近3年線粒體介導細胞凋亡的研究進展

向軍軍 ，賴菁菁，胡躍強

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近3年線粒體介導細胞凋亡的研究進展

向軍軍1，賴菁菁1，胡躍強2

1.廣西中醫藥大學2013級碩士研究生(南寧 530001)，E-mail：464674203@qq.com；2.廣西中醫藥大學第一附屬醫院

摘要：線粒體是細胞活動的“動力工廠”，在調節細胞生存凋亡過程中發揮關鍵性的作用。在細胞凋亡過程中，線粒體膜通透性轉換孔過度的開放會促使線粒體跨膜電位降低，導致一些相關的促凋亡因子，如細胞色素C凋亡誘導因子(apoptosis inducing factor，AIF)、B 細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族以及膜間隙中的Caspase 前體蛋白(procaspase)等從線粒體中釋放進入胞質，共同參與對細胞的調節。研究線粒體對細胞凋亡的機制，對于研究調控細胞凋亡具有極其重要的理論意義。本研究以線粒體對細胞凋亡作用近3年研究為基礎，對線粒體介導細胞凋亡中的作用機制進行綜述。

關鍵詞：細胞凋亡；線粒體；跨膜電位；膜通透性轉變孔；線粒體蛋白

細胞凋亡(apoptosis)是一種主動的、程序性的由基因控制的細胞自主性死亡方式，又稱其為細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)[1]。近年來凋亡研究已細化到線粒體介導細胞死亡調控的模式。并發現在細胞死亡的經典表現出現前，線粒體在膜完整性已經發生了改變，此改變包括了線粒體的內膜和外膜。因此認為線粒體對真核細胞在凋亡的調節中也發揮著重要作用。本研究從近3年線粒體跨膜電位、通透性轉換孔和線粒體相關蛋白方面進行綜述，以期能為研究提供思路。

1線粒體膜通透性改變

線粒體通透性轉換孔是存在于線粒體內外膜之間的一組蛋白復合體和非特異性通道，其主要作用于線粒體內膜的轉換孔開放；當轉換孔開放時，內膜上離子平衡被打破，基質水腫和外膜破裂，激活相關的凋亡因子，從而介導細胞死亡。線粒體通透性轉變孔與細胞凋亡線粒體通透性轉變孔(MPTP)同位于其內外膜之間。其周期性開放對維持線粒體內的穩態及電生理化學平衡起著重要作用。20世紀50年代MPTP 于線粒體基質內Ca2+濃度升高后出現廣泛可逆性水腫時首次觀察到[2]。目前研究認為，MPTP 是細胞凋亡及壞死的共同通路。抑制線粒體膜通透性轉換孔開放可改善心肌的舒縮及興奮恢復性質，可能與其對衰竭心肌細胞能量代謝的影響有關[3]。最新研究顯示，陳亞妮等[4]通過觀察速效救心丸對心肌缺血/再灌注大鼠線粒體通透性轉換孔及心肌細胞凋亡的影響，認為速效救心丸對大鼠心肌缺血/再灌注損傷具有一定的保護作用，其機制可能與抑制MPTP 的開放有關。

2線粒體跨膜電位改變

細胞凋亡在細胞凋亡早期，線粒體外膜對蛋白質的通透性增高，線粒體內膜的跨膜潛能降低[5]。當細胞凋亡信號傳遞至線粒體時，激活第 2 信使，如 Ca2+、Bcl-2(Bax)、神經酰胺和活性氧等；使線粒體釋放出細胞色素C(Cyt-C)與凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和 Caspases-9 形成復合體，導致Caspases-9的激活，進而繼續激活下游效應因子Caspases-3、Caspases-6、Caspases-7，使細胞進入凋亡[6]。有研究顯示穿心蓮內酯可以抑制人SKOV3、A431、HL-60細胞增殖，并可誘導SKOV3、A431細胞凋亡，其誘導凋亡可能與線粒體膜電位(MMP)下降有關[7-8]。有研究推測苦參堿影響線粒體的跨膜電位的MMP通道，其會導致MMP通道打開，從而觸發細胞凋亡的發生[9]。谷牧人等[10]用苦參堿對人乳腺癌MCF-7 細胞促凋亡作用分析，其促凋亡作用可能是通過降低線粒體跨膜電位而使MMP的通道打開。向明燈等[11]通過四溴雙酚A 對HepG2細胞線粒體膜電位及凋亡的影響研究。隨TBBPA 處理濃度增加，HepG2細胞存活率相應降低，線粒體跨膜膜電位下降，細胞凋亡率隨之增加，通過降低線粒體膜電位可引起細胞凋亡。多項研究表明在細胞凋亡中，都出現了膜電位的下降，且發生于細胞凋亡的形態學改變之前。此研究說明膜電位下降為凋亡的特異性改變，如果能保護線粒體膜電位的穩態，則有可能減少細胞凋亡[12-13]。

3線粒體相關蛋白的影響

3.1細胞色素C細胞色素C釋放是目前研究比較清楚的細胞凋亡生物化學途徑。正常情況下Cyt-C存在于線粒體內，參與線粒體呼吸鏈電子傳遞和細胞凋亡過程。在Bcl-2 等細胞凋亡因素刺激下，Cyt-C由線粒體內釋放到細胞質內，當Cyt-C由線粒體內釋放到細胞質中被認為是細胞凋亡的關鍵環節。潘曉青等[14]研究表明，低硒時Cyt-c通過從線粒體釋放入胞質發揮凋亡信號轉導作用，激活下游凋亡蛋白引起心肌細胞的凋亡。王雪芹等[15]研究顯示，當線粒體外膜通透性改變和膜電位下降，使游離的 Cyt-C釋放至胞質的含量增加，進入胞質內的Cyt-C 引起線粒體凋亡通路的下游基因蛋白發揮凋亡效應。

3.2凋亡誘導因子(AIF)凋亡誘導因子是一種主要的凋亡效應蛋白，主要位于線粒體膜間隙。關于其機制研究，趙宏賢等[16]通過對大鼠小腸平滑肌細胞受到凋亡因素刺激研究，顯示小腸肌層平滑肌線粒體內膜兩側電子梯度發生變化，引起線粒體膜電位下降，進而導致凋亡誘導因子(apoptosis in ducing factor，AIF)釋放進入胞質，引起細胞凋亡。張道宮等[17]通過對PARP-1 介導的AIF 通路參與了慶大霉素內耳損傷導致的前庭毛細胞凋亡的研究結果提示，其機制可能是通過PARP-1 活化而引起AIF 核轉位，誘導毛細胞的凋亡。徐勇剛等[18]實驗結果表明，在SDT 致大鼠C6 膠質瘤細胞凋亡的過程中，AIF參與對細胞的凋亡作用。并推測其途徑可能為，SDT 使線粒體膜通透性增加，位于膜間隙的AIF 從線粒體轉位至細胞質中，進而AIF 又轉位至膠質瘤細胞周圍和細胞核中，引起大鼠C6 膠質瘤細胞凋亡。

3.3Bcl-2家族蛋白B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族蛋白是線粒體凋亡途徑的關鍵，在細胞凋亡過程中有重要的作用[19]。主要是通過調節線粒體膜孔隙所形成的蛋白，進而調節線粒體促凋亡因子的釋放，參與線粒體介導的細胞凋亡。

3.3.1抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)Bcl-2是重要的凋亡抑制蛋白，在即將凋亡的細胞中呈低表達。Bcl-2蛋白主要通過形成同源或異源二聚體，以及與胞內蛋白因子的相互作用阻遏PCD，Bax及BH3類蛋白則促進細胞凋亡。有研究顯示下調Bcl-2蛋白的表達，會促進細胞凋亡[20]。戴焱焱等[21]通過長期對人細胞HEPG2藥物干預后檢測顯示，抗凋亡蛋白Bcl-2呈時間依賴性降低，促凋亡蛋白Bax呈時間依賴性增加。因此而證實線粒體中Bcl-2蛋白在細胞凋亡中起到重要的作用。

3.3.2促凋亡蛋白Bax促凋亡蛋白Bax 在正常情況下其主要存在于細胞質中，當細胞受到凋亡刺激后才轉位至線粒體上，作用于線粒體，促使線粒體產生系列變化介導細胞凋亡。關于Bax蛋白對細胞凋亡的研究較多，其中Zhang 等[22]在研究PHB 蛋白表達與人體胃癌細胞系BGC823 細胞凋亡之間的聯系時發現，當Bax 表達上調時，細胞凋亡率升高。Sehrawat 等[23]通過對花姜酮作用于人乳腺癌細胞(MCF-7、MDA-MB-231)研究，發現該藥物能同時促進Bax的表達，誘導細胞發生凋亡。Goloudina等[24]研究指出，在癌細胞中，當Wip1 磷酸酶過表達時，能促進Bax 表達，二者協同促進癌細胞的凋亡。全超等[25]通過研究磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶(PHGPx)對p，p’-DDE 誘導大鼠睪丸生精細胞凋亡的作用時發現，一定劑量的p，p’-DDE 可以促使Bax 表達水平顯著升高。國內外研究均證實了Bax表達量的上調與細胞凋亡呈正相關。

3.4半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族Caspase家族是近年來最新發現存在于胞質溶膠中結構相關的半胱氨酸蛋白酶，主要位于細胞凋亡調控的下游。其家族共分三類：凋亡啟動因子、凋亡執行因子以及炎癥介導因子。其中凋亡啟動因子主要位于級聯反應的上游，其中包括Caspase-2、Caspase-8 和Caspase-9 等，然后在相關蛋白的輔助作用下發生活化，進而識別及激活下游的Caspase。此類研究國內外較多，Cheng 等[26]研究發現，當雄黃作用于宮頸癌細胞后，通過促進細胞色素C的釋放，并激活Caspase-3，使細胞進入不可逆的凋亡階段。Imre 等[27]通過觀察金黃色葡萄球菌α-毒素及氣單胞菌溶素誘導的上皮細胞凋亡研究時發現，Caspase-2 為凋亡啟動因子并促使細胞發生凋亡，同時研究還發現Caspase-2 的表達下調可以抑制細菌成孔毒素介導的細胞凋亡。

4小結與展望

細胞凋亡與線粒體關系密切。在細胞凋亡過程中，當內外凋亡刺激作用于線粒體后，引起線粒體通透膜及相關蛋白的釋放，促使細胞進入凋亡程序。近年來對細胞凋亡的研究主要集中在線粒體上，關于其與細胞凋亡的相互作用機制已漸進成熟。但對于凋亡刺激作用后，凋亡蛋白的如何整合至線粒體及上下游蛋白的表達機制或許可以能有更全面的認識。進一步研究線粒體在細胞凋亡中的作用，有助于深入了解細胞凋亡的機制。一方面，可嘗試通過作用于線粒體通路中諸多調控蛋白在細胞凋亡過程中的作用靶點來阻斷凋亡繼續進行，從而治療相關疾病。另一方面，可利用其凋亡機制深入探索干預癌癥細胞的治療，促使癌細胞凋亡，以達到治愈癌癥的目的。線粒體與細胞凋亡的研究在現代醫學發展有著重要意義。

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(本文編輯王雅潔)

基金項目：廣西高等學校優秀中青年骨干教師培養工程資助成果(No.重2012046)

通訊作者：胡躍強，E-mail：shitousay111@tom.com

中圖分類號：R329.5

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.13.018

文章編號：1672-1349(2016)13-1497-03

(收稿日期：2015-11-30)