不同運動強度下肝細胞凋亡的機制①

李明

(泰山學院 山東泰安 271021)

肝細胞凋亡的途徑可分為內源性和外源性兩種形式。外源性途徑起始于胞外死亡誘導信號(腫瘤壞死因子,如Fas、TNF)與細胞表面的受體結合,一旦結合,導致caspase-8的募集和同源性激活,激活的caspase-8再進一步激活其下游的caspase,最終導致由酶級聯反應所介導的細胞凋亡。內源性途經,是指細胞凋亡的線粒體途徑。該途徑通過改變線粒體的正常生理功能、結構導致內外膜的通透性發生改變并形成通透性轉變孔(PTP),隨后細胞色素C外溢,引發細胞凋亡。這兩條途徑之間還存在著一定的聯系,如通過BH3單結構域蛋白(Bad、Bim)能將凋亡信號由細胞膜傳遞到線粒體,一般認為此時誘發的細胞凋亡線粒體途徑起到放大凋亡信號的功能。

1 運動與肝細胞凋亡

1.1 大強度運動與肝細胞凋亡的機制

在大強度運動中或恢復期內肝細胞內ROS驟然增加,鈣離子超載,同時吞血漿中TNF家族因子增多,使肝在結構、功能方面遭受嚴重損傷乃至引發凋亡。

1.1.1 氧自由基與肝細胞凋亡

(1)運動中肝細胞內的氧自由基的產生及積累。大強度運動時,肝臟處于缺血缺氧狀態,ATP合成減少,導致肝細胞內AMP累積,若大強度運動造成運動肌損傷,還會導致損傷肌肉內白細胞的聚集并有可能誘發中性粒細胞的呼吸爆發,產生的大量自由基極有可能超過機體的抗氧化系統的能力以至于隨血液進入肝臟。大強度運動時肝細胞產生的過多ROS可能激活肝血竇或肝小靜脈的內皮細胞并使之表達ECAM,中性粒細胞表面粘附分子同內皮細胞新表達的ECAM結合在一起,中性粒細胞被激活,啟動了持續時間較長的粘附依賴性的氧化應激和去粒化反應,產生大量的自由基。

(2)ROS誘發肝細胞凋亡的途徑。研究發現,受ROS損傷的DNA會激活酪氨酸激酶(tyrosine kinase)c-abl,后者再激活凋亡信號調控激酶(ASK1),激活的ASK1進一步激活P38和C-JNK,P38被激活后可磷酸化BCL-2,從而使BCL-2抑制BAX的作用消失,并引起CytC的釋放,導致細胞凋亡。若JNK被激活,它也可將BCL-2磷酸化(Ser-70,Ser-80),誘發細胞凋亡。實驗也發現ROS也可直接激活ASK1,這是因為ROS可直接將抑制ASK1活性的硫氧還蛋白氧化,使其從ASK1上脫落,ASK1被激活。

1.1.2 Ca2+變化與肝細胞凋亡

激活磷脂酶,被激活后會作用于線粒體膜和細胞膜上的鞘磷脂,并使其分解產生具有細胞毒性的神經酰胺,誘發肝細胞凋亡。

1.1.3 TNF家族(tumor necrosis factor腫瘤壞死因子)與肝細胞凋亡

大強度運動時,一方面由于肝臟缺血嚴重,導致少量細胞壞死,引起炎癥反應,單核巨噬細胞釋放TNF,肝臟內的吞噬細胞就是Kupffer細胞。研究發現在缺血/再灌注損傷早期,KCs分泌的促炎癥因子如如腫瘤壞死因子(TNF-α)、白細胞介素等均發生在粘附分子的表達、趨化因子的分泌和中性粒細胞聚集之前,聚集在肝內的中性粒細胞會通過阻塞微循環和釋放蛋白激酶直接傷害肝臟,所以KCs是導致肝組織損傷的最重要的、最關鍵的因子之一,可是KCs引發損傷的具體機制目前尚未清楚,臨床上認為,細胞內毒性和脂多糖是誘發KCs分泌促炎性因子介導物并最終導致肝細胞損傷的強有力的刺激物。另一方面高強度運動中肌肉損傷引起白細胞激活,也會產生大量的TNF,并隨血液進入肝臟。此外,運動中產生的ROS也是TNF生成的重要刺激物。

FasL配體是一個同源三聚體,可以結合三分子的Fas。兩者一旦結合,后者便通過其細胞內段的死亡域DD同FADD羧基端的DD(Fas受體相關死亡域蛋白)的相互作用,募集細胞內的FADD,FADD氨基末端的死亡效應域DED同Caspase-8中的DED相互作用,將Caspase-8募集到Fas區域,Fas、FADD、Caspase-8變形成了死亡誘導信號復合體DISC(death inducing signal complex),在DISC復合體中Caspase-8由于寡聚化水解活性增強而自我剪切活化,然后返回細胞質啟動Caspase級聯反應。

激活的Caspase-8在胞漿中裂解BID,裂解產物的羧基端片段TBid轉移到線粒體上,誘導CytC的釋放,從而將死亡受體通路同線粒體通路聯系起來,有效地放大了凋亡信號。

1.2 中等強度非力竭性運動引起肝細胞凋亡的機制

中等強度運動中氧自由基主要通過線粒體途徑產生,數量少并且被細胞內的抗氧化物質及時地清除;細胞內鈣離子在內質網和線粒體協調下能保持紊態。一般不會誘發肝細胞凋亡;如果有一般是衰老的細胞或腫瘤細胞,因為前者的呼吸鏈受到損傷,而后者代謝旺盛,通過電子傳遞鏈途徑兩者都會產生大量的氧自由基,導致自身凋亡。

1.3 力竭性的中等強度運動引起肝細胞凋亡的機制

進行力竭性的有氧運動時,由于運動時間長,肝細胞內通過電子傳遞鏈產生的氧自由基大大增加,同時肝細胞內糖類耗竭,從而誘發肝細胞凋亡。

2 研究的趨勢與發展前景

運動強度、運動時間對肝細胞凋亡有著重要的影響,深入探討運動強度、運動時間對肝細胞凋亡的影響,既有利于闡明運動性疲勞產生和運動性損傷的機制,又有助于研制運動性營養補劑預防運動性肝損傷。隨著全民健身計劃的實施,研究運動誘發肝細胞凋亡的機制等將成為運動醫學的研究熱點內容。

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