BCL-2/ Bax的比值决定着细胞凋亡
所属分类:医学亚博平台投注??日期:2018-08-29??浏览:次

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李红宇1?陈如平1?吴建民2?陈哲2

1 浙江中医药大学 ???2 浙江省新华医院)

【摘要】细胞凋亡的研究是目前生命科学界最为热门话题之一,也是生命科学界乃至社会各界争相投入的研究领域。在哺乳动物中bcl- 2基因及其相关蛋白在细胞凋亡调控过程中起重要作用:离子通道蛋白和吸附/锚定蛋白 Bcl-2蛋白可能具有双重功能抑制钙离子跨膜流动;Bcl-2的过度表达可减少氧自由基产生和脂质过氧化物的形成。Bax基因是Bcl-2家族中的促凋亡成员,是成员之间二聚体化是功能调节的重要形式。BaxBcl-2形成异源二聚体,抑制Bcl-2,发挥促细胞凋亡作用旧1Bax本身具有促细胞凋亡作用。当Bax二聚体占优势时,细胞凋亡被诱导;当Bcl-2二聚体占优势时,细胞凋亡被抑制。Bcl-2/Bax比值决定着细胞凋亡的走向,Bcl-2/Bax比值上调,抑制细胞凋亡;Bcl-2/Bax比值下调,促进细胞凋亡。

【关键词】Bcl-2??Bax??细胞凋亡 ?

yabo888体育 【Abstract】Apoptosis in the life science community is one of the most popular topic is the life science community as well as competing research investment. In mammals, the bcl-2 gene and its associated proteins in apoptosis regulation plays an important role in the process: ion channel protein and the adsorption / anchoring protein Bcl-2 protein may have dual function; inhibition of transmembrane calcium flow; Bcl- 2 overexpression can reduce the production of oxygen free radicals and lipid peroxide formation. Bax gene is a Bcl-2 family pro-apoptotic members, is among members of the dimerization is an important form of functional regulation. Bax and Bcl-2 heterodimer, inhibiting Bcl-2, play a role in promoting apoptosis in the old 1, Bax itself has a proapoptotic effect. When Bax dimer dominant, the cells were induced apoptosis; when the Bcl-2 dimers dominant when apoptosis is inhibited.?Bcl-2/Bax ratio determines the direction of apoptosis, Bcl-2/Bax ratio increased, inhibition of apoptosis; Bcl-2/Bax ratio reduction, and promote apoptosis.

【Keywords】BCL-2???Bax??Apoptosis

细胞凋亡[1-3]apoptosis)一词源于古希腊语,意为“凋落”,Kerr等于1972年首先提出,又称程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD),指有核细胞在一定条件下通过启动内部机制,经过一连串的细胞变性,最终发生死亡的过程。人们对细胞凋亡现象进行了广泛、深入的研究。但是,凋亡的分子和生化机制迄今尚未彻底明了;而已形成的初步认识大多源于对Bcl-2基因家族的研究。已知,调亡进程可分为三个时相:诱导期,效应期和降解期[4]。在诱导期,细胞接受各种信号从而引发各种不同的效应:进入效应期后,经过一些决定细胞命运(存活/死亡)的分子调控点,细胞进入不可逆的程序化死亡,这些调控分子包括一系列原癌基因和抑制癌基因的产生,其中Bcl-2家族起着决定性的作用;降解期则产生可见的凋亡现象。

?1Bcl-2与Bax基因的发现及其特性:

Vaux[5]首先报道 bcl-2 可以阻止细胞凋亡并使细胞寿命延长,细胞凋亡抑制基因 bcl-2, 其名称来源于B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/Leu kemia-2,bcl-2),因它首先发现在B细胞相关的恶性肿瘤中,位于第14和第18染色体的转位点处[t14;18)(q32q21]。在非何杰金氏病B细胞淋巴瘤的绝大部分滤泡中存在这种染色体转位点。 bcl-2 是目前发现的与凋亡关系密切的原癌基因之一,能够编码 bcl-2α(26-kD)和 bcl-2β(22-KD)两种蛋白质,前者能在组织细胞中检测出来。组成 bcl-2 的膜蛋白主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中,它很少与其他生化机制已清楚的蛋白同源。免疫组化表明p26- bcl-2-α膜蛋白在正常组织自身稳定方面起重要作用。最近发现 bcl-2是许多生理或病理凋亡的关键性调节因子,在细胞凋亡的公共途径上起决定性作用[6]John[7]通过培养神经元有丝分裂状况也证实 bcl-2 在不引起细胞增殖的情况下,可以抑制细胞凋亡。 bcl-2过度表达不影响细胞增殖而尽量减少细胞死亡,可引起增殖性病变或肿瘤发生。

  1993Oltvai首先发现Bax基因[8],它是一种与bcl-2同源的相关蛋白,能对抗后者的生物学活性。Bax基因是bcl-2基因家族的一员,定位于人类第19号染色体q13.3q13.44.5kb,含6个外显子,在老鼠中Bax基因能编码三种不同蛋白质,最常见是的编码21-KDBax-α蛋白,另可以编码一个24-KDBax-β蛋白和一个5-KDBax-γ蛋白,人p21-Bax编码蛋白质的氨基酸顺序与人bcl-2约有21%的同源性。Bax-α蛋白的结构类似于bcl-2,它有许多疏水性氨基酸伸展至羧基末端附近,具有跨膜区结构。而Bax-β和Bax-γ则没有跨膜区。Bax的主要作用是加速细胞凋亡,并与bcl-2一起调节细胞凋亡。

2Bcl-2与Bax在细胞凋亡作用:

目前已知有多种相关因子参与细胞凋亡调控[5-13],其中Bcl-2家族的成员发挥重要作用,Bcl-2是一种原癌基因,其编码一个26000的蛋白,定位于细胞内质网膜、线粒体膜和核膜上,是一种膜定位蛋白,促进细胞由G1期向S期转化并修复染色体损伤,或在细胞分化早期通过对抗前凋亡分子Bax延长细胞的生存期,使细胞永生化,与肿瘤的早期形成有关,Bcl-2家族成员在细胞凋亡调控中占据特殊的地位在多种肿瘤中都具有重要的作用。?Bc l-2 是?细胞凋亡的主要调节因子。Bcl-2基因定位于染色体18g21,由两个外显子组成。基因打靶研究证明,Bcl-2有抑制细胞凋亡的作用。Bcl-2的作用机制包括降低细胞膜通透性,减少细胞色素C释放;抑制内质网上钙离子跨膜流动

Bcl-2抑制细胞凋亡可能与其以下几种作用有关:

? 1?离子通道蛋白和吸附/锚定蛋白 Bcl-2蛋白可能具有双重功能[9]:离子通道蛋白和吸附/锚定蛋白,提出Bcl-2抑制凋亡的部分新机制离子通道蛋白 体外实验证实,Bcl-2Bcl-X1Bax能在线粒体上形成离子通道,提示它们可能参与调节一些与凋亡有关的细胞现象,过度表达的Bcl-2能抑制线粒体通透性改变,并影响巨孔的形成,从而抑制凋亡。Yang等与Kluck[10]发现Bcl-2可以通过抑制线粒体释放Cyt c来抑制凋亡,继而Rosse等和Zhivotovsky等用两种不同的方法证明了即使Cyt c已经释放入胞浆,Bcl-2仍能延迟细胞死亡,这是由于Bcl-2抑制了活化的Caspases对线粒体释放的上游和下游都有Bcl-2调节凋亡的作用点。AIF作为一种线粒体来源的效应蛋白酶,在分离在胞核中能诱导凋亡,同时还能激发线粒体通透性改变,诱导线粒体释放Cyt cCaspase-9,并在体外切割和激活其底物——半胱氨酸蛋白酶CPP32。体外研究发现,Bcl-2过度表达可能阻止AIF从分离的线粒体上释放,但它并能影响AIF的产生,同时也不能影响AIF促凋亡的功能。有学者研究发现[11]吸附/锚定蛋白在正常情况下Bcl-2通过其C端疏水残基的伸展而锚定在细胞内膜上,作为吸附/锚定蛋白,可把胞液蛋白固定在膜边,或是引导胞液蛋白与别的膜蛋白相互作用。

2抑制钙离子跨膜流动 Lam[12]曾报道钙泵特异性抑制剂ThapsigargenTG)诱导的WEH17.2等细胞的凋亡可被Bcl-2所抑制,其原因是Bcl-2抑制了Ca2+的跨膜流动,提示Bcl-2可通过调节胞内钙离子浓度来调节凋亡。然而Wei等在神经元细胞GT1-7中发现Bcl-2中发现Bcl-2可抑制由TG所诱导的凋亡,但并不能抑制TG诱导的胞内钙离子浓度升高;同时Jason等在中国仓鼠卵巢细胞5AHSmyc中去除细胞内贮存Ca2+后发现过度表达的Bcl-2仍可抑制凋亡,提示Bcl-2对胞内Ca2+浓度的调节作用也只能是其抑制凋亡的机制之一。

3)众学者[13-14]以往研究表明细胞催抗氧化作用,在去除生长因子所诱发的凋亡中,活性氧损伤(ROS)是促发细胞死亡的主要诱因:Bcl-2的过度表达可减少氧自由基产生和脂质过氧化物的形成。提示Bcl-2的抗氧化作用是间接的,即可能在于抑制超氧阴离子的产生而不是直接清除活性氧。细胞色素ccytochrome c, Cyt c)作为呼吸链中重要的电子传递体,它从线粒体内膜上的释放会阻断电子向下游传递体,它从线粒体内膜上的释放会阻断电子向下游的传递,危及呼吸链的功能并导致超氧阴离子的加速产生;而Bcl-2可以抑制Cyt c的释放,从而抑制了超氧阴离子的产生。此外,Bcl-2还可以增加胞内的谷胱甘肽(GSH)等抗氧化剂,升高NAD+/NADH的比值,抑制和凋亡相联系的GSH降低,促进GSH进入核内,从而影响细胞的氧化还原状态。但也有证据表明,在没有自由基的情况下Bcl-2也能抑制凋亡。因此,Bcl-2的性质远非仅仅是一种抗氧化剂。

3Bcl-2/Bax在细胞凋亡过程的表达:

Oltvai[15]研究报道bcl-2家族的成员通常以二聚体的形式发挥作用,Bcl-2 基因家族包括促进( Bax ) 和抑制( Bcl-2) 细胞凋亡的两大类成员, 是脊髓损伤后细胞凋亡的重要调控基因。Boise 等[16]认为:Bcl-2 与Bax 在体内以二聚体形式发挥作用, 二者的比例决定细胞生存或凋亡。Bcl-2 是一个多基因家族, 它们有一个共同的特征是每个分子上都含有BH1 和BH2 这两个同源结构, 但它们的比例决定了细胞是否走向凋亡。Bax为Bcl-2 家族中的一员,与Bcl-2 不同的是:Bax 是细胞凋亡的必不可少的物质,为细胞凋亡促进因子?,其促进凋亡的作用可能是通过诱导Caspase 的释放来实现的。研究发现:Bcl-2 和Bax 之间通过BH1 和BH2 可形成同源二聚体。Bcl-2 中的BH1 或BH2 区域特定的氨基酸被置换后,?Bcl-2 抑制凋亡的功能丧失, 而这种突变后的Bcl-2 自身还能形成同源二聚体,却无法形成异源二聚体。这表明Bcl-2 抑制凋亡必须通过与Bax 形成异源二聚体来实现。当Bax 同源二聚体形成时, 则可以诱导凋亡, 当Bax 在细胞中过度表达, Bax/ Bax 二聚体的比例> Bcl-2/ Bax 二聚体的比例时, 促进细胞的死亡。当Bcl-2 过量表达, Bcl -2/Bax 二聚体> Bax/Bax 的比例时, 凋亡被抑制。Bcl-2 / Bcl- 2, Bcl-2/BaxBcl-2/Bcl-xL均抑制细胞凋亡,而Bax/BaxBax/BadBcl-2/Bax-xs均促进细胞凋亡。由此可见, 这种复杂的聚合反应使分子间可相互调节其活性, 从而产生细胞存亡的不同结果。

Krajewski[17]首次应用免疫组化研究表明:Bax在组织器官中的表达要比Bcl-2更加广泛,可出现在胃肠、肺、胃、胸膜、淋巴结、骨髓、肝脾、胰腺、心脑及子宫内膜和睾丸等处,而Bcl-2则在肝、肾、胰腺等处很少或没有表达。表明Bax除了作为Bcl-2的显性抑制剂,形成Bcl-2/Bax异型二聚体以终止发生细胞凋亡外,是否尚有其他的功能存在,有待于进一步研究,同时报道,Bcl-2Bax表达并非完全一致,其中一种阳性表达,另一种阴性表达,推测尚存在bcl-2家族的其他已知或未知蛋白,只是未检测到而已。

Yang[18-20]报道Bcl-2抗凋亡蛋白的作用实际上取决于它的许多潜在的对抗性蛋白的相互作用,Baxbcl-2的抑制剂,而Bcl-2作为Bax的调节剂,二者对细胞凋亡形成互补调节或相反调节,在控制细胞生存和死亡中起重要作用。而促凋亡分子和BaxBcl-2则竞争结合细胞死亡抑制分子如Bcl-X1Bcl-2,由此替换了Bax并促进Bax同二聚体形成,诱导凋亡。另外,Bcl-2还可与Bcl-2家族外的11种蛋白质结合,包括蛋白激酶Raf-1、蛋白磷酸酶CalcineurinGTP酶、R-RasH-Rasp53-BP2、朊蛋白Pr-1Ced-4BAG-1Nip-1Nip-2Nip-3,并由此实现其抗凋亡作用。

4结语

在调节凋亡相关基因中Bcl-2家族是最重要的调节因子之一[21-23]。在中枢神经系统发育中Bcl-2基因表达产物起着重要作用,Bcl-2能抑制线粒体通透性改变,并影响巨孔的形成抑制了Ca2+的跨膜流动减少氧自由基产生和脂质过氧化物的形成,从而起到了抗细胞凋亡的作用。目前Bcl-2/Bax是凋亡分子机制研究的主要靶分子。Bcl-2可与促凋亡Bax形成二聚体,如果Bax相对量高于Bcl-2,则Bax同二聚体的数量增多,从而促进细胞死亡;而如果Bcl-2相对量高于Bax,则促进形成Bcl-2/Bax异二聚体,并使Bcl-2同二聚体的量增多,从而抑制细胞死亡。Bcl-2/Bax比值决定着细胞凋亡的走向,Bcl-2/Bax比值上调,抑制细胞凋亡;Bcl-2/Bax比值下调,促进细胞凋亡。随着对Bcl-2以及凋亡本身研究的日渐深入,Bcl-2是作用机制和凋亡的分子机制最终被阐明,从而提高对与凋亡有关的疾病的认识和诊治水平。

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