细胞凋亡
细胞凋亡是指由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,所以也常常称为细胞编程性死亡[1](programmedcelldeath,PCD)。
具体指细胞遇到内、外环境因子刺激时,受基因调控启动的自杀保护措施,包括一些分子机制的诱导激活和基因编程,通过这种方式去除体内非必需的细胞或即将发生特化的细胞。
例如,蛙的个体发育过程中,四肢的形成过程中尾巴消失等现象,都涉及细胞的自动死亡。
细胞凋亡是指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡。
细胞凋亡与细胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程,而是主动过程,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用;它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
细胞发生凋亡时,就像树叶或花的自然凋落一样,对于这种生物学观察,借用希腊“Apoptosis”来表示,意思是像树叶或花的自然凋落,可译为细胞凋亡。
人体内的细胞注定是要死亡的,有些死亡是生理性的,有些死亡则是病理性的,有关细胞死亡过程的研究,近年来已成为生物学、医学研究的一个热点,到目前为此,人们已经知道细胞的死亡起码有两种方式,即细胞坏死与细胞凋亡(apoptosis)。
细胞坏死是早已被认识到的一种细胞死亡方式,而细胞凋亡则是近年逐渐被认识的一种细胞死亡方式。
细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象,在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。
它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。
细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡类型,而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制。
凋亡是多基因严格控制的过程。
这些基因在种属之间非常保守,如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等,随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了相当的认识,但是迄今为止凋亡过程确切机制尚
不完全清楚。
而凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。
如肿瘤、自身免疫性疾病等,能够诱发细胞凋亡的因素很多,如射线、药物等。
细胞凋亡是指为维持内环境稳定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡。
细胞凋亡与细胞坏死不同,细胞凋亡不是一件被动的过程,而是主动过程,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用,它并不是病理条件下,自体损伤的一种现象,而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程在形态学上把细胞凋亡分
为三个阶段[2]:第一个阶段是凋亡的开始,此阶段只是进行数分钟,细胞中所表现的特征是:微绒毛消失,细胞间接触消失,但是质膜保持完整性,线粒体大体完整,核糖体逐渐与内质网脱离,内质网囊腔膨胀,并与质膜发生融合,染色质固缩等等;第二阶段是形成凋亡小体,核染色质发生断裂,形成许多的片段,与一些细胞器聚集在一起,然后被细胞质膜包围,形成凋亡小体;第三阶段是凋亡小体被吞噬细胞所吞噬,而其残留物质被消化后重新使用。
细胞凋亡是一个主动性自杀过程,所以它是一个耗能的过程,需要ATP提供能量。
在不同的情况下,细胞凋亡的信号转导途径是有差别的,根据对caspase家族(半胱氨酸蛋白酶,它们的活性位点均包括半胱氨酸残基,能够特异的切割靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键,目前已有13种caspases成员被先后发现或克隆,其中6种caspases与细胞凋亡有关)的依赖性可分为两大类型[3]。
一类称为外在途径,由细胞表面的死亡受体,如Fas和肿瘤坏死因子受体家族(TNF-R)引发,死亡受体与配体结合后,通过跨膜信号转导把死亡信号转导入细胞内死亡域,进而引起caspases联级反应;另一类称为内在途径或线粒体途径[4],由许多应激条件、化学治疗试剂和药物所表1细胞凋亡和细胞坏死的区别区别点细胞凋亡细胞坏死起因生理或病理性病理性变化或外界因素的巨变如高温、强压等范围单个分散的细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整,一直到形成凋亡小体破损,通透性增加染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状细胞器无明显变化,保持完整肿胀、内质网崩解细胞体积固缩变小肿胀变大凋亡小体有,被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无,细胞自溶,残余碎片被巨噬细胞吞噬基因组DNA有控降解,等量
断裂随机降解,无规则降解蛋白质合成有无调节过程受基因调控被动进行炎
症反应无,不放细胞内容物有,释放内容物,有明显的炎症反应。
发生基因突变,也没有发生基因重组和染色体变异。
细胞凋亡与细胞坏死的联系在某些细胞中,蛋白激酶RIP3的表达量是控制细胞凋亡或细胞坏死的关键[5]。
如果RIP3表达量高细胞走向坏死路径;RIP3表达量低细胞则走向凋亡路径。
凋亡是一种自然死亡,是一种正常的生理现象,凋物中扩增到目的基因,而非转基因生物中则扩增不出目的基因[1]。
PCR具有高度特异性和灵敏度,已成为转基因检测的核心技术并得到广泛应用,可用于定性或定量分析。
定性PCR主要有标准PCR、巢式和半巢式PCR、多重PCR等,定量PCR主要有竞争定量PCR、实时荧光定量PCR、PCR-ELISA等。
早在1986年,Sen和他的同事们通过试验在B 淋巴细胞的核提取物中发现了一种能与免疫球蛋白κ 轻链基因特异结合的蛋白因子,并将其命名为核因子κB(Nuclear factor Kappa B,NF-κB)[1]。
NF-κB 广泛存在于多种细胞中,当细胞受到外部刺激(药物、辐射、缺氧等)或者细胞因子、病毒感染、脂多糖等刺激时,NF-κB 被激活并与相应的病毒、细胞因子、受体蛋白等所调节的基因增强子区结合,启动基因转录[2-5]。
随着时间的推移,研究逐渐证明NF-κB 是一种细胞核内极为重要的转录调节因子,对于细胞的增殖和分化、衰老和死亡、黏附和迁移都具有重要的调节作用[3,6]。
NF-κB 是由NF-κB/Rel 蛋白家族成员NF-κB1 (p50/ 前体为P105)、NF-κB2(p52/ 前体为P100)、Rel(p65)、RelB 和C-Rel 以同源或异源二聚体的形式组成。
虽然有多个不同的二聚体组合,但p50和p65 组成的二聚体最早被发现,并且其分布和作用也最为广泛,是通常所说的NF-κB。
在细胞静息状态下,NF-κB以无活性状态存在于细胞浆中,并与抑制因子IκBs(包括IκBα、IκBβ,IκBγ、IκBε、IκBζ、
IκBS 和Bcl-3等)一起组成了异源多聚体P50/P60/ IκBs。
在这个多聚体中,IκBs 能阻碍P50 和P65 的二聚体化,使NF-κB以无活性的形式存在。
当细胞受到肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor α,TNFα)、白介素或者其他药物的刺激时,IκBs的激酶IκK会被磷酸化激活,并作用于P50/P60/IκBs三聚体中的IκBs,使其从三聚体中脱离并被泛素化降解,暴露出P50亚基上的移位信号和P65
亚基上的DNA结合位点,从而使P50/P65 二聚体表现出NF-κB 活性,并从细胞浆移位到细胞核中,然后与靶基因的κB 基序结合,发挥转录调控作用。
除了上述的典型激活方式,NF-κB的激活还存在其他非典型的方式[2](图1)。
在非经典激活途径中,P100 和RelB 的二聚体被激活,这种激活主要存在于 B 细胞和T 细胞发育过程中。
接收到特定的受体信号后(例如淋巴毒素 B 和 B 细胞活化因子)在NF-κB 诱导激酶(NIK)的作用下,IκKa复合体被磷酸化进而引起p100的磷酸化,经蛋白激酶作用诱导产生p52-RelB 异源二聚体,并使其进入细胞核参与核转录活动。
NF-κB对细胞凋亡的调控作用细胞凋亡是多细胞生物一种正常的生命现象,在受到外部或者内部的刺激以后,细胞为了维护内环境的稳态,出现由多种基因控制的细胞程序性的主动死亡。
细胞凋亡对于维持细胞正常生长和代谢稳定具有十分重要的意义,而细胞凋亡的异常与各种肿瘤的产生密切相关[7]。
展望细胞凋亡有助于清除受损细胞,减少应激损伤,维持机体稳态。
凭借其重要的调控作用和在分子网络中的核心地位,NF-κB在细胞凋亡的产生和发展过程中扮演了重要的角色,它可能成为包括癌症、心血管疾病、肥胖及代谢症在内的多种疾病诊疗的靶位点。
未来的工作中,我们将更加清楚NF-κB在不同类型的细胞凋亡中的差异调控机制。
生物体内大量存在的microRNA对各种生命活动发挥着复杂而精巧的调控作用。
迄今为止,只有极少数的microRNA 被研究和确认参与了NF-κB的激活和调控。
但随着新一代高通量测序和基因芯片技术的快速普及,将会有更多microRNA被发掘,有望在较短的时间内了解更多影响和参与NF-κB分子调节的microRNA,并逐渐掌握它们之间的“对话机制”,一个完整系统的调控网络图谱将会逐渐清晰。