關(guān)于Bcl—2凋亡蛋白家族的研究進(jìn)展

劉丁峰　章圣朋　劉曉平

【摘 要】正常細(xì)胞變成癌細(xì)胞的過程中經(jīng)歷了一系列的遺傳和表觀遺傳變化，其中B 細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）在眾多的腫瘤細(xì)胞中都有高表達(dá)，高表達(dá)的Bcl-2能形成凋亡抵抗而使癌細(xì)胞對(duì)化療產(chǎn)生耐藥性，從而使化療藥失去效用。由此可見，針對(duì)這些變化的治療手段可能對(duì)腫瘤以及耐藥腫瘤有治療效果。在過去的30年里，無數(shù)研究者通過對(duì)Bcl-2調(diào)控的凋亡通路的研究，促進(jìn)了一系列拮抗Bcl-2蛋白的小分子化合物的發(fā)展。本文就對(duì)Bcl-2蛋白的發(fā)現(xiàn)、研究、家族情況以及在腫瘤發(fā)生發(fā)展和治療中的作用做綜述。

【關(guān)鍵詞】Bcl-2；凋亡抵抗；耐藥性

【Abstract】A set of genetic and epigenetic alterations are the mark of tumor formation，and Bcl-2（B cell lymphoma/leukemia-2，the Bcl-2） has high expression in numerous tumor cells，high expression of Bcl-2 can form apoptosis resistance and make the cancer cells develop resistance to chemotherapy. It follows that therapies designed to counter these alterations might be effective as anti-cancer strategies.In the past 30 years，numbers of researchers has promoted the development of small-molecule compounds to against the Bcl-2 protein.This article focuses on the discovery and study of BCL-2，the wider BCL-2 protein family and，specifically，its roles in cancer development and therapy.

【Key words】Bcl-2；Apoptosis resistance；Drug resistance

雖然細(xì)胞凋亡相關(guān)研究持續(xù)了很多年，但是直到20世紀(jì)80年代，它還是一個(gè)深?yuàn)W的課題。今天，細(xì)胞凋亡的研究已經(jīng)成為一個(gè)大的研究領(lǐng)域。Bcl-2這個(gè)蛋白，它在動(dòng)物進(jìn)化中高度保守，伴隨著細(xì)胞凋亡的始終。而染色體易位導(dǎo)致的Bcl-2激活又與人類惡性疾病密切相關(guān)，這些因素激起了人們對(duì)它的興趣。也因此Bcl-2被認(rèn)為是抑制細(xì)胞凋亡的標(biāo)志物。

1 Bcl-2家族的發(fā)現(xiàn)與分類

Bcl-2的發(fā)現(xiàn)，最先做出貢獻(xiàn)的是Fukuhara和Rowley針對(duì)人卵泡淋巴瘤t（14；18）染色體易位的研究[1]，他們的研究促進(jìn)了后來的染色體斷點(diǎn)的克隆。Tsuji-moto等在1985年研究克隆濾泡性非何杰金B(yǎng) 細(xì)胞淋巴瘤最常見的轉(zhuǎn)位t（14；18）過程中發(fā)現(xiàn)Bcl-2（B 細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2）基因[2-3]。

從發(fā)現(xiàn)Bcl-2到現(xiàn)在，數(shù)百個(gè)研究組揭示了Bcl-2家族的16個(gè)成員，現(xiàn)將它們分為了3大類。1）促細(xì)胞存活的蛋白，包括 Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1（（myeloid cell leukaemia sequence 1，髓細(xì)胞白血病序列1）、Bcl-w（也被稱為BCL2L2）、BCL-B（也被稱為BCL2L10）和 A1（也被稱為BFL1）。2）擁有多個(gè)BH結(jié)構(gòu)域的促細(xì)胞凋亡蛋白，如BAX、BAK和BOK等。3）只有BH3結(jié)構(gòu)域的促細(xì)胞凋亡蛋白，BIM、PUMA等。

2 Bcl-2蛋白在細(xì)胞生命活動(dòng)中的作用

實(shí)驗(yàn)證明原癌基因v-abl和v-fms的表達(dá)能使IL-3依賴的小鼠骨髓細(xì)胞FDC-P1在無生長(zhǎng)因子的環(huán)境中生長(zhǎng)，而且能在小鼠體內(nèi)形成腫瘤[4-5]。Bcl-2表達(dá)體系轉(zhuǎn)入到此細(xì)胞中，在無生長(zhǎng)因子情況下培養(yǎng)，雖然細(xì)胞不增殖，但是對(duì)照組是無法存活的，當(dāng)這株細(xì)胞重新放入有IL-3的培養(yǎng)基中，細(xì)胞又可以增殖[6]。

這結(jié)果揭示了，Bcl-2不能影響細(xì)胞增殖，但是能促使細(xì)胞在無生長(zhǎng)因子的環(huán)境下存活。Korsmeyer發(fā)現(xiàn)Bcl-2轉(zhuǎn)基因的小鼠會(huì)積累過剩的B淋巴細(xì)胞，這些細(xì)胞能在培養(yǎng)中免于死亡。眾多研究組的進(jìn)一步研究證實(shí)不同細(xì)胞系以及原代細(xì)胞在應(yīng)激情況下過度表達(dá)的Bcl-2能夠形成凋亡抵抗[7]。

總體來說，這些發(fā)現(xiàn)說明Bcl-2蛋白不同于當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的其他原癌蛋白，因?yàn)樗粫?huì)促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖，它的作用是讓細(xì)胞耐受細(xì)胞程序性死亡，從而使細(xì)胞存活下來。這些異常的細(xì)胞存活下來會(huì)向癌細(xì)胞轉(zhuǎn)變。因此，Bcl-2做為第一個(gè)細(xì)胞死亡環(huán)節(jié)的開關(guān)，被研究者們克隆出來，作為一類抑制細(xì)胞死亡的原癌模型被研究。

3 Bcl-2家族中的促細(xì)胞凋亡蛋白及其作用機(jī)制

Korsmeyer發(fā)現(xiàn)BAX和Bcl-2的免疫共沉淀反應(yīng)，他還發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)蛋白有共同的BH結(jié)構(gòu)域。令人驚訝的是，BAX過渡表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞凋亡，而不是抑制[8]。這也讓人們知道了Bcl-2家族不僅有促細(xì)胞存活的蛋白還有促細(xì)胞凋亡蛋白，他們調(diào)控細(xì)胞凋亡是通過直接的相互作用。另一個(gè)促細(xì)胞凋亡成員BAK于1995年被克隆。BOK在1997年被克隆。

Korsmeyer團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)BID在caspase8的剪切下，形成活性蛋白tBID，它結(jié)合Bcl-2，拮抗其作用，結(jié)合BAX，激活其作用產(chǎn)生。這為凋亡蛋白BAX靠只有一個(gè)BH3結(jié)構(gòu)域蛋白激活提供依據(jù)[9]。

沒有外界刺激通常會(huì)伴隨小鼠BID缺失，隨后的生化研究和基因研究表示，它們的肝細(xì)胞卻能應(yīng)對(duì)FAS引起的凋亡[10]。這結(jié)果確認(rèn)了I型/II型模式，死亡受體FAS能以兩種途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，一種包含了BID，一種不包括BID。I型模式中的淋巴細(xì)胞中，過量表達(dá)的Bcl-2不能阻止凋亡的進(jìn)行，因?yàn)閏aspase8的活化是足夠的。相反的，在II型模式中，如肝細(xì)胞，胰腺B細(xì)胞，F(xiàn)AS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡要依賴caspase引導(dǎo)的tBID的形成，tBID形成之后激活BAX、BAK，拮抗Bcl-2，從而形成凋亡。

wang和同事們?cè)诩?xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)凋亡過程中，BAX由胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體形成孔道幫助細(xì)胞色素c釋放[11]。Bcl-2能抑制細(xì)胞色素c的釋放[12]。盡管細(xì)胞色素c的釋放對(duì)APAF1介導(dǎo)的caspase9激活以及一系列下游caspase的激活至關(guān)重要，但是，值得一說的是，就算缺乏APAF1和caspase9，BAX和BAK對(duì)于細(xì)胞凋亡的作用也足夠了。因此，在哺乳動(dòng)物中，BAX和BAK的激活是細(xì)胞凋亡的標(biāo)志，caspase的激增對(duì)細(xì)胞裂解很重要[13-14]。

4 Bcl-2小分子抑制劑的發(fā)現(xiàn)

類似Bcl-2結(jié)構(gòu)的蛋白在促癌細(xì)胞存活的作用顯而易見，當(dāng)藥物拮抗這些蛋白時(shí)，可能對(duì)癌癥會(huì)有治療作用。早期此類藥物的研究集中在反義寡核苷酸的開發(fā)。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，這些反義核苷酸的作用是誘導(dǎo)了干擾素得到的，而不是抑制了Bcl-2的表達(dá)[15]。通過篩選，棉子酚等被報(bào)道能抑制BAX、BAK雙敲除細(xì)胞中的Bcl-2的表達(dá)[16-17]。ABT-737結(jié)合并抑制Bcl-2、Bcl-XL、BCLW，結(jié)構(gòu)類似于BH3。體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)證明，ABT-737能單獨(dú)殺滅多種癌細(xì)胞，當(dāng)配合化療藥物，殺滅的癌細(xì)胞范圍更廣。應(yīng)用BAX、BAK雙敲除小鼠細(xì)胞所做的研究確認(rèn)了ABT-737和臨床使用的替代者ABT-263殺滅癌細(xì)胞是BAX、BAK依賴的[18-21]。

在臨床試驗(yàn)中，ABT-263在慢性淋巴細(xì)胞白血病患者身上單獨(dú)使用能減輕腫瘤的危害。在臨床前研究中，ABT-263配合其他傳統(tǒng)的治療方法對(duì)其他多種腫瘤有效，包括某些肺癌。然而，由于Bcl-XL對(duì)血小板的存活很關(guān)鍵，而BAX、BAK能引導(dǎo)血小板減少癥，這限制了ABT-263在病人身上的用量，這成為限制這類化合物作用的因素[22-23]。

由于以上原因，ABT-199應(yīng)運(yùn)而生，它不作用于Bcl-XL，從而不造成血小板減少癥。這種復(fù)合物在癌癥I期的治療中展現(xiàn)了非常好的療效，又單獨(dú)應(yīng)用于三期治療，特別是那些復(fù)發(fā)的或者頑固的淋巴惡性腫瘤[24-25]。ABT-199隨后被研究者聯(lián)合其它抗腫瘤治療方案，如抗CD20單克隆抗體，結(jié)果如ABT-263一樣能減輕癌癥患者的負(fù)擔(dān)。臨床研究揭示，類似BH3結(jié)構(gòu)的復(fù)合物作用Bcl-2蛋白能殺死血液相關(guān)腫瘤細(xì)胞[26]。

由于MCL1在很多類型腫瘤中高度表達(dá)，并且被證實(shí)對(duì)腫瘤的存活有促進(jìn)作用。因此針對(duì)MCL1的高親和性的復(fù)合物被人們熱切希望合成出來，作為研究工具和藥物來使用。但是這類MCL1拮抗劑要謹(jǐn)慎使用，因?yàn)镸CL1蛋白對(duì)很多正常細(xì)胞的生存極其關(guān)鍵，這包括心肌細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞[27]。

類似BH3結(jié)構(gòu)的復(fù)合物與標(biāo)準(zhǔn)化療方案配合，尤其是與那些引起DNA損傷的治療方案配合，往往會(huì)有副作用，因?yàn)槁?lián)合的藥物不僅能傷害腫瘤細(xì)胞，還能殺害普通細(xì)胞。與只作用于癌細(xì)胞的藥物聯(lián)合，如CD20單克隆抗體，或者是原癌激酶拮抗劑（伊馬替尼、吉非替尼、艾洛替尼等），這些都是選擇殺傷癌癥細(xì)胞的有前途的策略。

5 結(jié)語

Bcl-2的拮抗劑以及類似BH3結(jié)構(gòu)的藥物給人們帶來治療癌癥的希望。然而，挑戰(zhàn)依然存在。臨床試驗(yàn)結(jié)果看起來令人興奮，迄今為止，無類似BH3結(jié)構(gòu)的藥物已經(jīng)在臨床上使用。一旦獲得批準(zhǔn)，確定最優(yōu)的使用，最優(yōu)的配合方案將等待人們探尋。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]