不同运动强度下肝细胞凋亡的机制①

李明

(泰山学院 山东泰安 271021)

肝细胞凋亡的途径可分为内源性和外源性两种形式。外源性途径起始于胞外死亡诱导信号(肿瘤坏死因子,如Fas、TNF)与细胞表面的受体结合,一旦结合,导致caspase-8的募集和同源性激活,激活的caspase-8再进一步激活其下游的caspase,最终导致由酶级联反应所介导的细胞凋亡。内源性途经,是指细胞凋亡的线粒体途径。该途径通过改变线粒体的正常生理功能、结构导致内外膜的通透性发生改变并形成通透性转变孔(PTP),随后细胞色素C外溢,引发细胞凋亡。这两条途径之间还存在着一定的联系,如通过BH3单结构域蛋白(Bad、Bim)能将凋亡信号由细胞膜传递到线粒体,一般认为此时诱发的细胞凋亡线粒体途径起到放大凋亡信号的功能。

1 运动与肝细胞凋亡

1.1 大强度运动与肝细胞凋亡的机制

在大强度运动中或恢复期内肝细胞内ROS骤然增加,钙离子超载,同时吞血浆中TNF家族因子增多,使肝在结构、功能方面遭受严重损伤乃至引发凋亡。

1.1.1 氧自由基与肝细胞凋亡

(1)运动中肝细胞内的氧自由基的产生及积累。大强度运动时,肝脏处于缺血缺氧状态,ATP合成减少,导致肝细胞内AMP累积,若大强度运动造成运动肌损伤,还会导致损伤肌肉内白细胞的聚集并有可能诱发中性粒细胞的呼吸爆发,产生的大量自由基极有可能超过机体的抗氧化系统的能力以至于随血液进入肝脏。大强度运动时肝细胞产生的过多ROS可能激活肝血窦或肝小静脉的内皮细胞并使之表达ECAM,中性粒细胞表面粘附分子同内皮细胞新表达的ECAM结合在一起,中性粒细胞被激活,启动了持续时间较长的粘附依赖性的氧化应激和去粒化反应,产生大量的自由基。

(2)ROS诱发肝细胞凋亡的途径。研究发现,受ROS损伤的DNA会激活酪氨酸激酶(tyrosine kinase)c-abl,后者再激活凋亡信号调控激酶(ASK1),激活的ASK1进一步激活P38和C-JNK,P38被激活后可磷酸化BCL-2,从而使BCL-2抑制BAX的作用消失,并引起CytC的释放,导致细胞凋亡。若JNK被激活,它也可将BCL-2磷酸化(Ser-70,Ser-80),诱发细胞凋亡。实验也发现ROS也可直接激活ASK1,这是因为ROS可直接将抑制ASK1活性的硫氧还蛋白氧化,使其从ASK1上脱落,ASK1被激活。

1.1.2 Ca2+变化与肝细胞凋亡

激活磷脂酶,被激活后会作用于线粒体膜和细胞膜上的鞘磷脂,并使其分解产生具有细胞毒性的神经酰胺,诱发肝细胞凋亡。

1.1.3 TNF家族(tumor necrosis factor肿瘤坏死因子)与肝细胞凋亡

大强度运动时,一方面由于肝脏缺血严重,导致少量细胞坏死,引起炎症反应,单核巨噬细胞释放TNF,肝脏内的吞噬细胞就是Kupffer细胞。研究发现在缺血/再灌注损伤早期,KCs分泌的促炎症因子如如肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素等均发生在粘附分子的表达、趋化因子的分泌和中性粒细胞聚集之前,聚集在肝内的中性粒细胞会通过阻塞微循环和释放蛋白激酶直接伤害肝脏,所以KCs是导致肝组织损伤的最重要的、最关键的因子之一,可是KCs引发损伤的具体机制目前尚未清楚,临床上认为,细胞内毒性和脂多糖是诱发KCs分泌促炎性因子介导物并最终导致肝细胞损伤的强有力的刺激物。另一方面高强度运动中肌肉损伤引起白细胞激活,也会产生大量的TNF,并随血液进入肝脏。此外,运动中产生的ROS也是TNF生成的重要刺激物。

FasL配体是一个同源三聚体,可以结合三分子的Fas。两者一旦结合,后者便通过其细胞内段的死亡域DD同FADD羧基端的DD(Fas受体相关死亡域蛋白)的相互作用,募集细胞内的FADD,FADD氨基末端的死亡效应域DED同Caspase-8中的DED相互作用,将Caspase-8募集到Fas区域,Fas、FADD、Caspase-8变形成了死亡诱导信号复合体DISC(death inducing signal complex),在DISC复合体中Caspase-8由于寡聚化水解活性增强而自我剪切活化,然后返回细胞质启动Caspase级联反应。

激活的Caspase-8在胞浆中裂解BID,裂解产物的羧基端片段TBid转移到线粒体上,诱导CytC的释放,从而将死亡受体通路同线粒体通路联系起来,有效地放大了凋亡信号。

1.2 中等强度非力竭性运动引起肝细胞凋亡的机制

中等强度运动中氧自由基主要通过线粒体途径产生,数量少并且被细胞内的抗氧化物质及时地清除;细胞内钙离子在内质网和线粒体协调下能保持紊态。一般不会诱发肝细胞凋亡;如果有一般是衰老的细胞或肿瘤细胞,因为前者的呼吸链受到损伤,而后者代谢旺盛,通过电子传递链途径两者都会产生大量的氧自由基,导致自身凋亡。

1.3 力竭性的中等强度运动引起肝细胞凋亡的机制

进行力竭性的有氧运动时,由于运动时间长,肝细胞内通过电子传递链产生的氧自由基大大增加,同时肝细胞内糖类耗竭,从而诱发肝细胞凋亡。

2 研究的趋势与发展前景

运动强度、运动时间对肝细胞凋亡有着重要的影响,深入探讨运动强度、运动时间对肝细胞凋亡的影响,既有利于阐明运动性疲劳产生和运动性损伤的机制,又有助于研制运动性营养补剂预防运动性肝损伤。随着全民健身计划的实施,研究运动诱发肝细胞凋亡的机制等将成为运动医学的研究热点内容。

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