1、凋亡蛋白酶活化因子-1 与细胞凋亡华北煤炭医学院 2005 年 3 月第 7 卷第 2 期JNorthChinaCoalMedicalCollege2005March,7(2)?171?torsignalingcascadeisrequiredforamyloidbetaproteininducednellrondeathJ.JNeurosci,2004,24(7):1760177129GruberHE.NortonFL1,HanleyENJr.AntiapoptoticeffectsofIGF 一 1andPDGF0nhumanintervertebraldisccellsinvitroJ.
2、Spine.2000,25(17):21532157(20041206 收稿)(周济桂编辑)凋亡蛋白酶活化因子一 1 与细胞凋亡杨鹏朱军程爱国(华北煤炭医学院附属医院神经外科河北唐山 063000)关键词 细胞凋亡 ;凋亡蛋白酶活化因子一 1中图分类号R329.28文献标识码A文章编号10086633(2005)02017103细胞凋亡(apoptosis) 即细胞编程性死亡 (programmedcelldeath),它是一种高度有序的细胞死亡.凋亡不仅在多细胞动物的生长发育,形态构建与维护中扮演重要角色,而且在外伤后细胞的演变过程中起关键作用.越来越多的证据表明,外伤所致的脑损伤后,神经细
3、胞的死亡有两种形式,即细胞的直接损伤坏死和迟发性的细胞死亡即凋亡 1.21.1977 年,Yang 的研究小组和 Kluck 的研究小组同时证明 Bcl 一 2 通过阻止细胞色素 C,从线粒体上释放发挥其抑制凋亡的作用,Zou 等在此基础上,分离纯化得到了凋亡蛋白酶活化因子一 1(apoptoticproteaseactivatingfactor 一 1,Apaf 一 1)这一促进凋亡的最重要的因子之一,并发现其中 CED 一 4 的同源物 J.本文对 Apaf 一 1 和细胞凋亡的关系综述如下.1 细胞凋亡的机制根据细胞凋亡发生的过程,细胞凋亡分为两种途径,即线粒体途径和死亡受体途径,两种途
4、径互相影响,最终作用于casp 效应因子(即 casp3,6,7),从而引发级联效应,使染色体DNA 降解成小细胞解体 J.1.1 线粒体途径在线粒体的内,外膜之间的膜间腔(intermembranespace)内含有许多涉及细胞凋亡的因子.其中包括:在线粒体膜间腔内含有的细胞色素 C(cytochromeC,Cyt.C),凋亡诱导因子(Apoptisisinducingfactor,AIF)和线粒体源caspase 的第二个激活因子(secondmitochondriaderivedantivatorofcaspase,SMAC),以及与胞浆内共含有的 procaspase一2,一 3,一
5、7,一 9 等.当受到某些损伤性因子(如放射线照射,氧化应激等)刺激时,引起线粒体内膜的跨膜压(a,m)降低,线粒体内膜的通透性转换孔开放,线粒体外膜破裂,导致内,外膜问的膜问腔内上述死亡因子释放进入胞浆,即可引起下列促使细胞凋亡的反应 J.1.1.1 细胞色素 C 结合胞浆内的 Apaf 一 1.诱导其寡聚化并募集 procaspase 一 9 形成凋亡复合体 (apoptosome),在 dATP参与下复合体内的 procaspase 一 9 可以自身激活,形成活性的 caspase 一 9,再经级联反应激活 procaspase 一 3,一 6,一 7_6J.1.1.2 凋亡诱导因子(a
6、poptosisinducingfactor.AIF).AIF 由线粒体的膜问腔内释放进入胞浆后,可进一步促进线粒体释放出 cyt.C,AIF 本身是一种 DNAase,可直接进入核内催化【作者简介】杨鹏(1977 一),男,硕士生,主要研究方向: 脑损伤.+审校者DNA 大片段化.1.1.3 线粒体源 caspase 的第二个激活因子 (SMAC).由线粒体的膜间腔内释放入胞浆后,可结合 lAP(inhibitorofapoptisis,凋亡抑制因子 ,具有抑制 caspase 一 3 的作用)后促进其泛素化蛋白分解,故 SMAC 是通过去除 lAP 的抑制作用而促进细胞凋亡.因为 Bcl
7、一 2/BclXL 的抗凋亡作用的机制是维持线粒体膜的完整性和通透性,维持 a*m,防止线粒体膜间腔内的死亡因子外释.另外,Bcl 一 2/BclXL 具有结合凋亡蛋白酶激活因子一 1 而阻止形成 apoptosome 的作用,故 Bcl 一 2/BclXL 高表达 ,可以抑制线粒体介导的凋亡途径,但对死亡受体介导的凋亡途径没有抑制作用.1.2 死亡受体途径这一途径首先是由胞外跨膜的死亡配体(TNF,FasL 和 TRAIL)分别结合靶细胞的相应受体(肿瘤坏死因子受体一 1(TNFreceptor 一 1,TNFR1),Fas 和死亡受体 deathreceptors,DRs)后,诱导结合相应
8、的联结分子(adaptors)和半胱天冬蛋白酶原(procaspases), 形成诱导死亡的信号转导复合体(deathinducingsignalingcomplex,DISC). 在DISC 内 procaspases 自身裂解激活形成活性的半胱天冬蛋白酶(caspases).如 caspase 一 1,一 2,一 8,一 1O 等,称之为上游 caspase 或叫起始 caspase(initiatercaspases);再经级联反应催化激活下游 caspase 或叫杀手分子 caspase(executionercaspases),如 caspase 一 3,一 6,一 7.后者催化分裂
9、许多靶底物分子,如细胞周期运行中的蛋白分子(cyclins 周期素,CDKs 周期素依赖性激酶,pRb 视网膜母细胞瘤分子,CDK 抑制因子一CKIs 等), 细胞骨架蛋白分子(Fordrin 胞衬蛋白,Lamin 核纤素,actin 肌动蛋白等)和核 DNA 有序片段化(DNAFragmentation),导致细胞死亡 J.1.3 两条细胞凋亡途径的交联关系虽然上述两条细胞凋亡途径的起始部位和刺激因子不相同,但是在胞浆内死亡信号传递过程中有交联.例如,由死亡受体诱导激活的 caspase一8 除了可以直接激活 procaspase 一 3,一 6,一 7 外,还可以将由 195 个氨基酸组成
10、的非活性 Bid 分子(属 Bcl 一 2 族的促凋亡成员),催化其 N 一端 160 个氨基酸组成的抑制区段水解除去,留下 C 一端含 135 个氨基酸截短了的 Bid(truncatedBid,tBid)是活性分子.后者促使线粒体膜间腔释放出死亡因子,启动线粒体介导的凋亡途径,由此,死亡受体介导的细胞凋亡途径串联线粒体途径而扩大凋亡反应.1.4 凋亡的调节因子作用 Bcl 一 2 家族蛋白是凋亡的重要调控因子,其家族成员对凋亡具有不同的作用.Bcl 一 2 成员之间形成二聚体,异二聚体从而发挥作用.Bcl 一 2 是一个大.172.华北煤炭医学院 2005 年 3 月第 7 卷第 2 期J
11、NoahChinaCoalMedicalCollege2005March,7(2)的蛋白家族,许多 Bcl 一 2 家族蛋白定位于线粒体外膜,由其 C端疏水区域锚定在膜上,蛋白朝向胞质.目前已知的 Bcl 一 2基因有 l0 余种,分为两大类,分别抑制凋亡或促进凋亡 .其中 Bcl 一 2,Bclxl 等起到拮抗细胞凋亡的作用,bax,bak,bad,bid,bmf 等则起到促进凋亡的作用.不同类的 Bcl 一 2 蛋白分别具有不同的 BH(Bcl 一 2homology)结构域,包括 BHl,BH,BH 和 BH,在抑制凋亡的 Bcl 一 2 类蛋白中,这些结构域都起重要作用;而在促进凋亡的
12、 Bcl 一 2 类蛋白中,BH3 结构域是必需的,sj. 凋亡抑制因子(IAP)神经元凋亡抑制蛋白(NAIP),人类凋亡抑制因子(HIAP 一 1,HIAP 一 2)是哺乳动物抗凋亡蛋白家族成员之一,统称为凋亡抑制因子,他们能不同程度的阻止凋亡的发生 j.除上述因子外,神经细胞凋亡还受到一系列基因的调控,如热休克蛋白基因,即早反应基因(Cfos 和 Cinn),P53 基因,半胱氨酸蛋白激酶基因家族,前炎性细胞因子,原癌基因,细胞周期蛋白基因,核内氧化还原因子等,一系列复杂的因素共同调控以维持系统的稳定.2Apaf 一 1 在细胞凋亡中的作用2.1Apaf 一 1 的结构,分布和作用 Apa
13、f 一 1 是线粒体凋亡途径的关键蛋白质,分子量为 130KDj,由 3 个结构域组成 ,一个氨基末端含有半胱氨酸蛋白酶募集域(CARD),可以结合Caspase 一 9 前体;一个是 CED 一 4 同源结构域,可以自发产生低聚反应;羧基末端为重复的 WD 一 40 片段,覆盖 CARD 和CED 一 4 同源结构域1.4j.现已有 5 种 Apaf 一 1 的 CDNA 基因已被证实.Apaf 一1L 和 Apaf 一 1XL 在人类组织中都有 13 个 WD 一 40 重复.Apaf 一 1XL 的 CARD 和 ATPase 结构域之间还有一个 WD 一 40插入.Apaf 一 1M
14、有 l2 个 WD 一 40 重复插入.Apaf 一 1XS 在CARD 和 ATPase 之间有一段基因插入,但没有 WD 一 40 的重复序列.并发现不同基因型 Apaf 一 1 在凋亡中所起到的作用均不相同,这与其结构存在着很大的联系,实验发现在 CARD与 ATPase 之间有插入基因的基因型产生的 Apaf 一 1 蛋白能够影响其与 Caspase 一 9 的结合,在 Apaf 一 1 的基因型中 Apaf一1XL 的 CARD 与 ATPase 之间有插入片段而 Apaf 一 1L 的CARD 与 ATPase 之间没有插入片段,已证实 Apaf 一 1XL 与Caspase 一
15、9 的结合能力较差 ,即在 CARD 与 ATPase 之间有插入基因的 Apaf 一 1 产物募集 Caspase 一 9 的能力较其他型差.未来我们将用更多的精力去研究 Apaf 一 1XL 基因型产物阻止细胞色素 C 凋亡的机制.正常情况下,复杂的 WD 一 40 序列覆盖于 CED 一 4 结构域和 CARD 结构域的表面,阻止 Caspase 一 9 前体与 Apaf 一 1的 CED 一 4 同源结构域结合,当细胞色素 C 从线粒体内释放出后 Apaf 一 1 与细胞色素 C,ATP 相结合使 WD 一 40 结构域移位同时使 Apaf 一 1 低聚物的 CED 一 4 结构域构象
16、发生改变,接下来 Apaf 一 1 低聚物才能募集 Caspase 一 9 前体,从而完成线粒体途径的凋亡2.Apaf 一 1 广泛分布于全身各器官之内,但各器官以及器官生长发育的不同时期,Apaf 一 1 的含量各不相同,据 katsuyaota 等人研究,大鼠于胚胎发育期间至出生期间 Apaf 一 1 的含量最高,这种高含量约持续 24 周,之后含量开始下降,4 周后含量骤降,鼠出生约 8 周后,Apaf 一 1 含量极低,不足胚胎时期的 1%,值得注意的是其在骨骼肌中的含量也很低,这可能与这些组织特殊生理机制有关.2.2Apaf 一 1 与脑损伤后的神经凋亡 Apaf 一 1 在脑损伤后
17、的神经元凋亡中发挥着重要的作用.Apaf 一 1 是线虫 Celeagans 细胞死亡基因产物 CED 一 4 在哺乳类的对应物,它传递凋亡信号以激活 capases.Apaf 一 1 和线粒体释放的细胞色素C 以及 capases9 形成复合体介导 capases9 前体的激活.被激活的 capases9 随后裂开并激活 capases3.Apaf 一 1 缺失小鼠在胚胎发育后期死亡,可出现脑内神经元凋亡减少伴有室周增值区的显着扩大,故 Apaf 一 1 在神经元祖代细胞的凋亡中必不可少.根据目前的研究,我们知道脑损伤后 Apaf 一 1 表达增多.Alexander 等的研究用 RTPCR
18、 技术发现 TBI 后 Apaf 一 1mRNA 的表达在 l2 小时开始增多,24 和 48 小时显着增多 .12_.总之,弥漫性脑损伤后,肿瘤坏死因子一 Ot(TNF),生长因子(GrowthFactors),钙离子等大量表达释放 ,而上述因子正是凋亡两条途径的启动因子,将直接影响到 DBI 患者病情的进展及以后的治疗和预后情况.目前除了短期内有凋亡发生的脑损伤外,发展缓慢的神经退行性改变越来越多的受到大家的重视.神经退行性疾病是一类严重影响人类健康的常见病.虽然如肌萎缩性侧索硬化症(alnyotrophiclateralsclerosis,ALs)等极少数病种的病程进展较快 (2 3 年
19、),绝大多数神经退行性疾病的发病缓慢,如阿尔茨海默病(Alzheimerdisease,AD),帕金森病(Parkinsondisease,PD),亨廷顿病(Huntingtondisease,HD) 等的病程可长达 20年或更长 j.因此,阐明神经退行性疾病中神经细胞死亡的机制,对早期诊断,预防或阻断疾病进程以及开发有效治疗药物具有重要意义 14,15.参考文献1FuWN,StemphenMK,AdrianCN.eta1.Apaf 一 1XLisaninactiveisoformcomparedwithApaf 一 1LJ.BiochemicalandBiophysicalResearchC
20、ommunicafions,2001,282(2):2682 张拥波,罗勇,董为伟.Caspase 一 3 在脑缺血神经元损伤中的作用J. 国外医学.脑血管疾病分册,2000,8(2):793AlexanderGY,KatsuyaO,GepingW,eta1.Differentialexpressionofapoptoticproteaseactivatingfactor1andcaspase3genesandsusceptibilitytoapoptosisduringbraindevelopmentandaftertraumaticbraininjuryJ.TheJoumalofNeure
21、science,2001,21(19):74394MaryAB,HuYM,Naohiro1.eta1.ExpressionandfunctionalanalysisofApaf 一 1isoformsJ.TheJoumalofBiolosicalChemistry,2000,275(12):84615 周瑞祥.缺血性脑损伤后神经元凋亡相关基因表达的研究进展J.国外医学.神经病学神经外科学分册,2002,29(2):1066 杨宾侠,王永利.缺血再灌注后脑细胞凋亡和 Caspase 一 3 蛋白的表达J.郑州大学( 医学版).2003,38(2):2057 刘正清,金道忠,马志健.死亡蛋白酶与细
22、胞凋亡调控及机制J.中国现代医学杂志,2002,12(1):308 刘春岭.缺血性脑血管病中凋亡基因调控的新进展J.医学综述,2003,9(3):1789KimtenL,HelgaAE,StephanFS,eta1.Theadapterproteinapoptoticproteaseactivatingfactor 一 1(Apaf 一 1)ispmteolyticallyprocessedduringapoptosisJ.TheJoumalofBiologicalChemistry,华北煤炭医学院 2005 年 3 月第 7 卷第 2 期JNorthChinaCoalMedicalColle
23、ge2005March,7(2)2001.276(32):2977210KatsuyaO.AlexanderGY,AsakoI,eta1.Alterationofapoptoticpmteasaactivatingfactor 一 1(APAF 一 1)dependentapoptoticpathwayduringdevelopmentofratbrainandliverJ.JBiochem,2002,131(1):13111HenshalDC.BonislawskiDP.SkradskiSL,eta】.FormationoftheAp,ff 一 1/cytoehromeccomplexpre
24、cedesactivationofcaspase 一 9duringseizureinducedneuronaldeathJ.CellDeathandDiffer-entiafion.2001,(8):116912 陈剑琳.Apaf 一 1 和凋亡J. 国外医学.生理,病理科学与临床分册,2001,21(2):9513 朱炬.王纪佐.大鼠局灶性脑缺血再灌注期 caspase 一 9mRNA及 Apaf 一 1mRNA 表达的动态变化 J.中国临床神经科学,2003,11(1):2314 章翔.加强对弥漫性脑损伤的基础与应用研究【J. 中华创伤杂志,2oo3,19(3):13515 李红梅,杨云
25、生,程留芳.Apaf 一 1 基因转染及其对 5 一氟尿嘧啶诱导 AGS 细胞凋亡的影响J.中华消化杂志,2002,22(9):550(213041214 收稿)(周济桂编辑)老年性痴呆治疗进展赵琨苏红军(天津市宝坻人民医院宝坻 301800)关键词 老年性痴呆 ;阿尔茨海默病 ;化学治疗中图分类号R749.16文献标识码A文章编号10086633(2005)02017303老年性痴呆又称阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD)是发生在老年期及老年前期的一种原发性退行性脑病,以获得性持续性记忆减退,认知功能障碍,行为异常以及人格改变为特征.其特征性病理变化为大脑皮层萎缩,并伴有
26、 B 一淀粉样蛋白(p amyloid,pAP)沉积,神经原纤维缠结(neurofibrillarytangles,NFT),大量记忆性神经元数目减少,以及老年斑(senileplaque,SP)的形成 .在老年人的死亡原因中 ,AD已经成为继心血管疾病,肿瘤和脑卒中之后的第 4 位杀手.AD 的发病机制极其复杂,病因学尚不清楚,目前尚无特效治疗或逆转疾病进展的治疗药物.AD 的治疗主要是应用乙酰胆碱酯酶(AchE) 及抗免疫炎症,抗氧化剂等对症治疗药物,以暂时缓解患者认知功能减退.新近在对 AD 分子生物学和细胞学的病理生理研究基础上,提供了针对 AD 病因的治疗药物,对其研究进展综述如下.
27、1 乙酰胆碱酯酶抑制剂1.1 美曲膦酯(metfinme)美曲膦酯是第一个 AchE 抑制剂,2O 世纪 8O 年代用于治疗 AD.能显着提高大鼠脑内多巴胺和去甲肾上腺素的浓度,但不提高 5 一羟色胺的浓度.美曲膦脂在改善患者认知能力,日常行为能力和精神状态方面比对照组有所提高.该药未广泛应用,可能疗效尚不明显,但不良反应较少,且轻微短暂,偶尔会出现腹泻,鼻炎等症状,继续治疗可自行消失.1.2 他克林(tacrine) 他克林是由 WamerLamber 公司研制的第一个经美国食品和药品管理局(FDA)于 1993 年 9 月批准的专门用于治疗轻中度阿尔茨海默病的药物,已在多个国家上市,是目前
28、治疗阿尔茨海默病病最多,疗效最肯定的药物,它既可抑制血浆中的胆碱酯酶,又可抑制组织中的胆碱酯【作者简介】赵琨(1966 一),男,本科,副主任医师.主要研究方向脑血管疾病.审校者酶.由于其具有高度脂溶性,因此极易通过血脑屏障,是具有中枢和周围活性的可逆性的胆碱酯酶抑制剂.另外,该药还可直接兴奋胆碱能毒蕈碱型受体及烟碱型受体,且对毒蕈碱型受体亲和力是对烟碱型受体亲和力的 100 倍,治疗量的他克林可与 30%以上的毒蕈碱型受体结合 J.此外,该药还能促进乙酰胆碱的释放.临床研究发现,阿尔茨海默病患者使用该药后,脑脊液中的高香草酸(HVA),5 一羟基吲哚乙酰(5一HIAA)及生长抑素的浓度升高,
29、推测该药部分或间接的通过多巴胺能,5 一羟色胺能(semtonergie)及生长抑素能(soma.tostainergic)神经而发挥作用.因此他克林对阿尔茨海默氏病患者的治疗作用机制是多方面共同作用的结果.他克林的不足之处是半衰期较短,患者需每天服药 4 次.主要副作用是肝脏毒性,约 50%的患者出现无症状性的血清转氨酶升高,因此服用他克林时必须监测肝毒性,但大多数患者停药 3周内可恢复.如果患者再重新服用该药,大多数患者不会再发生肝脏毒性.约 10%20%的患者因有食欲丧失,恶心及其他胃肠道不适等症状而不能耐受.1.3 加兰他敏(galantamine)加兰他敏是石蒜科中的生物碱,是从雪花莲和其它几种 Amaryllidaeeae 植物中提取出来的,该药是 Shire 公司研制的第二代可逆性竞争性胆碱酯酶抑
