细胞凋亡的途径
摘要细胞凋亡是机体维持自身稳定的一种基本生理机制，是有许多基因产物及细胞因子参与的一种有序的细胞自我消亡形式。通过细胞凋亡，机体可消除损伤、衰老与突变的细胞来维持自身的稳态平衡和各种器官及系统的正常功能。由于细胞凋亡是一种复杂的生理及病理现象，所以在其发生的3个阶段中涉及不同的信号转导途径及其调控。
关键词细胞凋亡线粒体内质网caspase家族NO 疾病
细胞凋亡（apoptosis）是一种有序的或程序性的细胞死亡方式，是受基因调控的细胞主动性死亡过程，是细胞核受某些特定信号刺激后进行的正常生理应答反应，然后凋亡的细胞将被吞噬细胞吞噬。经研究发现，不管是单细胞生物还是多细胞生物，细胞凋亡被称为细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）[1]。是因为细胞死亡往往受到细胞内的某种遗传机制决定的“死亡程序”控制的。也会因为它的失调，机体也会失去稳定性，引发人类疾病如肿瘤、免疫系统等疾病[2]。由于它保证多细胞生物的健康生存过程中的重要性，引起了人们对其途径的广泛深入的研究，成为目前生命科学研究的热点之一。但其凋亡的途径不是很清楚，本文从多个方面概述了细胞凋亡途径。
1 细胞凋亡形态学上的特征
细胞凋亡（apoptosis）是1972年由Kerr教授根据形态学特征最先提出的[3],主要强调的是这种细胞凋亡是自然界中的生理学过程，是受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为。为此，在形态学上把细胞凋亡分为3个阶段[3]：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。其次此过程中质膜保持完整，内含物也不发生外泄。
2 细胞凋亡的基本机制
细胞凋亡的途径复杂，在不同环境、不同细胞或不同刺激的情况下，细胞凋亡的途径是不同的，而且细胞凋亡的信号途径具有多样性，这使得凋亡的发生及调控机制非常复杂。本章将从以下几个方面来说明细胞凋亡途径。
2.1线粒体途径及调控
线粒体为一双层膜围成的囊状结构，外膜与内膜间的空腔称为外室，由内膜包围的腔称
为内室或线粒体基质，线粒体外膜通透性较大，而内膜通透性比较小。然而质子泵存在于内膜，它将基质内质子泵输入外室，从而形成横跨线粒体内膜的线粒体跨膜电位。
线粒体跨膜电位的改变与许多的机制有关。Zamzami等[4]报道膜通透性改（permeability transition,PT）的孔位位于线粒体内外膜间，是一种由蛋白质组成的复合体。该复合体由胞质的己糖激酶、外膜的peripheral bermdiazepine receptor (PBR)、电位依赖的阴离子通(voltage —depedentanion channel，VDAC)、外室的肌酸激酶、内膜的腺苷酸转运蛋(adeninenucleotide trans[cx：ator，ANT)及基质的亲环蛋白D(cyelophilin D)组成。通过实验证明，细胞凋亡时，PT孔开放，并且促进PT孔开放的物质可诱导细胞凋亡，而抑制PT孔开放的物质可阻止细胞凋亡。
此外，线粒体跨膜电位改变与Caspase家族也有关系。Caspase是一组存在于细胞质中具体类似结构的蛋白酶。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。Caspase主要负责的是选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是使靶蛋白活化或失活，并非完全降解。迄今为止，Caspase家族已有15种，其中Caspase-1和11
主要负责白介素前体的活化，不直接参与凋亡信号的传递；Caspase-2，-8，-9，-10，-11主要负责对执行者得前体进行切割，从而产生有活性的执行者；Caspase-3，-6，-7主要负责切割细胞核内、细胞质中的结构蛋白和调节蛋白。目前很多研究表明Caspase-1和3与线粒体跨膜电位之间的关系，可以通过对Fas/APO-1诱导胸腺细胞凋亡研究证实。
通过研究表明：所有动物细胞都具有类似的凋亡机制，蛋白酶Caspase在其中发挥很重要的作用，这种凋亡方式被称为Caspase依赖性的细胞凋亡，近几年来，还发现细胞中还存在Caspase不依赖性的细胞凋亡。在哺乳动物细胞中，Caspase依赖性的细胞凋亡主要通过两条途径引发的：由死亡受体起始的外源途径和线粒体起始的内源途径。凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor,AIF）是1999年克隆的第一个能够诱导Caspase非依赖性细胞凋亡的因子。在凋亡过程中，AIF从线粒体转移到细胞质内，进而进入细胞核，引起核内DNA凝集并断裂形成许多片段。
最后，线粒体跨膜电位改变与Bcl-2有关。Bcl-2家族主要包括抑制凋亡的成员如Bcl-2、Bcl-W、Bcl-Xl等。Bcl-2是线虫抗凋亡蛋白Ced9的同源物。Bcl-2家族成员含有一个或者多个BH结构域，大多存在于线粒体外膜上，或受信号刺激后转移到线粒体外膜上。通过实验证明：Bax与Bcl．Xc调节细胞凋亡是依赖TM结构域．未激活的Bax与Bcl-XL存在于胞浆。Hsu等报道在胸腺细胞凋亡早期，Bax与Bal-XL的分布发生改变，从胞浆移到线粒体膜
Bad因为没有TM结构域而分布于胞浆，与Bax和Bal-XL一样，当H202诱导心肌细胞凋亡时，它从胞浆移到线粒体膜,除去TM后的Bcl-2其抑制凋亡作用随不同的实验体系而不同，这可能与Bcl-2在不同实验体系中的作用强弱以及它在内质网与核膜上的作用大小有关. 2.2内质网信号途径及调控
内质网是细胞内蛋白质合成的主要场所，同时也是Ca2+的主要储存库。内质网对细胞凋亡的作用的作用表现在两个方面：一是内质网对Ca2+的调控，二是凋亡酶在内质网上的激活，Ca2+是真核细胞内重要的信号转导因子，它的动态平衡在细胞正常生理活动中起着很重要的作用。因此，作为细胞内重要的钙库，内质网对胞质中Ca2+浓度的精确调控可细胞凋亡的发生。很多文献指出，细胞在凋亡早期会出现胞质内Ca2+浓度迅速持续的升高，这种浓度升高来源于细胞外Ca2+的内流及胞内钙库的钙释放，相对高浓度的Ca2+可以激活胞质中的钙依赖性蛋白酶，又可以作用于线粒体，影响其通透性和膜电位的改变，从而促进凋亡。但是内质网上Bcl-2家族中抑制凋亡蛋白则可以调节网腔中游离Ca2+浓度，使胞质的Ca2+维持在合适的浓度水平，进而起到抗凋亡的作用[5]。
2.3细胞凋亡的死亡受体途径及调控
胞外的死亡信号可通过死亡受体转入细胞内。死亡受体是一类跨膜蛋白，属于肿瘤坏
死因子(TNF)受体基因家族成员，其细胞外有一段富含半胱氨酸的区域，胞质区有一同源的氨基酸残基组成的结构，有蛋白水解功能，称为“死亡区域”。目前至少发现有五种死亡受体在细胞凋亡信号传导中发挥作用。其中最典型的死亡受体有CD95(Fas或Apo1)和
TNFR1(p55或CD120a)。CD95与Fas配体结合后迅速诱导Fas阳性细胞凋亡。Fas与Fas相关的死亡结构域蛋白（FADD）和Caspase-8组合形成复合体，可抑制FasL诱导的细胞凋亡。
2.4 其他因素与细胞凋亡的关系
NO参与细胞凋亡关系密切，可诱发多种细胞发生凋亡，并与其他活性氧自由基的凋亡传导途径存在对话效应，NO诱导凋亡促进P53基因表达，其分子作用机理正是目前的研究的重点。
铅在工业上具有广泛的用途，但同时也易对环境和人畜健康造成严重危害，铅引起细胞死亡可通过两种不同的途径：一是为一定剂量的铅通过启动细胞内的凋亡程序，促使细胞凋亡；二是为在铅质量浓度过大时，直接引起细胞发生坏死。
3 细胞凋亡与一些疾病
细胞凋亡是正常T细胞和B细胞分化和稳定的重要机制。近年来，许多的研究表明细胞凋亡在自身免疫疾病机制中起到的重要作用。Fas/FasL途径介导的细胞凋亡的抑制是产生自身反应性T细胞和自身抗体的主要原因，DNA低甲基化也会抑制细胞凋亡，导致自身反应性B细胞的增殖。
细胞凋亡受抑制，细胞存活期延长，死亡率下降，细胞数量增加，使得这些细胞表现出明显的生长优势，DNA受损的细胞得以持续生存，突变物积聚，从而促进肿瘤的发生发展。
综上所述，细胞凋亡途径主要是通过三个阶段的。细胞凋亡在生理条件下作为机体细胞群生长消亡平衡的重要方式，与细胞增殖同等重要，共同维持细胞群的自身稳定。细胞凋亡有利于器官形成，消除不必要的器官结构，控制细胞数量，消除异常、无功能和有害的细胞以及产生没有细胞器的分化细胞等功能。
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线粒体与细胞凋亡 作者：周艺群， 谷志远， ZHOU Yi-qun， GU Zhi-yuan 作者单位：浙江大学医学院附属口腔医院口腔颌面外科,浙江,杭州,310006 刊名： 解剖科学进展 英文刊名：PROGRESS OF ANATOMICAL SCIENCES 年，卷(期)：2006,12(1) 被引用次数：14次 参考文献(17条) 1.樊廷俊;夏兰;韩贻仁线粒体与细胞凋亡[期刊论文]-生物化学与生物物理学报 2001(01) 2.赵云罡;徐建兴线粒体,活性氧和细胞凋亡[期刊论文]-生物化学与生物物理进展 2001(02) 3.蔡循;陈国强;陈竺线粒体跨膜电位与细胞凋亡[期刊论文]-生物化学与生物物理进展 2001(01) 4.Hortelano S;Dallaporte B;Zamzami N Nitric oxide induces apoptosis via triggering mitochondrial permeability transition[外文期刊] 1997(2-3) 5.Marchetti P;Hirsch T;Zamzami N Mitochondrial permeability transition triggers lymphocyte apoptosis 1996(11) 6.Marchetti P;Castodo M;Susin SA Mitochondrial permeability transition is a central coordinating event of apoptosis[外文期刊] 1996(03) 7.Susin SA;Zamzami N;Castedo M Bcl-2 inhibits the mitochondrial release of an apoptogenic protease [外文期刊] 1996(04) 8.Chou JJ;Li H;Salvesen GS Solution structure of BID,an intracellular amplifier of apoptotic signaling[外文期刊] 1999 9.Ji HB;Zhai QW;Liu XY Transcription regulation of bcl-2gene 2000(02) 10.Tsujimoto Y;Shimizu S Bcl-2 family:Life or death switch 2000(01) 11.Zamzami N;Susin SA;Marchetti P Mitochondrial control of nuclear apoptosis 1996(04) 12.Ruth MK;Ella BW;Douglas RG The release of cytochrome c from apoptosis[外文期刊] 1997(5303) 13.Narita M;Shimizu S;ItoT Bax interacts with the permeability transition pore to induce permeability transition and cytochrome c release in isolated mitochondrial 1998(25) 14.Cosulich SC;Savory PJ;Clarke PR Bcl-2 regulates amplification of caspase activation by cytochrome C[外文期刊] 1999(03) 15.Bossy-Wetzel E;Green DR Caspases induce cytochrome C release from mitochondria by activating cytosolic factors[外文期刊] 1999(25) 16.Sutton VR;Davis JE;Cancilla M Initiation of apoptosis by granzyme B requires direct cleavage of bid,but not direct granzyme B-mediated caspase activation[外文期刊] 2000(10) 17.Stoka V;Turk B;Schendel SL Lysosomal protease pathways to apoptosis.Cleavage of bid,not pro-caspases,is the most likely route[外文期刊] 2001(05) 本文读者也读过(10条) 1.杨胜细胞凋亡机制简述[期刊论文]-科技信息（学术版）2007(26) 2.冯俊奇.李秀兰.白人骁.FENG Jun-qi.LI Xiu-lan.BAI Ren-xiao细胞凋亡机制研究进展[期刊论文]-国际生物医学工程杂志2006,29(1)
山东农业大学学报(自然科学版),2015,46(4):514-518VOL.46N0.42015 Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2015.04.007 细胞凋亡的信号通路 谢昆,李兴权 红河学院生命科学与技术学院,云南蒙自661199 摘要:细胞凋亡是细胞程序性死亡的一种方式，与自噬和坏死有明显的区别。细胞凋亡的信号途径比较复杂，在凋亡诱导因子的刺激下经历不同的信号途径。本文就细胞凋亡的三条信号通路——线粒体途径、内质网途径和死亡受体途径做一综述，以便为人们进一步了解细胞凋亡发生的机制，从而对癌症及其他一些相关疾病的治疗奠定基础。关键词:细胞凋亡;信号通路;线粒体途径;内质网途径;死亡受体途径 中图法分类号:R329.2+8文献标识码:A文章编号:1000-2324(2015)04-0514-05 The Signal Pathway of Apoptosis XIE Kun,LI Xing-quan Department of Life Science and Technology/Honghe University,Mengzi661199,China Abstract:Apoptosis is a process of programmed cell death which distinguishes from autophagy and necrosis.The signal pathways of apoptosis are complex and different under apoptosis induced factor stimulating.Three kinds of signal pathways of apoptosis including Mitochondrial pathway,Endoplasmic Reticulum pathway and Death Receptor pathway were summarized in this review in order to make people further comprehend the mechanism of apoptosis，so that it should make a basis for us all to treat cancer and other related diseases. Keywords:Apoptosis;signal pathway;Mitochondrial pathway;Endoplasmic Reticulum pathway;Death Receptor pathway 细胞凋亡是细胞程序性死亡（Program cell death，PCD）中特有的一种细胞死亡方式，是细胞在一系列内源性基因调控下发生的自然或生理性死亡过程。Kerr等1972年最早提出了凋亡（apoptosis）和坏死（necrosis）的概念[1]，随后Paweletz等对其进行了详细的描述[2,3]。在形态学上，凋亡表现为核浓缩、细胞质密度增高、染色质凝聚、核膜破裂、核内DNA断裂、细胞集聚成团、形成凋亡小体(Apoptosome)等特征，这些凋亡小体最终被巨噬细胞清除，但不会引起周围细胞的炎症反应，另外，凋亡发生在单个细胞之间[4,5]。坏死，通常是由相邻的多个细胞之间发生细胞肿胀，细胞核溶解，细胞膜破裂，细胞质流入到细胞间质中，并伴发一系列的炎症反应，从而与凋亡表现为本质性区别[6,7]。 目前认为，凋亡发生的途径分为三种。第一种是线粒体途径，也称为内源性途径，该途径包括两类，第一类需要通过激活Caspase通路促进凋亡，在一序列凋亡诱导因素刺激下，线粒体中的Cyt C（细胞色素C）释放至细胞质中，从而与Apaf-1(Apoptosis protease activating factor1，凋亡蛋白酶活化因子1)结合形成多聚体，形成的多聚体再进一步与凋亡起始分子Caspase-9结合形成凋亡小体，凋亡小体激活Caspase-9，从而激活下游的凋亡执行分子Caspase-3，Caspase-6和Caspase-7等诱导细胞凋亡的级联反应；第二类是不依赖于Caspase途径的，通过线粒体释放AIF（Apoptosis induce factor，凋亡诱导因子）直接诱导凋亡的发生。但是在细胞内，直接检测AIF比较困难，而且AIF的变化不一定能代表凋亡发生的程度，因为引起凋亡发生的途径不一。第二种是死亡受体途径（也称为外源性途径），经由死亡受体（如TNF，Fas等）与FADD的结合而激活Caspase-8和caspase-10，进一步激活凋亡执行者caspase-3,6,7，从而促进凋亡的发生；第三条途径是内质网途径，内质网应激（蛋白质错误折叠或未折叠、内质网胁迫）会导致细胞内钙超载或钙离子稳态失衡一方面激活caspase-12，caspase-12进一步激活caspase-9而促进凋亡的发生，另一方面诱导Bcl-2(B细胞淋巴瘤蛋白)家族中促凋亡蛋白Bax和Bak的激活诱导凋亡[8]。 1凋亡的线粒体途径 在哺乳动物中，由于凋亡的激活需要线粒体中细胞色素C（CytC）的释放，因此CytC由线粒体膜间隙释放到细胞质中的多少可以作为判断凋亡发生强弱的指标之一。有研究认为，CytC的释放是通过Bcl-2家族调控线粒体膜透化（Mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP），科学 收稿日期:2013-03-07修回日期:2014-09-11 基金项目:云南省科技厅应用基础研究面上项目(2010ZC151) 作者简介:谢昆(1975-),男,云南富民人,博士研究生,研究方向为动物生物化学与分子生物学.E-mail:xk_biology2@https://www.doczj.com/doc/f89943669.html, 数字优先出版:2015-06-03https://www.doczj.com/doc/f89943669.html,
细胞凋亡信号转导途径及其调控的研究 进展 学科：基础兽医学 专业：药理毒理学 姓名：ma cai hui 学号：13203023
细胞凋亡信号转导途径及其调控的研究进展 摘要目的：为了研究抗肿瘤药物促使细胞凋亡的作用机理，探讨细胞凋亡的信号转导途径以及相关基因对其的调控。方法：查阅近年的国内外相关文献，归纳整理细胞凋亡的信号转导途径和相关的调控基因。结果：介绍了细胞凋亡存在三条主要通路：线粒体通路、内质网通路和死亡受体通路，各通路间互相联系，共同调节细胞凋亡。以及调控凋亡的主要基因，Bcl-2、p53、c-myc、P16、Rb。结论：研究抗肿瘤药物的作用机理应从以上三条凋亡途径和相关调控基因出发。 关键词细胞凋亡；信号转导途径；基因调控；caspase Progress study on signal transmission pathways and regulation of cell apoptosis Wang Saiqi School of Pharmaceutical Sciences, Zhengzhou University, Zhengzhou, 450001 Key words : cell apoptosis; signal transmission pathways; gene regulation; caspase Abstract Aim : To check the mechanism of apoptosis induced by anticarcinogen and research the cell apoptosis signal transmission pathways and related genes on its regulation. Methods: Signal transmission pathways and related genes were concluded by referring to related papers at home and abroad in recent years. Results: Three main signal transmission pathways, death receptor-mediated pathways, mitochondrial pathway, endoplasmic reticulum pathway and several main regulator genes,Bcl-2,p53, c-myc,P16,Rb were introduced. Conclusions: Research on the mechanism of anticarcinogen should start from the said signal transmission pathways and genes. 1 细胞凋亡概述 细胞凋亡，又名细胞程序性死亡，是诱导性的细胞自杀过程，它使生物体可以有序地清除受损伤或无用的细胞。自从1927年John Kerr第一次提出凋亡这一概念后，人们发现它在多细胞生物的基本生命活动中起着十分重要的作用。它对于
细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段：接受凋亡信号→凋亡调控分子间的相互作用→蛋白水解酶的活化（Caspase）→进入连续反应过程细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列控制开关的开启或关闭，不同的外界因素启动凋亡的方式不同，所引起的信号转导也不相同，客观上说对细胞凋亡过程中信号传递系统的认识还是不全面的，比较清楚的通路主要有：1）细胞凋亡的膜受体通路：各种外界因素是细胞凋亡的启动剂，它们可以通过不同的信号传递系统传递凋亡信号，引起细胞凋亡，我们以Fas -FasL为例：Fas是一种跨膜蛋白，属于肿瘤坏死因子受体超家族成员，它与FasL结合可以启动凋亡信号的转导引起细胞凋亡。它的活化包括一系列步骤：首先配体诱导受体三聚体化，然后在细胞膜上形成凋亡诱导复合物，这个复合物中包括带有死亡结构域的Fas相关蛋白FADD。Fas又称CD95，是由325个氨基酸组成的受体分子，Fas一旦和配体FasL结合，可通过Fas分子启动致死性信号转导，最终引起细胞一系列特征性变化，使细胞死亡。Fas作为一种普遍表达的受体分子，可出现于多种细胞表面，但FasL的表达却有其特点，通常只出现于活化的T细胞和NK细胞，因而已被活化的杀伤性免疫细胞，往往能够最有效地以凋亡途径置靶细胞于死地。Fas分子胞内段带有特殊的死亡结构域（DD,death domain）。三聚化的Fas和FasL结合后，使三个Fas分子的死亡结构域相聚成簇，吸引了胞浆中另一种带有相同死亡结构域的蛋白FADD。FADD是死亡信号转录中的一个连接蛋白，它由两部分组成：C端（DD结构域）和N端（DED）部分。DD结构域负责和Fas分子胞内段上的DD结构域结合，该蛋白再以DED连接另一个带有DED的后续成分，由此引起N段DED随即与无活性的半胱氨酸蛋白酶8（caspase8）酶原发生同嗜性交联，聚合多个caspase8的分子，caspase8分子遂由单链酶原转成有活性的双链蛋白，进而引起随后的级联反应，即Caspases，后者作为酶原而被激活，引起下面的级联反应。细胞发生凋亡。因而TNF诱导的细胞凋亡途径与此类似2）细胞色素C释放和Caspases激活的生物化学途径线粒体是细胞生命活动控制中心，它不仅是细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，而且是细胞凋亡调控中心。实验表明了细胞色素C从线粒体释放是细胞凋亡的关键步骤。释放到细胞浆的细胞色素C在dATP存在的条件下能与凋亡相关因子1（Apaf-1）结合，使其形成多聚体，并促使caspase-9与其结合形成凋亡小体，caspase-9被激活，被激活的caspase-9能激活其它的caspase如caspase-3等，从而诱导细胞凋亡。此外，线粒体还释放凋亡诱导因子，如AIF，参与激活caspase。可见，细胞凋亡小体的相关组份存在于正常细胞的不同部位。促凋亡因子能诱导细胞色素C 释放和凋亡小体的形成。很显然，细胞色素C从线粒体释放的调节是细胞凋亡分子机理研究的关键问题。多数凋亡刺激因子通过线粒体激活细胞凋亡途经。有人认为受体介导的凋亡途经也有细胞色素C从线粒体的释放。如对Fas应答的细胞中，一类细胞（type1）中含有足够的胱解酶8 （caspase8）可被死亡受体活化从而导致细胞凋亡。在这类细胞中高表达Bcl-2并不能抑制Fas诱导的细胞凋亡。在另一类细胞（type2）如肝细胞中，Fas受体介导的胱解酶8活化不能达到很高的水平。因此这类细胞中的凋亡信号需要借助凋亡的线粒体途经来放大，而Bid -- 一种仅含有BH3结构域的Bcl-2家族蛋白是将凋亡信号从胱解酶8向线粒体传递的信使。尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚，但是已经确定Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不可少的作用，细胞凋亡的过程实际上是Caspase不可逆有限水解底物的级联放大反应过程，到目前为止，至少已有14种Caspase被发现，Caspase分子间的同源性很高，结构相似，都是半胱氨酸家族蛋白酶，根据功能可把Caspase基本分为二类：一类参与细胞的加工，如Pro-IL-1β和Pro-IL-1δ，形成有活性的IL-1β和IL-1δ；第二类参与细胞凋亡，包括caspase2,3,6,7,8,9.10。Caspase家族一般具有以下特征：1)C端同源区存在半胱氨酸激活位点，此激活位点结构域为QACR/QG。2)通常以酶原的形式存在，相对分子质量29000-49000(29-49KD），在受到激活后其内部保守的天冬氨酸残基经水解形成大（P20）小（P10）两个亚单位，并进而形成两两组成的有活性的四聚体，其中，每个P20/P10异二聚体可来源于同一前体分子也可来源于两个不同的前体分子。3)末端具有一个小的或大的原结构域。参与诱导凋亡的Caspase分成两大类：启动酶（inititaor）和效应酶（effector）它们分别在死亡信号转导的上游和下游发挥作用。
按照起始caspase的不同，可将哺乳细胞的凋亡分为三种基本的途径。 一种称为外在途径（extrinsic pathway），由细胞表面的死亡受体如Fas和肿瘤坏死因 子受体家族（tumour necrosis factor receptor，TNF-R）引发; 另一种称为内在途径（intrinsic pathway）或线粒体途径（mitochondrial pathway），由许多应激条件、化学治疗试剂和药物所起始（Nicholson, 1999；Denault和Salvesen，2003）; 第三种途径是内质网应激所导致的caspase-12的活化，从而导致凋亡。 细胞凋亡的途径 摘要细胞凋亡是机体维持自身稳定的一种基本生理机制，是有许多基因产物及细胞因子参与的一种有序的细胞自我消亡形式。通过细胞凋亡，机体可消除损伤、衰老与突变的细胞来维持自身的稳态平衡和各种器官及系统的正常功能。由于细胞凋亡是一种复杂的生理及病理现象，所以在其发生的3个阶段中涉及不同的信号转导途径及其调控。 关键词细胞凋亡线粒体内质网caspase家族NO 疾病 细胞凋亡（apoptosis）是一种有序的或程序性的细胞死亡方式，是受基因调控的细胞主动性死亡过程，是细胞核受某些特定信号刺激后进行的正常生理应答反应，然后凋亡的细胞将被吞噬细胞吞噬。经研究发现，不管是单细胞生物还是多细胞生物，细胞凋亡被称为细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）[1]。是因为细胞死亡往往受到细胞内的某种遗传机制决定的“死亡程序”控制的。也会因为它的失调，机体也会失去稳定性，引发人类疾病如肿瘤、免疫系统等疾病[2]。由于它保证多细胞生物的健康生存过程中的重要性，引起了人们对其途径的广泛深入的研究，成为目前生命科学研究的热点之一。但其凋亡的途径不是很清楚，本文从多个方面概述了细胞凋亡途径。 1 细胞凋亡形态学上的特征 细胞凋亡（apoptosis）是1972年由Kerr教授根据形态学特征最先提出的[3],主要强调的是这种细胞凋亡是自然界中的生理学过程，是受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为。
细胞凋亡的信号传导调控机制 胡传鹏 长春理工大学朝阳区卫星路7089号0205114# 吉林长春（130022） E-mail:huchuanpeng@https://www.doczj.com/doc/f89943669.html, 摘要：细胞凋亡（apoptosis），又称编程性细胞死亡（PCD），是多细胞有机体调节发育的一个重要特征，是指细胞在内、外因子的严格控制下一种有步骤有活性的生理性自行消亡的过程。细胞凋亡与细胞生长、分裂和增殖紧密联系，并且在许多疾病的发生过程中起着重要的作用。因此，在分子水平上对细胞凋亡研究，阐明凋亡信号分子的转道途径，对于揭示多细胞有机体的生长、分化、衰老以及重大疾病病因的机理和治疗等方面都有十分重要的意义。近年来，随着遗传学、分子生物学和细胞生物学研究方法的不断改进，使得对于细胞凋亡的分子调控机制的研究有了很大的进展。如Apafs的发现[1]，IAPs家族新成员Survivin蛋白[2]，Bcl-2家族的Bcl2-L-10等[3]。现已证实细胞内存在二条凋亡信号转导通路，即死亡受体信号通路和死亡受体非依赖的转导通路[4]，在两种信号通路中，线粒体起到了枢纽的作用，且两种信号通路在一定的状态下可发生“信号交谈” [5]。本文主要探讨了进几年来细胞凋亡的信号转导领域的进展,重点介绍了联系凋亡蛋白复合体的募集,胞质caspase蛋白家族及其抑制因子，线粒体内Bcl-2家族,细胞核内转录因子等凋亡蛋白因子所构成的细胞凋亡信号分子的网络调控机制。 关键词：细胞凋亡；信号转导；分子调控 细胞凋亡与细胞生长、分裂和增殖一样是维持生物体平衡的重要环节，并且在很多疾病包括癌症，获得性免疫综合症（AIDS），神经退行性病变，自身免疫失调，病毒感染，心肌跟梗塞等过程中都起着重要的作用[6,7]，并且贯穿于细胞凋亡过程的始终。因此，对于研究细胞凋亡的分子调控机制，尤其是阐明已知凋亡相关信号分子的具体信号通路和寻找新的基因调控途径近年来引起很多科学家的高度关注，细胞凋亡信号转导的分子调控机制也成为科学家研究的热点之一。 细胞凋亡是多细胞有机体调节发育的一个重要特征，是指细胞在内、外因子的严格控制下一种有步骤有活性的生理性自行消亡的过程。在过去的十几年中，其分子机制的研究揭示：细胞凋亡大致要经历启动、调控、执行和最后死亡四个阶段。其中，细胞核内各种转录因子，细胞器线粒体内Bcl-2家族蛋白，细胞膜上各种功能复合体的募集（如TRADD，FADD，CARD 等），细胞质内系列caspase蛋白家族的级联放大，第二信使，细胞周期蛋白，骨架蛋白，结构蛋白以及内质网和线粒体成分等均参与凋亡形成，而其他与细胞生长，分化，增殖等密切相关的信号转导通路，如涉及对细胞生存发挥重要作用的的蛋白磷酸化酶，c-Jun激酶，P18激酶和cdc-2激酶皆与凋亡的信号转导有联系[8]。现已证实细胞内存在二条凋亡信号转导通路，即死亡受体信号通路和死亡受体非依赖的转导通路[4]，在两种信号通路中，线粒体起到 - 1 -
细胞的凋亡 凋亡抑制蛋白(inhibitors of apoptosis , IAPs)是细胞内一类独特的抗凋亡蛋白家族,包括XIAP，c-IAP1，c-IAP2，神经元凋亡抑制蛋白(NIAP) ,ML-IAP, Apollon和survivin。IAPs通过在体外或体内抑制不同的caspases而抗细胞凋亡。与其他的可抑制上游 caspases的蛋白不同, IAPs是唯一的内源性 caspase 抑制物【1】。 Survivin(生存素)是凋亡抑制蛋白家族中的成员，是迄今发现最强的凋亡抑制因子，于1997年由耶鲁大学Alfieri【2】等用效应细胞蛋白酶受体1(effector-cell protease receptor 1, ERP-1)在人类基因库的杂交中分离出来，Survivin大量表达于胚胎及婴幼儿组织中，在正常的分化组织中几乎检测不到【3】，然而却在60余种肿瘤细胞株和大部分人体肿瘤组织过度表达。 1.Survivin的分子结构 IAP家族蛋白一般在N末端含有 2～3个串联的含有 Cys/ His的保守冠状病毒IAP重复序列结构域(Baculovirus IAP Repeat, BIR)，发挥着极为重要的凋亡抑制作用。IAPs家族发挥抗凋亡作用的机理是通过BIR功能区之间的连接序列直接与Caspases家族蛋白结合，抑制细胞凋亡的发生。多数IAPs的C末端还含有一个环指状结构域(RING-finger domain)能够与两个锌原子形成配位键。这一锌指结构对于IAPs家族蛋白抗凋亡的功能密切相关。只有包含BIR2功能区的IAPs蛋白分子才具有结合和抑制死亡蛋白酶的功能，单一BIR1， BIR3或环指结构以及它们的任意组合蛋白体均无此效应。 Ambrosini 等【4】测定并绘出了Survivin基因完整的基因图谱，全长14796 bp，位于距离端粒约3%的位置。Survivin 基因与EPR-1 基因的编码区序列高度互补，位于染色体17q25的同一基因族，含有3个内含子和4个外显子，编码产生1个由142个氨基酸组成的胞浆蛋白，分子量约为16. 5kD。Survivin只含有一个BIR区域，C末端有一个α卷曲螺旋结构，不含环指状结构域【5】。 Survivin是唯一具有剪接异构体的IAP基因，一个是序列中缺少外显子3的survivin-ΔEX3；另一个是把部分内含子2作为隐蔽的外显子的survivin-2B。两者序列的改变导致了相应蛋白质结构和功能发生了显著变化，survivin-ΔEX3仍保留抗凋亡特性，survivin-2B抗凋亡功能则显著下降[6]。2004年Badran A等[7]发现survivin的另一新剪接异构体survivin-3B，survivin-3B 含有5个外显子，比survivin多3B外显子， survivin-3B包含单一的BIR，这对于其抗调亡作用致关重要。最近，包含两个外显子，3'为197bp的内含子的survivin-2α发现【8】。其终止密码在第2内含子，编码产生74个氨基酸的蛋白质。survivin的剪接异构体的功能尚不清楚，初步认为survivin-ΔEX3与线粒体依赖性凋亡通路有关，另外，证实survivin-2α能减弱survivin的抗凋亡活性[7]。 Survivin的异构体如图1。
凋亡途径 三种凋亡途径：第一种称为外在途径(extrinsic pathway),由细胞表面的死亡受体如Fas和肿瘤坏死因子受体家族(tumour necrosis factor receptor,TNF-R)引发;另一种称为内在途径(intrinsic pathway)或线粒体途径(mitochondrial pathway),由许多应激条件、化学治疗试剂和药物所起始(Nicholson,1999;Denault和Salvesen,2003);第三种途径是内质网应激所导致的caspase-12的活化,从而导致凋亡 细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究较多的有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。 最早发现人类中与线虫ced-3同源的基因是ICE，即：白介素-1 β转换酶（Interleukin-1 β-converting enzyme）基因，因该酶能将白介素前体切割为活性分子，故名。通过cDNA杂交和查找基因组数据库，在人类细胞中已发现11个ICE同源物[2]，分为2个亚族（subgroup）：ICE亚族和CED-3家族，前者参与炎症反应，后者参与细胞凋亡，又分为两类：一类为执行者（executioner 或effector），如caspase-3、6、7，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化（autocatalytic）或自剪接的方式激活；另一类为启动者（initiator），如caspase-8、9，受到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起caspase级联反应，如caspase-8可依次激活caspase-3、6、7。 细胞中还具有caspase的抑制因子，称为IAPs（inhibitors of apoptosis proteins），属于一个庞大的蛋白家族。它们能通过BIR结构域（baculovirus IAP repeats domain）与caspase结合，抑制其活性，如XIAP。 Apaf-1被称为凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），在线虫中的同源物为ced-4，在线粒体参与的凋亡途径中具有重要作用，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。Apaf-1含有3个不同的结构域：①CARD（caspase recruitment domain）结构域，能召集caspase-9；②ced-4 同源结构域，能结合ATP/dATP；③C端结构域，含有色氨酸/天冬氨酸重复序列，当细胞色素c的结合到这一区域后，能引起Apaf-1多聚化而激活。Apaf-1具有激活Caspase-3的作用，而这一过程又需要细胞色素c（Apaf-2）和caspase-9（Apaf-3）参与。Apaf-1/细胞色素c复合体与ATP/dATP结合后，Apaf-1就可以通过其CARD结构域召集caspase-9，形成凋亡体（apoptosome），激活caspase-3，启动caspase级联反应。 Bcl-2[5]为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白，其功能相当于线虫中的ced-9。现已发现至少19个同源物，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素c等凋亡因子的释放。 Bcl-2家族成员都含有1-4个Bcl-2同源结构域（BH1-4），并且通常有一个羧端跨膜结构域(transmembrane region ,TM)。其中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可将Bcl-2基因家族分为两类（图15-7），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，在促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构，如Bid、Bad。 虽然Bcl-2蛋白存在于线粒体膜、内质网膜以及外核膜上，但主要定位于线粒体外膜，它拮抗促凋亡蛋白的功能。而大多数促凋亡蛋白则主要定位于细胞质，一旦细胞受到凋亡因子的诱导，它们可以向线粒体转位，通过寡聚化在线粒体外膜形成跨膜通道，或者开启线粒体的PT孔，从而导致线粒体中的凋亡因子释放，激活caspase，导致细胞凋亡。 胞质中的促凋亡蛋白可通过不同的方式被激活，包括去磷酸化，如Bad；被caspase加工为活性分子，如Bid；从结合蛋白上释放出来，如Bim是与微管蛋白结合在一起的。 Fas又称作APO-1/CD95，属TNF受体家族。Fas基因编码产物为分子量45KD的跨膜蛋白，分布于胸腺细胞，激活的T 和B淋巴细胞，巨噬细胞，肝、脾、肺、心、脑、肠、睾丸和卵巢细胞等。Fas蛋白与Fas配体结合后，会激活caspase，导致靶细胞走向凋亡。 p53是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其调亡，研究发现丧失p53功能的小鼠胸腺细胞对糖皮质激素诱导的调亡反应和正常细胞相同，而对辐射诱导的调亡不敏感。 是高表达，作为转录调控因子，一方面它能激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在，Bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。 ATM（ataxia telangiectasia-mutated gene）是与DNA损伤检验有关的一个重要基因。最早发现于毛细血管扩张性共济失调
线粒体与细胞凋亡 细胞凋亡是一种由基因控制的、细胞自主的、有序的死亡过程，与多种疾病的发生、发展均有直接或间接的关系。线粒体作为细胞内一类重要的细胞器，除了可以为生命的存在提供能量外，还参与了包括细胞凋亡在内的多种生理过程的发生。但是，对于线粒体和细胞凋亡之间的关系并不明确。因此，文章对两者之间可能存在的联系进行了总结和综述。 标签：线粒体；细胞凋亡；线粒体融合蛋白 细胞凋亡的紊乱与疾病的发生、发展有着直接或间接的关系：当细胞凋亡不足时，可能发生恶性肿瘤疾病或自身免疫性疾病等；而当凋亡过度时，则可能导致神经元退行性疾病、病毒感染等。总之，细胞凋亡的失调与疾病的发生密切相关。 1 细胞凋亡的基本概念及意义 生物体内的细胞是不可能永久性存在的，死亡是这些细胞的必然结局。然而，有些细胞的死亡是生理性的，有些则属于病理性死亡。目前，人类对细胞死亡的分类主要分为细胞凋亡与细胞坏死两种类型。近年来对细胞凋亡方面的研究越来越成为生理学、病理学等医学研究的热点。 细胞凋亡的过程大体上可以分为4个部分：凋亡信号的转导、凋亡基因的激活、凋亡的启动以及凋亡细胞的清除。如若这一系列过程中的任何一个环节出现了问题，就有可能导致疾病的发生。 2 细胞凋亡的重要相关因子 细胞凋亡的过程是多基因联合调控的过程，包括Bcl-2家族、Caspase家族、P53基因等联合发挥作用。随着医学的发展，人们对多种细胞的凋亡过程有了一定的认识：细胞的凋亡机制大致分为氧化损伤（即自由基的作用）、钙稳态失衡以及线粒体损伤三种。 许多生理性的死亡信号和病理性的细胞损伤都会产生程序性的细胞凋亡。细胞凋亡的途径主要有两条：一条是通过细胞外信号，激活细胞内的凋亡酶Caspase；另一条是通过线粒体途径释放凋亡酶激活因子从而激活Caspase。 细胞凋亡最典型的特征之一就是细胞内的特异性蛋白水解酶--胱天蛋白酶Caspase的激活。Caspase在细胞凋亡的执行中处于中心地位，其家族属于半胱天冬蛋白酶，相当于线虫中的ced-3。现有研究已经证实，细胞的凋亡过程本质上是Caspase蛋白水解酶不可逆的水解底物而进行的级联放大反应。 目前，尚未完全明确的是Caspase引起细胞凋亡的全部过程是如何发挥作用
细胞凋亡的途径、相关基因以及凋亡分子机制的研究进展 学号：2014171501 姓名：佘雯专业：学科教学（生物） 摘要：细胞凋亡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。目前发现真核细胞主要经死亡受体介导的外部凋亡途径、内部线粒体途径、B粒酶介导的细胞凋亡途径及近几年开始关注的内质网应激途径介导细胞发生凋亡。同时，与细胞凋亡相关的基因有Caspase家族、Bcl-2族、P53基因、C-myc、NF-JB等，细胞凋亡离不开caspases。 关键词：细胞凋亡基因 caspases 细胞凋亡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。 从严格的词学意义上来说，细胞程序性死亡与细胞凋亡是有很大区别的。细胞程序性死亡的概念是1956年提出的，PCD是个功能性概念，描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并受到严格程序控制的正常组成部分。例如蝌蚪变成青蛙，其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞死亡，高等哺乳类动物指间蹼的消失、颚融合、视网膜发育以及免疫系统的正常发育都必须有细胞死亡的参与。这些形形色色的在机体发育过程中出现的细胞死亡有一个共同特征：即散在的、逐个地从正常组织中死亡和消失，机体无炎症反应，而且对整个机体的发育是有利和必须的。因此认为动物发育过程中存在的细胞程序性死亡是一个发育学概念，而细胞凋亡则是一个形态学的概念，描述一件有着一整套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形式。但是一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可以交互使用，具有同等意义。 虽然凋亡与坏死的最终结果极为相似，但它们的过程与表现却有很大差别。细胞坏死是细胞受到强烈理化或生物因素作用引起细胞无序变化的死亡过程。表现为细胞胀大，胞膜破裂，细胞内容物外溢，核变化较慢，DNA降解不充分，引起局部严重的炎症反应。而细胞凋亡是细胞对环境的生理性病理性刺激信号，环境条件的变化或缓和性损伤产生的应答有序变化的死亡过程。其细胞及组织的变化与坏死有明显的不同。 一、细胞的凋亡的途径 细胞凋亡是机体内细胞死亡的重要途径，目前发现真核细胞主要经死亡受体介导的外部凋亡途径、内部线粒体途径、B粒酶介导的细胞凋亡途径及近几年开始关注的内质网应激途径介导细胞发生凋亡。 1.1 死亡受体介导的外部凋亡途径
生精细胞凋亡及其相关内容 细胞凋亡又叫程序性细胞死亡,是细胞在一系列内源性基因的调控下发生的自然或生理性死亡的过程。细胞凋亡过程是受基因的精确调控而完成的,其具体的过程机制尚不明确,Bcl-2 是一种细胞膜蛋白,主要存在于线粒体膜、滑面内质网和核膜上,高水平的Bcl-2 蛋白有抑制细胞死亡等作用,是细胞凋亡调控机制中的一个关键蛋白。Tanaka等证实Bcl-2 能抑制睾丸生精细胞的凋亡和分化。CytC 是一个线粒体起源的细胞凋亡信号,Bcl-2可通过抑制CytC从线粒体的释放入细胞质,而Bax、Bak可与Bcl-2结合,止其对CytC释放孔道的抑制作用,从而促进CytC从线粒体释放,引起凋亡。CytC通过接头分子使caspase（胱冬肽酶）分子募集并相互酶解活化,进而诱导细胞凋亡。caspase-3是介导细胞凋亡的关键效应酶,是凋亡执行的重要效应分子。正常情况下,caspase-3以酶原的形式存在于细胞质中,无活性,当细胞接受凋亡刺激时,其被激活,而诱导凋亡。caspase-3是多种凋亡刺激信号传递的汇聚点,它的活化是细胞凋亡进入不可逆阶段的标志。 检测生精细胞凋亡的技术 4．1 形态学检测 透射电镜检测：处死大鼠,取出睾丸。取出左侧睾丸少量组织,迅速在冰浴上切成1mm×1mm×2mm小块,置于预冷的2%戊二醛溶液中固定,标本经锇酸固定、脱水、树脂包埋、超薄切片和醋酸双氧铀染色后,在透射电镜下观察。可见细胞质空泡化,核膜增厚,核周隙增宽；染色质浓缩,附着于核边缘呈新月形；严重者染色质固缩、断裂, 出现凋亡小体。 4．2 琼脂糖凝胶电泳 通过观察DNA梯状电泳带或定量检测DNA片段,可测定凋亡。凋亡细胞DNA 在核小体连接处规律性降解,形成以180 bp一200 bp为最小单位的寡聚体片段,琼脂糖凝胶电泳时呈典型的“梯状带”。但Singh等琼脂糖凝胶电泳检测到青年人生精细胞DNA迁移呈圆形,老年人凋亡生精细胞DNA迁移呈彗星状。 4．3 DNA缺口原位标记法 处死大鼠,取出睾丸。置于10%中性福尔马林溶液中固定24ｈ,常规石蜡包埋、切片（4μm）,用于原位末端标记法（TUNEL）检测。主要以精原细胞凋亡为主。可见曲细精小管中各级生精细胞大量凋亡,管腔变薄,管腔中可见大量凋亡的分裂晚期的精子细胞。DNA缺口原位标记(TUNEL)法可用于检测凋亡细胞。此方法是将细胞的外源性核苷酸(dUTP)结合到单股断链的3′粘性未端上,标记的DNA 再用荧光或显色法检出。该法可检测早期细胞凋亡,特异性和敏感性都很高。E renpreisa等用甲苯胺蓝(tolui di ne blue,TB)、吖啶橙(acridine orange,A0)和TUNEL法检测人生精细胞DNA的完整性,证实这3种方法具有一致性。 4．4 流式细胞术 流式细胞(flow cytometry, FCM)可进DNA 、RNA含量分析,细胞周期、细胞表面标志和细胞受体分析。凋亡细胞的DNA裂解,FCM的DNA图上呈亚二倍体核型峰特点。应用DNA 染色剂穿透正常和凋亡细胞膜的能力,及其与凋亡细胞DNA 结合能力不同以区分正常细胞、凋亡细胞。FCM 还可定量检测凋亡标记蛋白的表达。吞噬凋亡细胞和未吞噬凋亡细胞的巨噬细胞群可利用带有荧光染料反应物的FCM 区分。 4．5 免疫组化法 利用抗原抗体特异性结合测定凋亡相关物质以检测凋亡。凋亡蛋白抗体或抗单链DNA 抗体标记观察凋亡细胞可检测凋亡标记蛋白Fas／FasL、Bc1-2／Bax、p53、p2l、caspases等以鉴定细胞凋亡。 死亡受体途径 Fas/FasL系统：现已有多种证据表明Fas/FasL信号系统启动生精细胞的凋亡：①在混合培养的支持细胞和生精细胞中加入FasL的反义核苷酸(阻断FasL的翻译), 能明显观察到生精细胞凋亡数目的减少；②Fas和Fas L的mRNA表达量随动物年龄的不同而不同。大鼠在16~ 33 d最多, 此时刚好是大鼠生精细胞凋亡的高峰期；③加入模拟FasL效用的Fas激动剂Jo-2(一种抗Fas的抗体), 生精细胞的数目大大减少；④在环境内分泌干扰物邻苯二甲酸-2-乙基已基酯(DEHP)的代谢产物邻苯二甲酸-单-乙基已基酯(MEHP)等一些有害化合物引起的睾丸损伤中, 随着生精细胞凋亡数目的增多, Fas和FasL的表达量也相应提高并逐渐达到峰值。 Bcl一2 家族成员引发的线粒体途径 在细胞凋亡中, 死亡信号通过Bcl-2 家族或直接诱导线粒体膜通透性增加, 释放细胞色素c ( Cyt c) , 激活半胱氨酸蛋白酶, 继而使细胞发生凋亡。 Bcl-2 家族的凋亡前体成员,一组BH3亚蛋白家族引发线粒体途径。胞外因素促使这些蛋白与另一组Bcl-2家族的凋亡前体成员——Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated x protein,Bax)亚蛋白家族结合。Bax为可溶性蛋白,存在于生精细胞质,受诱导向细胞核移动,定位于核旁聚合的线粒体外膜,以诱导生精细胞凋亡。Olderid 等在凋亡生精细胞中检测剑p53、p21、Bcl-2 和Bax的表达。Zhang等恒河猴隐睾症模型检测凋亡生精细胞,检测出Bax 转移剑细胞核附近及Bcl-2 表达增加,反映Bc1-2、Bax参与生精细胞凋亡。Bc1-2 和Bax的相互作用使Bax 聚合并横跨线粒体内外膜。 Bax的变化使原位于线粒体内膜caspases活化蛋白、Cyt—C从线粒体内移入胞质。释放的Cyt-C与胞质凋亡蛋白酶激活因子—1(apoptotic protease activating factor-1,Apaf-1)结合并诱导Apaf-1聚合,聚合Apaf-1 募集并活化procaspase-9。第二个caspases的线粒体激活因子(second mitochon—dria—derived activator of caspases,Smac) 同时从线粒体进入胞质, S ma c与APaf-1结合并促进procaspase一9活化。Caspase一9募集并活procaspase-3,最终引发生精细胞凋亡。 Procaspase-3活化引发Bcl一2作用促死亡蛋白(Bc1-2-interacting death agonist,Bid)裂解,Bid为Bcl-2连接蛋白,可诱导Cyt— C从线粒体释放,从而与Bcl一2／Bax途径相联系。Yu等观察到大鼠凋亡生精细胞内存在Bc1-2／Bax及Fas／FasL,显示这2条途径有相关性。 Bcl-2基因是线粒体途径的初始信号 Bcl- 2基因(B细胞淋巴瘤/白血病-2基因)是人B淋巴细胞的染色体易位激活的原癌基因, 该基因编码一种细胞质膜蛋白, 能够抑制细胞的程序性死亡。 Bcl-2原癌基因存在于多种动物的许多正常组织内, 对凋亡具有抑制作用。它不能促进细胞增殖,但能延长细胞的生命期限。Bcl -2蛋白之间常常以同源二聚体形式存在。用免疫组化法检测正常人体睾丸内Bcl-2蛋白表达时发现,精子细胞呈现中度到高度染色阳性(2+～4+) ,而精原细胞、初、次级精母细胞、支持细胞及间质细胞绝大多数染色呈阴性。Bcl-2蛋白主要分布在生精细胞线粒体,可能通过阻止细胞内Ca2 +的流动,干扰过氧化物的产生和脂膜的过氧化而抑制细胞凋亡。Ba x则可能通过插入线粒体膜, 引起细胞色素C (Cyt C )释放入细胞质而诱导生精细胞的凋亡。无细胞系统实验发现,外源性Bcl-2防止Cyt c释放与线粒体效用有关。在其他死亡信号不存在时, Bax 异位表达可以触发Cyt c的释放。Bax直接加入分离的线粒体环境中, 可以诱导Cyt c释放。但这种效应可被临近细胞Bcl-xl过表达或通过直接加入重组的Bcl-xl 而阻断。但是, caspase抑制剂虽不影响Cyt c的释放, 但却可以有效地阻断caspase激活和延缓细胞凋亡。 通过研究基因敲除和转基因小鼠发现：Bcl- 2基因家族在精子发生中有重要作用, Bax过量表达可诱导细胞凋亡, Bcl- 2过量表达可抑制细胞凋亡, Bax敲除小鼠不能产生成熟精子, 曲细精管中有大量不正常精原细胞的累积, 最终导致不育；Bcl-2和Bcl-Xs表达水平高的小鼠精子发生不正常时同样可引起不育。还有人对鸡睾丸的发育过程进行了研究。结果发现,在鸡胚胎期的睾丸中几乎检测不到Bca- XL, 而在未成熟和成熟的睾丸中均可检测到。由于在成熟睾丸中处于减数分裂及减数分裂后的细胞占大多数, 因此说明Bcl-2和Bcl- XL在鸡精原细胞减数分裂及减数分裂后细胞凋亡过程中的调节作用有所不同。 细胞色素C /Cyt— C是线粒体途径的关键节点 生精细胞DNA 受损引起p53表达,p53诱导Bax产生,引发Cyt C释放入胞质,进而发生caspases级联反应。在细胞凋亡中, 死亡信号通过Bcl-2家族或直接诱导线粒体膜通透性增加, 释放细胞色素c (Cyt c) , 激活半胱氨酸蛋白酶, 继而使细胞发生凋亡。CytC是一个线粒体起源的细胞凋亡信号,Bcl-2可通过抑制CytC从线粒体的释放入细胞质, 而Bax、Bak可与Bcl-2结合,阻止其CytC 释放孔道的抑制作用,从而促进CytC 从线粒体释放,引起凋亡。CytC通过接头分子使caspase（胱冬肽酶）分子募集并相互酶解活化,进而诱导细胞凋亡。 Caspase-3 是线粒体途径的最终执行者 caspase-3 是介导细胞凋亡的关键效应酶,是凋亡执行的重要效应分子。正常情况下,caspase-3 以酶原的形式存在于细胞质中,无活性,当细胞接受凋亡刺激时,其被激活,而诱导凋亡。caspase-3 是多种凋亡刺激信号传递的汇聚点,它的活化是细胞凋亡进入不可逆阶段的标志。 天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白酶(cysteinylaspartate- specific protease,Caspase)是执行细胞凋亡的蛋白酶家族,通过各种不同信号传导途径激活后降解或失活某些关键的细胞蛋白,并与凋亡的形态学特征密切相关。Caspase-3酶原能够被caspase- 8、- 9、- 10以及颗粒酶B所激活,是细胞凋亡的主要执行者。有证据表明,细胞凋亡的某些特征性标志,如染色体凝聚和DNA 片断化等均与caspase- 3 有直接关系。Caspase介导的细胞凋亡信号传导通路上,线粒体通路和死亡受体通路的交汇点也在caspase-3。Caspase-3对睾丸各级生精细胞凋亡的作用：潘连军等对睾丸静脉曲张大鼠各级生精细胞进行免疫组化检测,发现正常精原细胞及精母细胞胞质中均有少量caspase- 3表