線粒體調控細胞凋亡的相關研究綜述

黃兆宇，武睿超，冉江華，劉鈞漢，張 黎，鄭克譜，李 望，周 燾，張熙冰

(昆明醫科大學附屬甘美醫院肝膽胰血管外科，云南 昆明 650011)

細胞凋亡是指為維持內環境的穩定，由基因調控的細胞自主、有序的死亡，又稱程序性細胞死亡[1]。細胞凋亡是一件主動的過程，它涉及一系列基因的激活、表達以及調控等過程，是為了更好適應生存環境而主動采取的一種死亡過程。它在生物體的進化、內環境的穩定以及多個系統的發育中起著重要作用，且凋亡過程的紊亂可能與許多疾病的發生有直接或間接的關系。因此，有關細胞凋亡過程的研究，已成為生物學及醫學研究的一個熱點，引起越來越多人關注。

線粒體是一種存在于大多數細胞中的、雙層膜包被的細胞器，是細胞中制造能量的主要結構，是細胞進行有氧呼吸的主要場所；此外，線粒體還參與細胞凋亡、信號轉導、細胞增殖與細胞代謝等過程。有研究表明，線粒體是細胞凋亡調控的中心。在各種致傷因素作用下可發生線粒體滲透性移位[2]，并最終導致線粒體雙層膜之間的蛋白質，如Cytochrome C、凋亡誘導因子[3](AIF)等進入細胞質，啟動細胞凋亡程序，引起細胞凋亡[4]。現本文就近年來線粒體誘發細胞凋亡機制的研究進行綜述。

1 線粒體外膜通道的形成

1.1線粒體膜通透性轉化孔(mPTP)的開放：mPTP是存在于線粒體內外膜之間的一組蛋白復合體，是一種非特異性通道，多數學者認為其是由外膜電壓依賴的陰離子通道(VDAC)、內膜腺嘌呤核苷轉位蛋白(ANT)以及親環素D組成[5]。正常情況下，mPTP只允許相對分子質量<1 500的離子自由通過，但在凋亡信號的刺激下，mPTP完全開放，使相對于分子質量>1 500的離子以及可溶性物質非選擇性地自由通過，從而打破了內膜的完整性，導致如下后果：①離子平衡紊亂，如鈣超載等，從而誘導細胞凋亡。②膜電位去極化，基質腫脹，使膜間蛋白如Cytochrome C、凋亡誘導因子(AIF)等進入細胞質，誘導細胞凋亡。但是也有研究表明：在mPTP未開放的情況下也檢測到了Cytochrome C的釋放，良性陰離子，如脂酸，促進了mPTP，但是沒有檢測到去極化的發生[5]。

2 Bcl-2蛋白家族與細胞凋亡

Bcl-2蛋白家族是一個特別的家族，主要位于線粒體、內質網和連續的核周膜上，其成員中有的促進細胞凋亡，如Bdd、Bid、Bax、Bak，有些成員阻止細胞凋亡，如Bcl-2、Bcl-x、Bcl-w。促凋亡蛋白Bax、Bak位于線粒體外膜上，能在此形成釋放孔道，導致線粒體膜通透性增強，使膜間隙的可溶性蛋白進入胞質，進而誘發細胞凋亡。在凋亡信號的刺激下，相應的促凋亡蛋白會發生構象改變，形成對應的寡聚體，促凋亡寡聚體會整合到線粒體外模上形成新的孔道允許Cyt C從線粒體釋放[6]。有研究也發現Bax或Bax與tBid可促使線粒體膜脂質自身形成釋放孔道[7]。

3 線粒體釋放的促凋亡物質

3.1Cyt C：正常情況下Cyt C存在于線粒體的膜間隙，參與線粒體呼吸鏈電子傳遞。正常情況下Cyt C不能通過線粒體，當受到相應的凋亡信號刺激時才釋放到胞質引起細胞凋亡。研究表明，Cyt C是線粒體介導的細胞凋亡途徑中的重要因子，在細胞凋亡過程中起著重要的作用[8]。但是Cyt C具體是如何釋放的，其機制尚不完全清楚。

3.2凋亡誘導因子(AIF)：AIF是一類存在于線粒體外膜間隙的保守黃素蛋白，具有雙重功能：在細胞正常的生理狀態下，作為線粒體氧化還原酶參與電子的傳遞；當調控凋亡時，它就是一種主要的效應蛋白，可直接介導獨立于Caspase之外的細胞凋亡途徑[9]。當受到凋亡信號刺激時，其被從線粒體中釋放出來，然后進入細胞核并獨立作用于染色質，在相關酶的催化作用下，引起DNA大規模斷離和染色質濃縮，使該細胞發生凋亡[10]。Gregan等認為AIF一旦釋放入胞漿，將促進Cyt C的釋放[11]，從而加速細胞的凋亡。AIF的釋放受抗凋亡蛋白的調節，抗凋亡蛋白能夠減少AIF的釋放，減緩細胞的凋亡。盡管線粒體釋放AIF是不依賴Caspase的，但是有關的研究表明，Caspase能夠增強線粒體膜的通透性，從而促進線粒體釋放AIF[12]。

3.3Caspase家族：Caspase家族是一組存在于細胞質中、具有類似結構的蛋白酶，其與真核細胞的凋亡密切相關，并參與細胞的生長、分化與凋亡調節。Caspase 在正常情況下以沒有活性的前體存在，當受到某些輔助蛋白的刺激時會被激活。Caspase 家族分為三類：凋亡啟動因子、凋亡執行因子及炎性介導因子。在細胞凋亡過程中也存在一定的級聯放大效應,最終導致細胞凋亡[13]。目前為止，已發現14種Caspase，其中Caspase 9是細胞凋亡的發起者，Caspase 3是細胞凋亡的主要執行者。除此之外，Caspase 6、7、8、10均有促進細胞凋亡的作用。

3.4Smac蛋白：Smac蛋白是存在于線粒體并調節細胞凋亡的蛋白質，其促凋亡作用是通過逆轉凋亡抑制蛋白，尤其是X連鎖凋亡抑制蛋白的作用實現的。當細胞受到凋亡刺激時，線粒體釋放Smac 蛋白 到細胞質中與凋亡抑制蛋白結合，使其喪失抑制Caspase活性的作用，從而促進細胞凋亡。它也是和Cyt C同時釋放的一個重要的凋亡因子[14]。

4 小結

綜上所述，細胞凋亡是一個很復雜的過程，而線粒體是調控此過程的中心。在未來疾病的治療中，可以通過干擾線粒體這一中心位點來進行疾病的治療。因此對它的作用機制做進一步的研究有助于進一步認知細胞凋亡這一過程，且能指導臨床疾病的治療及相關藥物的研發。