Bcl-2基因家族研究进展

任玉伟，宿华威

(哈尔滨医科大学附属第二临床医院 胆道、腹腔镜微创外科，黑龙江 哈尔滨 150086)

Bcl-2基因家族研究进展

任玉伟，宿华威

(哈尔滨医科大学附属第二临床医院 胆道、腹腔镜微创外科，黑龙江 哈尔滨 150086)

Bcl-2家族蛋白是细胞凋亡的关键调节分子，线粒体、内质网等在细胞凋亡的过程中扮演着重要的角色，Bcl-2家族蛋白可直接或间接作用于线粒体来发挥它们的相应功能。Bcl-2基因家族在缺血再灌注损伤(IRI)中也有着独特的地位。而且Bcl-2家族的表达和调控对肿瘤细胞凋亡也具有较大的影响，如何调控Bcl-2家族成员的表达和表达后的针对性治疗，成为今后研究的一个方向。本文对Bcl-2目前的研究进展作一综述。

Bcl-2；细胞凋亡；线粒体；内质网；缺血再灌注损伤

[引用本文]任玉伟，宿华威. Bcl-2基因家族研究进展[J].大连医科大学学报，2015,37(2)：202-205.

Bcl-2基因于1984年由Tsujimoto首先发现，1988年试验报告Bcl-2基因可使细胞存活时间延长，1990年进一步确证Bcl-2基因具有抗细胞凋亡的功能[1]。Bcl-2基因及其表达蛋白可抑制多种组织细胞的凋亡，所以称其为凋亡抑制基因[2]，其表达和调控是影响细胞凋亡的关键因素之一。Bcl-2基因家族根据功能和结构分为两类，一类是抗凋亡的(anti-apoptotic)，如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一类是促进凋亡的(Pro-Apoptotic)，如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim[3]。Bcl-2 基因抗凋亡的机制目前认为主要有：(1)拮抗促凋亡基因bax；(2)抑制促凋亡细胞色素C自线粒体释放入胞质；(3)阻止胞质中的细胞色素C激活caspase；(4)抗氧化及维持细胞内钙稳态[4]。生理状态下，Bcl-2基因家族的大部分抗凋亡蛋白一般作为细胞器膜的整合膜蛋白被隔离起来，而促凋亡蛋白则以非活性的形式分布于胞液中或细胞质骨架上。一旦细胞受到凋亡信号刺激，促凋亡蛋白便在某些蛋白酶的作用下发生构象变化，从胞液中易位到细胞器膜上，尤其是线粒体外膜，并与膜上的抗凋亡蛋白发生相互作用，调控蛋白酶和核酸酶的活性，双向调节细胞凋亡。

1　Bcl-2家族与细胞凋亡

细胞凋亡是一种程序性细胞死亡[5]，有别于坏死，是维持机体平衡的一个重要机制，它的缺陷可能导致多种严重疾病，如神经退行性疾病[6]、自身免疫性疾病[7]及癌症[8-10]发生。线粒体是细胞内产生能量的重要细胞器，被认为是细胞生存与死亡的调节中心。细胞因子、死亡受体、脂溶性激素、病原微生物、多种金属离子及辐射等因素可影响线粒细胞内的电子传递链及能量代谢,从而导致细胞凋亡。研究证明，在大多数凋亡信号级联中线粒体外膜透化作用(MOMP)是最重要的一个点，细胞凋亡的线粒体途径表现为MOMP和活化细胞色素C[11]，而Bcl-2家族的成员之间的相互作用可控制MOMP[12]。Bcl-2和Bd-xL主要结合在线粒体外膜，抑制细胞色素C释放及caspases的激活发挥抗凋亡作用；相反，促凋亡蛋白如Bax 和Bak等作用于线粒体外膜，导致细胞色素C的释放而导致细胞凋亡。最新研究发现线粒体膜上的galectin-7(Gal7)于紫外线照射后，Gal7的超表达增加了细胞凋亡的易感性，内生Bcl-2与Gal7重组及交互，可显著降低Gal7在线粒体的数量[13]，此Gal7/Bcl-2可能构成一个新的控制细胞凋亡途径。

内质网(the endoplasmic reticulum，ER)是细胞凋亡的发动者，Bcl-2家族蛋白在ER膜[14]可能会构成一个“微调”钙代谢调节变阻器，介导ER启动细胞凋亡。IRE1a是ER膜上一个抑制细胞凋亡的负调节蛋白，在Bak和Bax基因缺陷小鼠应用衣霉素诱导的肝损伤模型中，肝细胞凋亡明显减少，可能是由于缺乏IRE1a活性[15]。

2　Bcl-2家族与细胞自噬

细胞内稳态依赖于生物合成和降解之间的平衡。自噬参与细胞生长、生存、发展和死亡过程[16]。自噬在细胞的作用存在争议。一方面,自噬作为一种适应性反应，为细胞提供营养和能量，删除自噬基因或药物阻断某些自噬过程导致细胞死亡；另一方面，过多自噬的激活可加速细胞死亡。Bcl-2家族蛋白是自噬的主要监管机构[17]，自噬激活伴随着Bcl-2蛋白含量的减少，Bcl-2小分子抑制剂进一步提高自噬活动。最近，Robert等[18]报道，细胞死亡依赖于自噬机制，抑制Bcl-2家族蛋白，可引起细胞过多死亡。因此Bcl-2可能是平衡自噬活动的一个重要的机制[19]。

3　Bcl-2与缺血再灌注损伤(IRI)

缺血/再灌注损伤(ischemia reperfusion injury,IRI)可发生在多个器官组织中，严重时可能导致全身炎症反应和多器官功能障碍[20]。IRI与移植器官的无功能和功能障碍密切相关，同时IRI也增加了移植物急慢性排斥反应的发生率，因此减少IRI可以大大提高移植成功率。现在研究较广的移植领域是肝脏移植,肝脏是一个能源需求高的器官,移植过程中容易发生缺血、缺氧[21]。Bcl-2在移植器官组织中高表达[22]，可减轻缺血再灌注损伤。研究发现，将抗凋亡Bcl-2基因载体植入哺乳动物肝细胞中，发现早期线粒体变化与细胞凋亡不明显[23]。因此Bcl-2对IRI可能有细胞保护效应。所以今后针对Bcl-2进行开发降低IRI的药物将成为研究的重点方向。

4　Bcl-2与肿瘤

目前恶性肿瘤的治疗仍然是世界范围内研究的重点，由于初次治疗以后肿瘤细胞对化疗及放疗的敏感性下降，患者不能得到完善的治疗效果。细胞凋亡在肿瘤的发生、发展以及在其产生耐药中发挥着重要作用。Bcl-2家族的表达和调控对肿瘤细胞凋亡具有较大的影响[24]，其在细胞凋亡信号转导途径中发挥重要作用。Bcl-2还能协同原癌基因ras的作用，使细胞发生恶性转化，从而促进肿瘤增长。许多人类肿瘤如胃肠道肿瘤[25]、淋巴瘤[26]、成神经细胞瘤及膀胱癌等都存在着Bcl-2和(或)Bcl-xL的过度表达,且高表达的Bcl-2可抑制细胞凋亡，使细胞生长加速，进而导致恶性肿瘤的发生发展。Bcl-2家庭成员通过一个精确的平衡(BAX,BAK,and BH3-only proteins)和pro-survival(BCL2及其最亲密的同系物,BCLXL BCLW和MCL-1)调节细胞程序性凋亡和控制细胞生长[27]。现研究发现,PUMA的功能在肿瘤细胞中明显受到抑制，超过50%的人类肿瘤细胞存在p53的变异[28]，而突变的p53能消除由化疗和放疗诱导的PUMA的上调。PUMA是p53上调凋亡调控因子,属于Bcl-2 家族中只含有一个BH3结构域蛋白成员，可在包括基因毒性应激、癌基因无受控表达、氧化还原状态改变等多种应激条件下，诱发依赖p53及非依赖p53机制的细胞凋亡。PUMA主要机制是将凋亡信号传导给线粒体，经过各种途径激活Bcl-2 家族成员中的Bax和(或)Bak，通过释放细胞色素C，细胞色素C在ATP的存在下可与凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)结合形成凋亡复合体然后进一步聚集上调caspase导致细胞凋亡[29]。在有关乳腺癌发病研究中发现低Bcl-2表达与乳腺癌易感性有积极的关系，而高Bcl-2表达与乳腺癌预后正相关[30]。在肺癌裸鼠模型中，Bcl-2超表达可使肺癌细胞对紫杉醇更敏感，紫杉醇抗肿瘤疗效显著增加[31]。Bcl-2蛋白质已被确认为有抗癌治疗价值，其抑制剂如藤黄酸、N-aryl马来酰亚胺已经开发并用于多种恶性肿瘤临床试验，包括慢性淋巴细胞白血病等。抑制Bcl-2表达的反义寡核苷酸或小分子抑制剂目前正在进行临床试验，此外,Bcl-2家族蛋白在癌症患者的细胞免疫反应中有突出作用,免疫介导抗肿瘤治疗正成为一个热点研究方向[32]。

综上所述,近年来大量的研究表明，Bcl-2基因家族作为一类细胞凋亡相关基因，在调控细胞凋亡、降低缺血再灌注损伤、抗肿瘤等方面具有重要作用。深入研究Bcl-2的结构、不同阶段的表达及调控机制，研究和开发Bcl-2家族相关靶向药物如Bcl-2家族抗凋亡蛋白抑制剂等，对更好的治疗肿瘤等疾病具有重要的临床意义。

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Research progress of the Bcl-2 gene family

REN Yu-wei,SU Hua-wei

(DepartmentofBiliary,LaparoscopicMinimallyInvasiveSurgery,theSecondAffiliatedClinicalHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150086，China)

Bcl-2 family proteins are key regulatory molecules of apoptosis. Mitochondria and endoplasmic reticulum etc. play important roles in the process of apoptosis. Bcl-2 family proteins can have direct or indirect effects on mitochondria to play its function. Bcl-2 gene family has also a unique role in ischemia-reperfusion injury (IRI). The expression and regulation of Bcl-2 family has great influence on tumor cell apoptosis. How to regulate the expression of Bcl-2 family members and the expression-related target therapy have become a direction of future research. This article summarizes the present research progress.

Bcl 2； cell apoptosis; mitochondria； endoplasmic reticulum (ER)； ischemia reperfusion injury(IRI)

综述10.11724/jdmu.2015.02.25

任玉伟(1989-)，男，河南周口人，硕士研究生。E-mail:ryw89618@126.com

宿华威，副主任医师。E-mail:shw@medmail.com.cn

R3

A

1671-7295(2015)02-0202-04

2014-07-31；

2015-01-21)