细胞凋亡与肿瘤巴桑卓玛(西藏大学医学院基础医学研究所)摘　要　细胞凋亡是一种进化保守的细胞死亡形式,不仅在正常的生理状态具有重要作用,而且与多种疾病的发生发展密切相关。

近年来研究认为,细胞凋亡异常可能与肿瘤发生有关。

凋亡调控基因已被看作是一类新的肿瘤发生相关基因。

肿瘤的发生,是由于细胞增殖与细胞凋亡之间的平衡失调的结果,细胞凋亡在肿瘤生长过程中起负调控作用,因此研究抑制多种肿瘤细胞增殖并诱导细胞凋亡而对正常细胞影响不大是肿瘤治疗的新思路。

关键词　细胞凋亡　诱导　治疗　肿瘤 多细胞机体,包括人,均存在着细胞增殖与死亡的平衡,以维持机体的稳态,二者是一个矛盾的两个方面,此矛盾的运动发展推动着机体的生、老、病、死。

传统的肿瘤研究者关注的首先是细胞的增殖。

肿瘤细胞是永生性细胞,如何抑制肿瘤细胞的无限增殖能力,是他们首先考虑的问题。

然而,机体还存在另一普遍现象,即死亡。

细胞的死亡有两种形式,一种是病理性死亡,称为坏死(necrosis)。

它是由于局部缺血、高热、理化因素及微生物的侵袭所致的细胞急速死亡。

其重要的特点是细胞肿胀、溶解、释放出裂解产物,使周围组织产生炎症反应。

另一种是生理性死亡———凋亡(apoptosis)。

1　细胞凋亡与一般的死亡有很大的不同,主要表现以下几个方面形态学特征:细胞凋亡是细胞在生物体发育过程中,在一定诱导条件下接受指令而发生的程序化事件,是导致最终自我消亡的生命活动。

发生时首先是染色质的凝集,嗜碱性染色增强,然后细胞核崩解,此时线粒体保持形态正常,最后细胞体积缩小,一部分细胞质和核碎片进入由膜包被的程序死亡小体,它们从细胞表面出芽脱落,并被组织专职巨噬细胞、上皮细胞吞噬。

由于细胞内容物不泄漏,因而没有炎症反应。

生化特征:染色质降解,核小体间连接DNA部位被降解,产生寡聚核小体DNA 片段,即180-200bp整数倍的不同长度的DNA片断。

细胞凋亡的化学信号:在细胞程序死亡时出现快速持续的Ca2+浓度上升。

如在胞质钙离子载体tributyrin和抗-CD3抗体诱导的胸腺细胞凋亡中就发现有钙离子浓度升高的现象。

研究发现Ca2+增加与A TP一起作用于染色质,使原来折叠的很紧的染色质变松散,露出亲水部分,以便脱氧核糖核酸酶(Dnase)水解。

Danson (1993)发现Ca2+可以参与Ca-calmokulin dependent phospatase作用,产生凋亡。

Wornonicz提出Ca2+可以直接作用于核内转录因子引起凋亡。

另外Ca2+还可活化一类蛋白水解酶,现统称为caspase,认为是凋亡机制的核心成分。

Caspase是近年来细胞凋亡分子生物学研究的重要发现。

目前发现至少有14种caspase。

在Fas和(或)FasL(介导)及化疗药物诱导的细胞凋亡中起重要作用。

细胞凋亡的基因调控:基因是生物体活动的总指挥,调控细胞的生长与凋亡,细胞凋亡也离不开基因的作用,包括了TRPM-2、CED-BCL-2、ICE、c-myc、P53等。

他们相互牵制,相互影响,共同影响细胞凋亡。

凋亡细胞的核、胞浆及膜上的这些化学变化是测定凋亡和解释凋亡现象的分子基础。

对细胞凋亡的研究就具有重要的价值,它涉及到肿瘤的发生、治疗、肿瘤细胞凋亡的相关基因等,从而去抑制多种肿瘤细胞增殖并诱导细胞凋亡。

肿瘤的发生不仅与细胞的异常增殖和分化有关,也与细胞凋亡的异常有关。

未经治疗的恶性肿瘤有细胞凋亡发生。

1972年K err等人在提出凋亡概念的同时预测:恶性肿瘤中的自发凋亡可能会涉及到导致肿瘤消退的治疗作用。

这种自发凋亡的常见原因有3个。

(1)肿瘤组织内部接近融合灶部位的缺血、缺氧所激发的凋亡。

(2)肿瘤组织内部渗出性的巨噬细胞释放TNFα,TNFα结合TNF-R1激活caspase-3途径引起凋亡。

(3)细胞毒T—淋巴细胞(CTL)攻击载有靶抗原的肿瘤细胞引起凋亡,这是经颗粒酶β(granzymeβ)激活caspase途径而发生。

肿瘤细胞中的自发凋亡是机体抗肿瘤的一种保护机制,是细胞受损后机体将有害细胞清除的生理途径。

2　抗肿瘤治疗中的诱导凋亡尽管凋亡是细胞死亡的一种生理途径,但它仍可以被各种病理性刺激引起。

一般说来,任何直接破坏造成细胞坏死的因素在细胞的存活阶段都有凋亡的发生。

从这个意义上讲,细胞凋亡体现了细胞对那些不能立即引起致死的有害刺激的一种调节作用。

211　肿瘤化疗诱导凋亡大多数抗癌药物都能引起其敏感细胞的凋亡,这些药物包括DNA复制抑制剂、抗代谢剂、拓朴异构酶抑制剂、微管蛋白抑制剂以及酪氨酸蛋白酶抑制剂等。

砷化物在低浓度时可引起淋巴细胞凋亡,高浓度则引起它们坏死。

化疗诱导肿瘤细胞的凋亡也已在体内发现,化疗对肿瘤产生的效果不仅仅依赖于与特异的生化靶分子的相互作用,也依赖于引起肿瘤细胞的凋亡。

化疗诱导肿瘤细胞的凋亡需要有cas pase 参与,反义的caspase1和3强烈抑制药物诱导的凋亡。

肿瘤对化疗的抗性机制有多种解释,主要是多药耐药,这是指癌细胞在接触一种抗癌药后,产生了对多种结构上迥然不同、作用原理各异的其他抗癌药的耐药性。

包括P170糖蛋白和多药耐药相关蛋白(MDRP)等。

目前认为ras癌基因蛋白等能够提高肿瘤细胞对于抗肿瘤药物(anti cancer drug)或电离辐射诱导细胞凋亡的抗性,对诱导凋亡的抗性是多药耐药产生的一个新机制。

不同肿瘤细胞对化疗的反应不同,主要是因各种细胞对凋亡的阈值不同,对化疗剂有抗性的肿瘤实质上是不能活化其凋亡途径。

212　肿瘤放疗诱导凋亡放射治疗癌瘤使之发生萎缩的过程中,凋亡起着重要的作用,如示踪剂量的副射可使淋巴瘤细胞发生凋亡。

放疗诱导凋亡的程度因肿瘤不同而异,对有些肿瘤细胞不仅仅是通过损伤DNA使基因失活而起作用,还通过活化凋亡过程杀死肿瘤细胞。

放疗诱导凋亡是由P53基因调控的,是一种P53依赖性的过程。

P53缺陷小鼠不能被离子辐射诱导凋亡。

DNA的损伤无论是在链水平还是碱基水平都足以使P53表达水平增高并诱导凋亡。

213　其他凋亡诱导剂21311　高热:在敏感的组织中,43℃30分钟就引起广泛的细胞凋亡,热至46℃以上,30分钟即引起坏死。

对热诱导凋亡敏感的组织与放、化疗相似,例如那些快速增殖的正常细胞、淋巴样器官和肿瘤,肿瘤对热诱导凋亡的敏感程序也因瘤而异。

21312　激素诱导凋亡:去除滋养性激素的刺激后,依赖于内分泌调节的器官,如前列腺和肾上腺皮质就会因凋亡而萎缩,而依赖于激素的肿瘤的去激素治疗将会增加肿瘤的凋亡。

相反,增加糖皮质激素的水平可以诱导淋巴性白血病和淋巴瘤细胞的凋亡,而bc1-2表达的增高则与一些淋巴细胞株抗糖皮质激素诱导的凋亡有关。

21313　APO-1/Fas抗体诱导凋亡:一种APO-1抗体能诱导活化的T及B淋巴细胞凋亡,也能诱导人白血病细胞株的凋亡。

给小鼠移植表达APO-1的人白血病细胞株,注射抗APO-1单抗能引起大量的移植细胞凋亡,移植物很快消退。

21314　细胞毒淋巴细胞诱导凋亡:体外研究证明,细胞毒T细胞和自然杀伤细胞引起靶细胞的死亡是典型的凋亡,体内异基因移植细胞的免疫排斥反应也引起细胞凋亡,细胞毒性T细胞消除病毒感染细胞同样是通过凋亡,此途径在肿瘤的细胞免疫治疗中起着重要作用。

21315　IFN-γ活化STA T-1(signal transducer and activator of transcription),诱导caspase1表达增加,引起凋亡。

3　肿瘤相关基因与凋亡肿瘤相关基因促进正常细胞发生恶性转化。

肿瘤形成主要有两个机制:一方面是过度激活细胞周期(cell cycle),以使细胞处于无限增殖分裂状态,另一方面就是抑制细胞凋亡(apoptosis),以使细胞的死亡倾向性降低。

细胞增殖速度加快,发生突变的细胞又不能通过细胞凋亡机制清除,综合平衡的结果就是肿瘤形成的机制。

到目前为止,与细胞凋亡有关的基因可以分成两大类:第一类是促进细胞凋亡的基因,又称为细胞自杀基因(cell suicide gene),其中可进一步分为细胞凋亡促进基因(apoptosis promoting gene)和细胞增殖抑制基因(proliferation supprseeive gene)两个亚类。

第二类是促进细胞生存的基因(cell sur2 vival gene),同样也可以分为细胞凋亡抑制基因(apoptosis suppressive gene)和细胞增殖促进基因(proliferation promoting gene)两个亚类。

细胞的生存与死亡,就是这两大类基因表达水平和相互作用最终平衡的结局。

如果细胞凋亡及其相关的基因表达水平占优势,则决定了细胞的死亡;如果细胞生存及其相关的基因表达水平占优势,则决定了细胞的生存。

近年来的研究表明,肿瘤相关基因参与细胞凋亡的调节,凋亡调控基因已被看作一类新的肿瘤发生相关基因。

人类肿瘤凋亡有3个主基因(master genes):P53、bcl-2和c-myc。

bcl-2基因是一种抗凋亡基因,能抑制氧化剂诱导的凋亡、影响细胞内钙内流,可延长细胞存活期。

它抑制肿瘤细胞因各种因素引起的凋亡,因此与肿瘤的放、化疗抗性有关。

P53基因结构及其突变,与多种类型的细胞凋亡有关。

野生型P53是肿瘤抑癌基因,它与细胞的生长阻滞和凋亡有关,因此它能促进放、化疗剂的杀伤作用。

肿瘤细胞受到放疗、化疗后,受损细胞启动一个转录信号使P53表达增加,引起细胞G1期阻滞以完成修复或进入凋亡以清除受损细胞。

所以P53基因是促凋亡基因,野生型P53蛋白被称为“分子卫兵”,对机体起保护作用。

c -myc是典型的原癌基因,在许多肿瘤中它有多种失活形式,c-myc的表达驱动细胞凋亡,这与细胞所处的条件有关。

bcl-2能妨碍依赖P53的凋亡,但不影响依赖P53的生长停滞,可是将bcl-2与c-myc 共表达时这两者都被阻断。

一个主要显性癌基因c-myc与一个抗凋亡基因bel-2的协同作用会导致肿瘤向恶性表型进展,并对肿瘤治疗的抗性增加,而P53和bcl-2间的相互拮抗作用则有利于抗肿瘤治疗。

似乎这3个肿瘤凋亡主基因的平衡支配着人类肿瘤的预后,然而我们不能忽视其他基因的作用,例如那些示依赖于P53引起凋亡的基因。

4　细胞凋亡与肿瘤治疗P53基因的突变以及bcl-2的表达增高会对人类肿瘤的治疗产生抗性。

这是由于P53的突变使它们失去了依赖野生型P53的凋亡,而bcl-2蛋白则在抗凋亡中起主要作用,这两者常会使治疗失败。

从这一机制出发,改变肿瘤的抗凋亡状态,将具有临床的实用价值。

可采取增加诱导凋亡基因的表达,抑制抗凋亡基因的表达,将bcl -2基因序列导入造血干细胞以增加它对化疗致凋亡的抗性,从而对再植入的自体干细胞起保护作用,以凋亡判断预后时化疗和放疗引起凋亡的能力可提供重要信息,有助于临床医生制定治疗方案和评估预后,寻找和设计模拟P53蛋白结构与功能的新药,以利用其结合DNA抑制肿瘤增生和促进肿瘤凋亡。