细胞凋亡信号转导途径及其调控的研究进展学科：基础兽医学专业：药理毒理学姓名：ma cai hui学号：13203023细胞凋亡信号转导途径及其调控的研究进展摘要目的：为了研究抗肿瘤药物促使细胞凋亡的作用机理，探讨细胞凋亡的信号转导途径以及相关基因对其的调控。

方法：查阅近年的国内外相关文献，归纳整理细胞凋亡的信号转导途径和相关的调控基因。

结果：介绍了细胞凋亡存在三条主要通路：线粒体通路、内质网通路和死亡受体通路，各通路间互相联系，共同调节细胞凋亡。

以及调控凋亡的主要基因，Bcl-2、p53、c-myc、P16、Rb。

结论：研究抗肿瘤药物的作用机理应从以上三条凋亡途径和相关调控基因出发。

关键词细胞凋亡；信号转导途径；基因调控；caspaseProgress study on signal transmission pathways andregulation of cell apoptosisWang SaiqiSchool of Pharmaceutical Sciences, Zhengzhou University, Zhengzhou, 450001 Key words : cell apoptosis; signal transmission pathways; gene regulation; caspaseAbstract Aim : To check the mechanism of apoptosis induced by anticarcinogen and research the cell apoptosis signal transmission pathways and related genes on its regulation. Methods: Signal transmission pathways and related genes were concluded by referring to related papers at home and abroad in recent years. Results: Three main signal transmission pathways, death receptor-mediated pathways, mitochondrial pathway, endoplasmic reticulum pathway and several main regulator genes,Bcl-2,p53, c-myc,P16,Rb were introduced. Conclusions: Research on the mechanism of anticarcinogen should start from the said signal transmission pathways and genes.1 细胞凋亡概述细胞凋亡，又名细胞程序性死亡，是诱导性的细胞自杀过程，它使生物体可以有序地清除受损伤或无用的细胞。

自从1927年John Kerr第一次提出凋亡这一概念后，人们发现它在多细胞生物的基本生命活动中起着十分重要的作用。

它对于生物发育过程中控制细胞数量平衡必不可少。

由于这种死亡是由基因调控引发的，因此也被称为程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)。

目前大多数人认为，肿瘤是一种细胞凋亡过少而增殖过多的疾，病若能抑制肿瘤细胞的增殖并诱导其凋亡，肿瘤细胞就有可能停止生长[1]。

细胞凋亡时细胞质、细胞核和细胞膜会发生一系列生物化学和物理上的变化。

在细胞凋亡早期, 细胞膨胀变圆, 与邻近细胞的联系断绝并且脱离后皱缩。

在细胞质中, 内质网肿胀积液形成液泡。

在细胞核内, 染色质逐渐凝集成新月状, 附在核膜周边，嗜碱性增强。

最终细胞核裂解为由核膜包裹的碎片。

在细胞膜上, 细胞结点不再相连, 细胞膜变得更活跃进而发生内陷。

这些变化都将导致细胞裂解为由细胞膜包裹细胞内容物的凋亡小体。

在生理条件下, 细胞膜上发生特定的调节作用, 这可以使吞噬细胞识别并吞噬凋亡小体。

在细胞发生凋亡的过程中不会伴有细胞内容物渗漏和炎症反应。

此外, 与细胞凋亡相比, 细胞坏死将导致细胞器的崩解、细胞膜破损，大量细胞内容物渗漏。

但在体外培养的细胞中, 坏死的细胞能导致大量细胞凋亡, 这为具有吞噬功能的细胞发挥吞噬功能创造了条件,这一机制被认为是对缺乏专业吞噬细胞的一种有力补充。

在体内, 正在死亡的细胞( dying cell) 是很难被观察到的, 这是由于凋亡细胞被其邻近的细胞在无任何明显征兆的情况下吞噬和消化。

为了保持细胞内环境的稳定, 细胞群落依靠凋亡机制在增殖与消减之间保持着严格的平衡[2]。

2 细胞凋亡的三条主要途径细胞凋亡的三条主要通路分别是死亡受体介导的凋亡途径或外在途径（dea- th receptor- mediated pathway 或extrinsic pathway)和线粒体凋亡途径或内在途径(mitochondrial pathway 或intrinsic pathway) 以及内质网途径(endoplasmic retucul- um pathway)。

虽然三条凋亡通路的上游事件( up- stream activation)不同[3]，但是它们最终都要激活共同的凋亡效应物, 即特异的胱冬酶( caspase)。

Caspase属白介素-1β转化酶家族，目前已发现的cspases有14种之多，分别记作Caspase1～14。

Caspases在胞质中以不活化的前体形式存在，大多通过蛋白裂解得化。

Caspase-8、caspase-9、caspase-3位于凋亡通路上的3个关键因素。

Caspase-8对来自细胞外的凋亡诱导因子的刺激作出应答，以启动细胞解体。

Caspase-9对各种药物和损伤引起的刺激作出应答,启动细胞色素C从线粒体中释放，并与dATP、凋亡蛋白酶活化因子1和细胞色素C一起形成复合物,以启动细胞解体。

Caspase-3能放大caspa- se-8和caspase-9的信号，引起细胞全面自杀性解体。

Caspase-8、caspase-9都可以通过蛋白水解片断活化caspase-3，而caspase-3则反过来使细胞内许多重要的蛋白质(包括其余的caspase成分)水解而得以活化。

聚ADP核糖聚合酶是细胞凋亡中第1个被鉴定的由caspase3水解的DNA修复相关酶[4]。

DNA修复功能的丧失，使基因组的稳定不能维系，从而间接促使细胞凋亡。

2.1 死亡受体信号途径细胞凋亡的死亡受体(death receptor, DR) 途径是一条主要的细胞凋亡途径。

细胞表面特定的死亡受体接受胞外的死亡信号而激活细胞内的凋亡机制，从而诱导细胞凋亡[5]。

死亡受体是一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子(TNF) 受体基因家族成员, 其胞外有一段富含半胱氨酸的区域，胞质区有一段高度同源性的氨基酸残基组成的结构, 有蛋白水解功能，称为“死亡域(death domain ,DD)”。

“死亡域”使死亡信号得以进一步传递启动凋亡。

肿瘤坏死因子受体(TN F-R s) 是具有代表性的最大的死亡受体家族，主要包括TNFR1(p 55,CD120a)、TNFR2 (p75,CD120b) 、Fas(CD95, Apo21) 、DR3、DR4(TRAL -R1)和DR5(TRAL -R2)。

其中其中最典型的死亡受体有CD95(称Fas或Apo1)和TNFR1(称p55或CD120a) [6]。

CD95是一种广泛表达的糖基化的细胞表面分子,含有335个氨基酸残基。

CD95的表达细胞因子如干扰素和TNF刺激，并可由淋巴细胞活化，它通过与其天然配基CD95L结合来诱导细胞凋亡。

2.1.1 Fas 介导的凋亡信号转导途径Fas是一种广泛表达的糖基化的细胞表面分子，含有335个氨基酸残基。

Fas 的表达可由细胞因子如干扰素和TN F刺激，并由淋巴细胞活化，通过与其然配基FasL 结合来诱导细胞凋亡。

这个过程的发生是因为Fas是一个同源三聚体分子，可诱导Fas三聚体化，导致Fas分子胞质区位于C末端的死亡结构域(death domain ,DD )与一种具有死亡域的Fas相关蛋白FADD (Fas-associated protein with death d- omain) 结合，FADD通过自身的DD与Fas作用，而其位于N末端的死亡结构域DED (death effector domain )则与caspase-8或caspase-10作用，由于Fas的寡聚化导致了DISC (death-inducing signaling complex) [7]的形成及caspase-8、10的寡聚化。

Caspase-8、10通过自身剪接作用被激活，从而又可使caspase-3和caspase-7 被激活[8]，接下去caspase-3又可激活caspase-6，如此启动caspase 的级联反应，最终导致细胞凋亡。

Sun等[9]报道了磷脂酶- D能有效阻止胱冬酶- 3、- 8 前体的剪切活化，这将使外在凋亡通路无法发挥生物学效应，细胞将不断分裂增殖。

2.1.2 TNFR1 介导的凋亡信号转导途径TNF-α通过与细胞膜上肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor,TNF- R)结合，实现其细胞毒性、抗病毒、免疫调节等生物学功能。

无论是跨膜形式TNF-α前体还是可溶性TNF-α都是以三聚体的形式发挥作用[10]。

TNF与TNFR1结合后可激活转录因子NF-κB和AP－1，诱导促炎因子和免疫调节因子的表达。

在一些细胞中，TNF也可以通过与TNFR1结合诱导细胞凋亡。

但是，与Fas不同的是TNF只有在蛋白合成被阻断的情况下才可以诱导凋亡，表明细胞中预先存在的一些细胞因子，可以抑制TNF产生的凋亡信号。

这些抑制蛋白的表达可能是由NF-κB和JNK／AP-1调控的[11]。

在TNFR1 介导的凋亡通路中，三聚化的TNFR1可汇聚接头蛋白TRADD (TNFR -associated death domain) ，TRADD 通过自身的DD使FADD汇聚并导致caspase-8前体的寡聚化，最终导致caspase级联反应来诱导细胞凋亡的发生。

Fas 不能活化NF-κB，而TNFR1途径中，接头蛋白RIP ( receptor-interacting protein )分子也具有与TRADD相互结合的DD区，一旦TRADD结合的不是FADD而是RIP，便激活了TNFR相关因子（TRAF-2），形成TRADD-RIP-TRAF-2复合物，于是通过磷酸化作用激活NF-κB诱导激酶（NF-κB inducing kinase ,NIK），继而活化I-κB 激酶（inhibitor ofκB kinase complex, IKK），I-κB上游激酶IKK活化后，可使I-κB 的N端丝氨酸磷酸化，赖氨酸泛素化，继而在26S蛋白酶体作用下，导致I-κB降解从而失去对NF-κB的抑制，NF-κB转位至细胞核发挥激活转录的作用，主要激活一些抗凋亡基因如c-IAP1等的转录，继而通过抑制caspase-8的活化等途径发挥抗凋亡作用[12]。