近3年线粒体介导细胞凋亡的研究进展

向军军 ，赖菁菁，胡跃强



近3年线粒体介导细胞凋亡的研究进展

向军军1，赖菁菁1，胡跃强2

1.广西中医药大学2013级硕士研究生(南宁 530001)，E-mail：464674203@qq.com；2.广西中医药大学第一附属医院

摘要：线粒体是细胞活动的“动力工厂”，在调节细胞生存凋亡过程中发挥关键性的作用。在细胞凋亡过程中，线粒体膜通透性转换孔过度的开放会促使线粒体跨膜电位降低，导致一些相关的促凋亡因子，如细胞色素C凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor，AIF)、B 细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族以及膜间隙中的Caspase 前体蛋白(procaspase)等从线粒体中释放进入胞质，共同参与对细胞的调节。研究线粒体对细胞凋亡的机制，对于研究调控细胞凋亡具有极其重要的理论意义。本研究以线粒体对细胞凋亡作用近3年研究为基础，对线粒体介导细胞凋亡中的作用机制进行综述。

关键词：细胞凋亡；线粒体；跨膜电位；膜通透性转变孔；线粒体蛋白

细胞凋亡(apoptosis)是一种主动的、程序性的由基因控制的细胞自主性死亡方式，又称其为细胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)[1]。近年来凋亡研究已细化到线粒体介导细胞死亡调控的模式。并发现在细胞死亡的经典表现出现前，线粒体在膜完整性已经发生了改变，此改变包括了线粒体的内膜和外膜。因此认为线粒体对真核细胞在凋亡的调节中也发挥着重要作用。本研究从近3年线粒体跨膜电位、通透性转换孔和线粒体相关蛋白方面进行综述，以期能为研究提供思路。

1线粒体膜通透性改变

线粒体通透性转换孔是存在于线粒体内外膜之间的一组蛋白复合体和非特异性通道，其主要作用于线粒体内膜的转换孔开放；当转换孔开放时，内膜上离子平衡被打破，基质水肿和外膜破裂，激活相关的凋亡因子，从而介导细胞死亡。线粒体通透性转变孔与细胞凋亡线粒体通透性转变孔(MPTP)同位于其内外膜之间。其周期性开放对维持线粒体内的稳态及电生理化学平衡起着重要作用。20世纪50年代MPTP 于线粒体基质内Ca2+浓度升高后出现广泛可逆性水肿时首次观察到[2]。目前研究认为，MPTP 是细胞凋亡及坏死的共同通路。抑制线粒体膜通透性转换孔开放可改善心肌的舒缩及兴奋恢复性质，可能与其对衰竭心肌细胞能量代谢的影响有关[3]。最新研究显示，陈亚妮等[4]通过观察速效救心丸对心肌缺血/再灌注大鼠线粒体通透性转换孔及心肌细胞凋亡的影响，认为速效救心丸对大鼠心肌缺血/再灌注损伤具有一定的保护作用，其机制可能与抑制MPTP 的开放有关。

2线粒体跨膜电位改变

细胞凋亡在细胞凋亡早期，线粒体外膜对蛋白质的通透性增高，线粒体内膜的跨膜潜能降低[5]。当细胞凋亡信号传递至线粒体时，激活第 2 信使，如 Ca2+、Bcl-2(Bax)、神经酰胺和活性氧等；使线粒体释放出细胞色素C(Cyt-C)与凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和 Caspases-9 形成复合体，导致Caspases-9的激活，进而继续激活下游效应因子Caspases-3、Caspases-6、Caspases-7，使细胞进入凋亡[6]。有研究显示穿心莲内酯可以抑制人SKOV3、A431、HL-60细胞增殖，并可诱导SKOV3、A431细胞凋亡，其诱导凋亡可能与线粒体膜电位(MMP)下降有关[7-8]。有研究推测苦参碱影响线粒体的跨膜电位的MMP通道，其会导致MMP通道打开，从而触发细胞凋亡的发生[9]。谷牧人等[10]用苦参碱对人乳腺癌MCF-7 细胞促凋亡作用分析，其促凋亡作用可能是通过降低线粒体跨膜电位而使MMP的通道打开。向明灯等[11]通过四溴双酚A 对HepG2细胞线粒体膜电位及凋亡的影响研究。随TBBPA 处理浓度增加，HepG2细胞存活率相应降低，线粒体跨膜膜电位下降，细胞凋亡率随之增加，通过降低线粒体膜电位可引起细胞凋亡。多项研究表明在细胞凋亡中，都出现了膜电位的下降，且发生于细胞凋亡的形态学改变之前。此研究说明膜电位下降为凋亡的特异性改变，如果能保护线粒体膜电位的稳态，则有可能减少细胞凋亡[12-13]。

3线粒体相关蛋白的影响

3.1细胞色素C细胞色素C释放是目前研究比较清楚的细胞凋亡生物化学途径。正常情况下Cyt-C存在于线粒体内，参与线粒体呼吸链电子传递和细胞凋亡过程。在Bcl-2 等细胞凋亡因素刺激下，Cyt-C由线粒体内释放到细胞质内，当Cyt-C由线粒体内释放到细胞质中被认为是细胞凋亡的关键环节。潘晓青等[14]研究表明，低硒时Cyt-c通过从线粒体释放入胞质发挥凋亡信号转导作用，激活下游凋亡蛋白引起心肌细胞的凋亡。王雪芹等[15]研究显示，当线粒体外膜通透性改变和膜电位下降，使游离的 Cyt-C释放至胞质的含量增加，进入胞质内的Cyt-C 引起线粒体凋亡通路的下游基因蛋白发挥凋亡效应。

3.2凋亡诱导因子(AIF)凋亡诱导因子是一种主要的凋亡效应蛋白，主要位于线粒体膜间隙。关于其机制研究，赵宏贤等[16]通过对大鼠小肠平滑肌细胞受到凋亡因素刺激研究，显示小肠肌层平滑肌线粒体内膜两侧电子梯度发生变化，引起线粒体膜电位下降，进而导致凋亡诱导因子(apoptosis in ducing factor，AIF)释放进入胞质，引起细胞凋亡。张道宫等[17]通过对PARP-1 介导的AIF 通路参与了庆大霉素内耳损伤导致的前庭毛细胞凋亡的研究结果提示，其机制可能是通过PARP-1 活化而引起AIF 核转位，诱导毛细胞的凋亡。徐勇刚等[18]实验结果表明，在SDT 致大鼠C6 胶质瘤细胞凋亡的过程中，AIF参与对细胞的凋亡作用。并推测其途径可能为，SDT 使线粒体膜通透性增加，位于膜间隙的AIF 从线粒体转位至细胞质中，进而AIF 又转位至胶质瘤细胞周围和细胞核中，引起大鼠C6 胶质瘤细胞凋亡。

3.3Bcl-2家族蛋白B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族蛋白是线粒体凋亡途径的关键，在细胞凋亡过程中有重要的作用[19]。主要是通过调节线粒体膜孔隙所形成的蛋白，进而调节线粒体促凋亡因子的释放，参与线粒体介导的细胞凋亡。

3.3.1抗凋亡蛋白B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)Bcl-2是重要的凋亡抑制蛋白，在即将凋亡的细胞中呈低表达。Bcl-2蛋白主要通过形成同源或异源二聚体，以及与胞内蛋白因子的相互作用阻遏PCD，Bax及BH3类蛋白则促进细胞凋亡。有研究显示下调Bcl-2蛋白的表达，会促进细胞凋亡[20]。戴焱焱等[21]通过长期对人细胞HEPG2药物干预后检测显示，抗凋亡蛋白Bcl-2呈时间依赖性降低，促凋亡蛋白Bax呈时间依赖性增加。因此而证实线粒体中Bcl-2蛋白在细胞凋亡中起到重要的作用。

3.3.2促凋亡蛋白Bax促凋亡蛋白Bax 在正常情况下其主要存在于细胞质中，当细胞受到凋亡刺激后才转位至线粒体上，作用于线粒体，促使线粒体产生系列变化介导细胞凋亡。关于Bax蛋白对细胞凋亡的研究较多，其中Zhang 等[22]在研究PHB 蛋白表达与人体胃癌细胞系BGC823 细胞凋亡之间的联系时发现，当Bax 表达上调时，细胞凋亡率升高。Sehrawat 等[23]通过对花姜酮作用于人乳腺癌细胞(MCF-7、MDA-MB-231)研究，发现该药物能同时促进Bax的表达，诱导细胞发生凋亡。Goloudina等[24]研究指出，在癌细胞中，当Wip1 磷酸酶过表达时，能促进Bax 表达，二者协同促进癌细胞的凋亡。全超等[25]通过研究磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶(PHGPx)对p，p’-DDE 诱导大鼠睾丸生精细胞凋亡的作用时发现，一定剂量的p，p’-DDE 可以促使Bax 表达水平显著升高。国内外研究均证实了Bax表达量的上调与细胞凋亡呈正相关。

3.4半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)家族Caspase家族是近年来最新发现存在于胞质溶胶中结构相关的半胱氨酸蛋白酶，主要位于细胞凋亡调控的下游。其家族共分三类：凋亡启动因子、凋亡执行因子以及炎症介导因子。其中凋亡启动因子主要位于级联反应的上游，其中包括Caspase-2、Caspase-8 和Caspase-9 等，然后在相关蛋白的辅助作用下发生活化，进而识别及激活下游的Caspase。此类研究国内外较多，Cheng 等[26]研究发现，当雄黄作用于宫颈癌细胞后，通过促进细胞色素C的释放，并激活Caspase-3，使细胞进入不可逆的凋亡阶段。Imre 等[27]通过观察金黄色葡萄球菌α-毒素及气单胞菌溶素诱导的上皮细胞凋亡研究时发现，Caspase-2 为凋亡启动因子并促使细胞发生凋亡，同时研究还发现Caspase-2 的表达下调可以抑制细菌成孔毒素介导的细胞凋亡。

4小结与展望

细胞凋亡与线粒体关系密切。在细胞凋亡过程中，当内外凋亡刺激作用于线粒体后，引起线粒体通透膜及相关蛋白的释放，促使细胞进入凋亡程序。近年来对细胞凋亡的研究主要集中在线粒体上，关于其与细胞凋亡的相互作用机制已渐进成熟。但对于凋亡刺激作用后，凋亡蛋白的如何整合至线粒体及上下游蛋白的表达机制或许可以能有更全面的认识。进一步研究线粒体在细胞凋亡中的作用，有助于深入了解细胞凋亡的机制。一方面，可尝试通过作用于线粒体通路中诸多调控蛋白在细胞凋亡过程中的作用靶点来阻断凋亡继续进行，从而治疗相关疾病。另一方面，可利用其凋亡机制深入探索干预癌症细胞的治疗，促使癌细胞凋亡，以达到治愈癌症的目的。线粒体与细胞凋亡的研究在现代医学发展有着重要意义。

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(本文编辑王雅洁)

基金项目：广西高等学校优秀中青年骨干教师培养工程资助成果(No.重2012046)

通讯作者：胡跃强，E-mail：shitousay111@tom.com

中图分类号：R329.5

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.13.018

文章编号：1672-1349(2016)13-1497-03

(收稿日期：2015-11-30)