

前列腺凋亡反應素-4 (Prostate apoptosis response-4 ，Par-4)，是一種促凋亡基因，Par-4蛋白是凋亡細胞對外界刺激反應而產生的一種亮氨酸拉鏈結構域蛋白。由于Par-4對PKA 有高度選擇性，所以其能夠誘導含高水平PKA的癌細胞凋亡，而對正常細胞不起作用。El-Guendy 發現了Par-4的效應結構域SAC(aa137-195)具有入核、激活Caspase、抑NF-κB活性以及誘導凋亡的能力。Par-4可以激活Fas/FasL-FADD-Caspase8凋亡途徑，還可以降低ζPKC酶的活性，增強WT1（Wilms瘤抑癌基因）的抑制活性，隔絕TOP1（拓撲異構酶1），從而減低NF-κB活性，誘導細胞凋亡。近來發現在小鼠大腦中動脈閉塞（MCAO）模型中，比較Par-4缺陷型和野生型小鼠體內腦靜脈，血腦屏障，腦水腫中白細胞和血小板的凝集和粘附的情況。結果顯示Par-4缺乏可部分通過抑制血小板活化和微血管炎癥的衰減，從而保護腦缺血/再灌注帶來的損傷。Par-4在腦缺血對于神經元凋亡調控存在多樣性的特點。

3 P53基因

P53基因是在DNA病毒SV40轉染的哺乳動物細胞中發現的一種與 SV40大T抗原結合的蛋白。因其分子量為53 kd，故命名為 P53，可以分為野生型和突變型兩種。如果DNA遭受外來損傷，P53可作為轉錄因子誘導一系列下游基因的表達，介導細胞停止在G1期，使DNA有足夠的時間得到修復，如果修復失敗，則啟動凋亡程序清除細胞。P53可易位到線粒體，隨后與Bcl-xL相互作用從而引起細胞色素C的釋放從而誘導凋亡。近來也有研究發現，在短暫性腦缺血大鼠模型中，P53也可以在轉錄水平上激活PUMA，后者可以誘導細胞色素C的釋放以及caspase的激活從而神經元的凋亡。就目前的研究顯示，P53主要通過與Bcl-2家族的相互作用調控凋亡，是否存在其他途徑有待進一步研究。

4 Caspase基因

天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(Cysteine Aspartate Specific Proteases， Caspase)，以無活性的酶原形式存在于細胞質中。迄今已發現Caspase14種，可以分成三類，第一類是凋亡起始者（-2，-8，-9，-10，-15），第二類是凋亡執行者（-3，-6，-7），第三類則與促炎癥反應有關（-1，-4，-5，-11，-12，-13，-14）。目前與腦缺血有關研究的比較多的是Caspase-3，Caspase-8以及Caspase-9。凋亡誘導期，線粒體膜通透性（PT）改變，造成細胞色素C的釋放，細胞色素C可以與凋亡蛋白酶活化因子（Apaf-1）和procaspase-9結合形成凋亡復合物（apoptosome），使得procaspase-9自體剪切激活。活化的Caspase-9又可以激活Caspase-3，Caspase-3可以分裂聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶（PARP），并最終導致神經元凋亡。另外，Fas與FasL結合后形成死亡誘導信號復合物，從而激活Caspase-8，后者可啟動Caspase-3的下游裂解，從而分裂聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶導致細胞凋亡。Carlsson等在新生9d的小鼠缺血缺氧模型上發現，相對于野生型的小鼠，Caspase-2缺乏型小鼠表現出更少的壞死和白質的損害，而且在丘腦和海馬中Caspase-3的激活顯著的降低，揭示著Caspase-2在Caspase依賴凋亡中扮演著重要的角色。由此可見，Caspase在神經元凋亡中起著不可或缺的角色。

5結論

在缺血性腦血管疾病的發生發展過程中，Bcl-2基因家族，Par-4，IECs，P53，Caspase，Fas和AIF等多種凋亡基因，以及多種miRNAs均參與了腦細胞凋亡的發生。腦缺血中凋亡基因更深入的分子研究，有助于為腦缺血性腦血管疾病提供更好的臨床治療策略。

參考文獻：

[1]Incorporated CH: \"Brain Ischemia (Cerebral Ischemia)\". 2003.

[2]Taylor RC， Cullen SP， Martin SJ: Apoptosis: controlled demolition at the cellular level[J]. Nature reviews Molecular cell biology 2008， 9(3):231-241.

[3]Kvansakul M， Yang H， Fairlie WD， Czabotar PE， Fischer SF， Perugini MA， Huang DC， Colman PM: Vaccinia virus anti-apoptotic F1L is a novel Bcl-2-like domain-swapped dimer that binds a highly selective subset of BH3-containing death ligands[J].Cell death and differentiation，2008， 15(10):1564-1571.

[4]吳剛，薛榮亮，呂建瑞，等.全腦缺血再灌注后Fas、TNFR1蛋白的表達與細胞凋亡的關系及Bcl-2過度表達對其的影響[J].南方醫科大學學報 2011，31(8).

[5]Nakano K， Vousden KH: PUMA， a novel proapoptotic gene， is induced by p53[J].Molecular cell，2001，7(3):683-694.編輯/申磊