Bcl-2家族研究進(jìn)展

賈煒

細(xì)胞凋亡（apoptosis）是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡［1］。細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死不同，細(xì)胞凋亡不是一件被動(dòng)的過(guò)程，而是主動(dòng)過(guò)程，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，由死亡信號(hào)誘發(fā)的受調(diào)節(jié)的細(xì)胞死亡過(guò)程,是細(xì)胞生理性死亡的普遍形式。凋亡過(guò)程中DNA發(fā)生片段化，細(xì)胞皺縮分解成凋亡小體，被鄰近細(xì)胞或巨噬細(xì)胞吞噬，不發(fā)生炎癥。凋亡是多基因嚴(yán)格控制的過(guò)程。這些基因在種屬之間非常保守，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等［2］。

近年來(lái),在細(xì)胞凋亡調(diào)控中起重要作用的B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell leukemia-2,Bcl-2)家族蛋白的研究眾多,Bcl-2被證實(shí)是最重要的有明顯抑制細(xì)胞凋亡作用的基因。Bcl-2家族包括抗凋亡蛋白(如Bcl-2，Bcl-xL，Bcl-w，Mcl-1,Bfel，Al，Ced-9等)和促凋亡蛋白(如Bcl-rambo,Bid，Bax，Bak，Bcl-xS，Bad，Bik等)。多數(shù)成員間有兩個(gè)結(jié)構(gòu)同源區(qū)域，在介導(dǎo)成員之間的二聚體化過(guò)程中起重要作用。Bcl-2成員之間的二聚體化是成員之間功能實(shí)現(xiàn)或功能調(diào)節(jié)的重要形式。除Bak之外，大部分Bcl-2家族蛋白通過(guò)羧基末端的疏水基插入到線(xiàn)粒體外膜上［3］。

目前的研究絕大多數(shù)著重揭示的是Bcl-2家族在線(xiàn)粒體與細(xì)胞質(zhì)中如何發(fā)揮功能［4］。對(duì)Bcl-2家族成員的研究發(fā)現(xiàn)，Bcl-2家族蛋白在細(xì)胞凋亡過(guò)程中由其抗凋亡成員和促凋亡成員之間協(xié)同作用，通過(guò)線(xiàn)粒體途徑共同決定細(xì)胞是否進(jìn)入凋亡程序。

1 抗凋亡蛋白

1.1 Bcl-2

Bcl-2的亞細(xì)胞定位已經(jīng)明確，它在不同的細(xì)胞類(lèi)型可以定位于線(xiàn)粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及核膜上，并通過(guò)阻止線(xiàn)粒體細(xì)胞色素C的釋放而發(fā)揮抗凋亡作用。此外，Bcl-2具有保護(hù)細(xì)胞的功能，Bcl-2的過(guò)度表達(dá)可引起細(xì)胞核谷胱苷肽（GSH）的積聚，導(dǎo)致核內(nèi)氧化還原平衡的改變，從而降低了Caspase的活性。有報(bào)道，Bcl-2經(jīng)蛋白酶催化裂解后則轉(zhuǎn)變?yōu)榇俚蛲龅鞍踪|(zhì)分子,因而可刺激Cyt c釋放［5］。

1.2 Bcl-xL

Bcl-xL是Bcl-2蛋白家族中重要的抗凋亡蛋白［6］，Bcl-xL基因敲除的小鼠表現(xiàn)出比Bcl-2敲除小鼠(幾個(gè)月內(nèi)死于腎衰竭)更嚴(yán)重的表型，胚胎13天即死亡。Bcl-xL為一凋亡相關(guān)基因，具有兩種RNA拼接形式—長(zhǎng)型Bcl-xL及短型bcl-xS，其中BclxLmRNA編碼的蛋白功能類(lèi)似Bcl-2，可使細(xì)胞耐受細(xì)胞生長(zhǎng)因子撤除誘導(dǎo)的凋亡［7］。Bcl-xL可能作為一種新的耐藥途徑，通過(guò)抑制化療藥物誘發(fā)的白血病細(xì)胞凋亡參與多藥耐藥的形成，可以作為預(yù)測(cè)耐藥及判定預(yù)后的一種參考指標(biāo)。Bcl-xL在某些腫瘤細(xì)胞中的高表達(dá)與細(xì)胞耐藥相關(guān)［8-10］。

1.3 Bcl-w

一些Bcl-w缺失的大鼠也沒(méi)有生育能力［11］。

1.4 Mcl-1

Mcl-1是現(xiàn)場(chǎng)所有血細(xì)胞（包括免疫系統(tǒng)細(xì)胞）的干細(xì)胞存活必須的。Mcl-1是個(gè)抗凋亡因子，它阻止引導(dǎo)凋亡的Bax和Bak的激活。Mcl-1在保持早期造血干細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡中有特異的，關(guān)鍵的作用［12］。

Mcl-1在去IL-6饑餓所引發(fā)的XG-7細(xì)胞凋亡過(guò)程中具有重要作用［13］。Mcl-1基因沉默增強(qiáng)了二烯丙基二硫(DADS)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡作用，shRNA介導(dǎo)Mcl-1基因沉默可導(dǎo)致HepG2細(xì)胞凋亡。靶向Mcl-1基因的RNA干擾可能是肝癌治療的有效途徑之一。

1.5 CED-9

線(xiàn)蟲(chóng)作為一種模式生物是動(dòng)物細(xì)胞凋亡研究的極好材料。CED-9是Bcl-2抗凋亡蛋白家族中的成員，是調(diào)控線(xiàn)蟲(chóng)細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵蛋白質(zhì)。通過(guò)與促凋亡蛋白CED-4結(jié)合，對(duì)CED-4在細(xì)胞內(nèi)的定位產(chǎn)生影響，從而改變下游的CED-3的活性，最終調(diào)控細(xì)胞凋亡。同時(shí)，CED-9自身的活性受到另一種促凋亡蛋白EGL-1的調(diào)控，EGL—1誘導(dǎo)CED-9的構(gòu)象發(fā)生變化，兩者形成穩(wěn)定的復(fù)合物，同時(shí)CED-4從CED-9上脫離并釋放到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而激活CED-3，使細(xì)胞發(fā)生凋亡。

2 促凋亡蛋白

2.1 Bcl-rambo

Kataoka等發(fā)現(xiàn)了Bcl-2家族蛋白的一個(gè)新成員：Bclrambo,它和Bcl-xL一樣也具有與Bcl-2同源的四個(gè)保守結(jié)構(gòu)域(BH1、BH2、BH3和BH4),但與Bcl-2和Bcl-xL不同的是,Bclrambo 沒(méi)有抗凋亡活性,而具有促凋亡活性［14］。

2.2 Bid

Bid蛋白是Bcl-2家族中促凋亡類(lèi)的蛋白。它具有可被caspase 8酶切調(diào)控、高效地誘導(dǎo)細(xì)胞色素c從線(xiàn)粒體泄漏到胞漿中的功能,從而在細(xì)胞凋亡中起著重要的作用,因而倍受人們的重視。腸腺癌組織的凋亡細(xì)胞凋亡水平的降低，蛋白Bid的低表達(dá)和Bid/Bcl-xL比值的降低可能在小腸腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要的作用［15］。Bid基因定位于人染色體22q11,在大多數(shù)組織均有表達(dá)。正常細(xì)胞中Bid蛋白以未活化形式存在于胞漿中,細(xì)胞凋亡時(shí),死亡受體途徑中激活的caspase-8剪切掉其N(xiāo)端的氨基酸,使其活化成tBid,可與Bcl-2家族中的Bax、Bak相互作用,增效Bax、Bak調(diào)控線(xiàn)粒體膜通透性的作用,促進(jìn)細(xì)胞色素C釋放,促進(jìn)細(xì)胞凋亡［16-18］。在細(xì)胞凋亡死亡受體途徑中發(fā)揮非常重要的作用,也是聯(lián)系死亡受體途徑和線(xiàn)粒體途徑的橋梁。

2.3 Bax

Bax是一種Bcl-2家族的前凋亡蛋白，一般出現(xiàn)在胞漿中，并作為一種細(xì)胞損傷和刺激的傳感器。響應(yīng)損傷和刺激，Bax將重新定位于線(xiàn)粒體表面并破壞在正常狀態(tài)下抗凋亡的Bcl-2蛋白的功能［19］。一般來(lái)說(shuō)，在胞漿中的Bax以單體形式存在，然而在細(xì)胞發(fā)生凋亡時(shí)，與線(xiàn)粒體關(guān)聯(lián)的Bax既可能以無(wú)活性的單體形式存在，也可能以與線(xiàn)粒體膜結(jié)合的大分子量的活性復(fù)合物形式存在。Bax可以構(gòu)成跨線(xiàn)粒體外膜的孔，并導(dǎo)致膜電位的降低和細(xì)胞色素C（Cyt C）及凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）的外流，從而引起凋亡［20］。Bcl-2與Bax基因均與大腸腺癌的細(xì)胞凋亡的調(diào)控有關(guān)，在此過(guò)程中二者也相互作用，并且可能在大腸腺癌分化的中晚期共同調(diào)控，以抑制細(xì)胞凋亡作用為主。大腸腺癌中的細(xì)胞凋亡與腫瘤的惡性程度有關(guān)，惡性程度越大，細(xì)胞凋亡越少；Bcl-2與Bax基因均與大腸腺癌的細(xì)胞凋亡的調(diào)控有關(guān)，在此過(guò)程中二者也相互作用，并且可能在大腸腺癌分化的中晚期共同調(diào)控，以抑制細(xì)胞凋亡作用為主［21-22］。

2.4 Bak

Bak和Bax有相似的結(jié)構(gòu)，之前研究人員一直認(rèn)為它們?cè)诩?xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮主要的、相似的作用［23］。這兩種蛋白對(duì)線(xiàn)粒體損傷和隨后的細(xì)胞凋亡非常重要。Bak和Bax在細(xì)胞中很有可能其它蛋白控制在正常，當(dāng)某些事情超出了細(xì)胞的控制能力時(shí)，Bax和Bak被激活，啟動(dòng)細(xì)胞死亡。某些類(lèi)似蛋白（最大的是細(xì)胞色素C）是線(xiàn)粒體日常工作如產(chǎn)能所必需的，但如果從線(xiàn)粒體中釋放出來(lái)，會(huì)啟動(dòng)細(xì)胞凋亡［24］。研究人員觀(guān)察促進(jìn)細(xì)胞凋亡的Bak蛋白與抑制細(xì)胞凋亡的Bcl-xL蛋白對(duì)胰腺癌發(fā)生、進(jìn)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后的影響。得出：Bak蛋白的表達(dá)與細(xì)胞凋亡呈正相關(guān)趨勢(shì)，Bcl-xL則呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。細(xì)胞凋亡主要影響胰隙癌的發(fā)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后。Bak蛋白可作為胰腺癌預(yù)后評(píng)估的一項(xiàng)指標(biāo)和一種抗癌基因有望用于胰腺癌治療［25-26］。

2.5 Bcl-xS

Bcl-2和Bcl-xS可通過(guò)抑制Bcl-2的功能而起到促細(xì)胞凋亡作用。Bcl-xS基因在體內(nèi)有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。Bcl-xs能顯著增加鼻咽癌CNE－2Z細(xì)胞對(duì)順鉑誘導(dǎo)凋亡的敏感性［27］。

2.6 Bad(Bcl-xl/Bcl-2相關(guān)死亡蛋白)

Bad作為一種新發(fā)現(xiàn)的Bcl-2家族凋亡促進(jìn)基因,其被認(rèn)為是連接胞內(nèi)存活/凋亡信號(hào)與線(xiàn)粒體凋亡機(jī)制的重要因子,故在腫瘤發(fā)生中所起的作用一直受到重視。研究表明在正常細(xì)胞中,Bad分布在胞質(zhì)，當(dāng)有凋亡信號(hào)時(shí),Bad轉(zhuǎn)位到線(xiàn)粒體,與Bcl-xl或者Bcl-2結(jié)合形成異二聚體,滅活Bcl-2和Bcl-XL抗凋亡效應(yīng),從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Bad是首先從鼠的cDNA文庫(kù)克隆鑒定出的促凋亡基因,其后又克隆出人的同源基因,它屬于bcl-2家族成員。它存在Bcl-2家族成員BH3同源結(jié)構(gòu)域和序列。與Bax、Bak、Bcl-2和Bcl-xL相似,BH3結(jié)構(gòu)域是Bad與Bcl2家族蛋白結(jié)合所必需的,突變的Bcl-2和Bcl-xL不能與Bax、Bak 結(jié)合,而B(niǎo)ad卻可以與它們結(jié)合［28-30］，在Bcl-2和Bcl-xL過(guò)表達(dá)的情況下,Bad可直接誘導(dǎo)凋亡,具有治療意義［31-32］。

2.7 Bik

Bik能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，Bik主要通過(guò)細(xì)胞內(nèi)凋亡信號(hào)通路介導(dǎo)細(xì)胞凋亡,Bik過(guò)表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡。線(xiàn)粒體在細(xì)胞凋亡發(fā)生過(guò)程中,起著關(guān)鍵的作用,也一直是凋亡研究的重點(diǎn)。本研究也證實(shí),Bik引起線(xiàn)粒體膜電位發(fā)生極化,并促使線(xiàn)粒體膜間隙的CytC的釋放。線(xiàn)粒體介導(dǎo)的凋亡信號(hào)通路過(guò)程中,起始信號(hào)即線(xiàn)粒體膜通透性的改變導(dǎo)致Cyt C的釋放,Cyt C同其他凋亡相關(guān)分子形成凋亡小體,該小體促使caspase-9前體的剪切,產(chǎn)生具有酶活性的caspase-9。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的凋亡信號(hào)通路在Bik誘導(dǎo)的凋亡中的作用通過(guò)構(gòu)建Bik和EGFP融合蛋白:PCDNAEGFP-Bik(表達(dá)EGFP-Bik融合蛋白和PCDNA-EGFP-Bik(表達(dá)的EGFP-Bik融合蛋白不含Bik的跨膜結(jié)構(gòu)域)。鈣離子信號(hào)可能是Bik定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后,一個(gè)重要的第二信使,進(jìn)而傳遞下游的凋亡信號(hào)。Bik主要從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)動(dòng)凋亡信號(hào),而caspase-12可能是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放引起的下游信號(hào)。

2.8 Bim

Bim是Bcl-2家族中僅含有一個(gè)BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白，具有助凋亡活性，Bim直接激發(fā)糖皮質(zhì)激素（GC）誘導(dǎo)的急性淋巴細(xì)胞白血病（ALL）細(xì)胞的凋亡，與ALI.對(duì)GC的敏感性有關(guān)，Bim的下調(diào)可能是ALL GC耐藥的重要機(jī)制之一。Bim是蛋白酶體抑制劑bortezomib抗腫瘤活性的介質(zhì)之一，用Bim基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞有可能成為腫瘤基因治療的新途徑。

總之，細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制很復(fù)雜，Bcl-2 家族在細(xì)胞凋亡機(jī)制中發(fā)揮著不可忽視的作用。對(duì)它的研究有利于揭示很多疾病的機(jī)制，如腫瘤、老年癡呆、艾滋病、自身免疫病等。也可以根據(jù)凋亡理論為腫瘤、老年癡呆、自身免疫病和艾滋病尋找新的有效的藥物。

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