病原微生物感染一直是影響人類生存的主要疾病。雖然抗生素和疫苗的應用使許多感染性疾病得到有效控制，但是，從根本上說，消滅入侵的病原微生物有賴于人體免疫防御系統(tǒng)，其中，中性粒細胞和單核-吞噬細胞系統(tǒng)的吞噬和殺菌起關(guān)鍵性作用。
為了生存和繁衍，病原微生物逐漸形成了一系列獨特的感染和調(diào)控機制，常能根據(jù)宿主細胞的反應或宿主環(huán)境，快速、主動地調(diào)節(jié)自身的基因表達，以適應或改變不利于其生長繁殖的環(huán)境。例如，病原微生物可產(chǎn)生針對宿主細胞信號轉(zhuǎn)導通路的蛋白，抑制和破壞宿主細胞的吞噬和殺菌作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，很多病原微生物能通過誘導或抑制宿主細胞的凋亡過程，以躲避、抑制或破壞宿主的防御系統(tǒng)。探討病原微生物感染與宿主細胞凋亡的關(guān)系，將有助于從分子水平上更好地闡明病原微生物的致病機制，為開發(fā)新一類抗感染藥物提供重要理論依據(jù)。
生物體內(nèi)各種組織細胞的數(shù)量經(jīng)常保持在一種相對平衡的狀態(tài)，這依賴于各類細胞有規(guī)律地分裂、分化和死亡。以往人們多注重于對細胞分裂、分化的研究，近十年來，才充分認識到細胞死亡對宿主生長發(fā)育和生理功能的重要意義。細胞死亡與細胞分裂、分化一樣，也是生物體內(nèi)長期進化而來的一種重要調(diào)節(jié)機制。
在多細胞生物中，細胞的死亡有二種形式：細胞壞死（necrosis)和細胞凋亡（apoptosis)。apoptosis一詞的希臘語本意為樹葉從枝條上脫落或花瓣從花托上脫落的過程，是指細胞在一定的生理或病理條件下，遵循自身的程序，由凋亡基因調(diào)控的主動的死亡過程，故又稱為細胞程序性死亡（programmedcell death,PCD)，但細胞凋亡和細胞程序性死亡在概念上是有區(qū)別的，前者是形態(tài)學的概念，后者是功能上的概念。
細胞凋亡是細胞內(nèi)在的決定宿主發(fā)育和組織平衡的一個重要機制，如果這個受到嚴密調(diào)控的細胞自殺機制發(fā)生障礙或失去控制，將導致腫瘤、神經(jīng)退行性疾病或其他的病理性變化。細胞內(nèi)的許多信號刺激，如死亡受體（如Fas 和TNFR等)與特定配體結(jié)合，紫外線照射與電離輻射，抗癌藥物，生長因子缺乏，過度表達某些特定的癌基因或腫瘤抑制基因，以及某些病原微生物的感染等，均可誘導細胞發(fā)生凋亡。盡管這些信號以及緊隨其后的反應途徑是多種多樣的，但是，凋亡的執(zhí)行均是通過一類在進化上保守的半胱天冬（氨酸)蛋白酶（或稱凋亡蛋白)家族—caspases(cysteineaspartases)的激活而進行的，激活的caspases在靶蛋白的天冬氨酸殘基后發(fā)生切割。目前，細胞凋亡的研究已經(jīng)滲透到生物學、基礎(chǔ)醫(yī)學、臨床治療和藥物篩選等許多領(lǐng)域。
細胞凋亡與細胞壞死在發(fā)生機制、形態(tài)學和生化特性等方面明顯不同（圖4-1)。細胞凋亡的始發(fā)因素源于細胞內(nèi)或細胞外的死亡信號。經(jīng)過一系列信息傳遞，死亡信號觸發(fā)與細胞凋亡有關(guān)的蛋白作用于細胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)，引起一系列形態(tài)學和生物化學的變化，最終使與細胞生存緊密相關(guān)的成分受到影響，導致細胞凋亡。整個過程需要能量ATP的參與。
圖4-1 細胞壞死（A)和細胞凋亡（B)細胞的形態(tài)學比較
凋亡發(fā)生時，細胞首先變圓，隨即與鄰近細胞脫落，胞漿濃縮，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張成泡膜狀并與細胞膜融合，線粒體釋放出細胞色素C(cytochrome C,Cyt.c)至胞漿中。細胞核染色質(zhì)濃縮并凝集在核膜周邊，染色體DNA被核酸內(nèi)切酶降解。由于斷裂較易發(fā)生于染色體的間隔區(qū)，故凋亡細胞內(nèi)DNA在瓊脂糖凝膠電泳上通常呈現(xiàn)特征性的DNA梯狀帶（DNAladder)。之后，細胞膜皺縮、內(nèi)陷，繼而形成大泡。這些泡狀結(jié)構(gòu)中包含有濃縮的細胞核片段、胞漿和細胞器，最終與細胞體分開而形成凋亡小體（apoptoticbody)。
凋亡的細胞可將其死亡的狀態(tài)向周圍發(fā)出信息，這有助于被吞噬細胞識別、吞噬和降解。例如，在凋亡細胞中，磷脂酰絲氨酸（phosphatidlylserine)從細胞膜內(nèi)層轉(zhuǎn)向膜外層，從而被巨噬細胞膜上的受體識別，導致凋亡細胞被巨噬細胞迅速清除。
細胞凋亡的形態(tài)變化迅速，常在24h內(nèi)完成，凋亡細胞及凋亡小體的細胞膜仍保存完整性，整個過程不引起炎癥反應，并且在組織學上不易被觀察。這也是細胞凋亡被長期忽視的原因之一。
與細胞凋亡相反，細胞壞死是一種無序的細胞死亡形式，不需要ATP的參與。它是由于某些外界的因素，如局部缺血、高熱、物理和化學損傷，以及微生物的侵襲等，造成細胞急速死亡。壞死細胞吸收水分并膨脹，細胞體積增大，最終導致細胞膜破裂及細胞內(nèi)容物的泄漏。壞死細胞的細胞核及染色體均不發(fā)生濃縮。雖然DNA最終也被核酸內(nèi)切酶降解，但它通常發(fā)生在細胞死亡的晚期，且降解機制也與凋亡不同。在凋亡細胞中，核酸內(nèi)切酶是由半胱天冬（氨酸)蛋白酶激活；而在壞死細胞中，核酸內(nèi)切酶是由絲氨酸蛋白酶激活，其產(chǎn)生的DNA片段大小無規(guī)律，在瓊脂糖凝膠電泳中呈涂片狀（smear)。
此外，在細胞壞死過程中，由于線粒體及核腫脹，溶酶體破壞，細胞膜破裂及釋出胞內(nèi)容物，因此，�？蓳p傷周圍組織并引發(fā)非感染性炎癥反應。
細胞內(nèi)與凋亡相關(guān)的基因可分為凋亡基因和凋亡抑制基因，還包括許多調(diào)節(jié)基因。與凋亡相關(guān)的基因首先在秀麗隱桿線蟲（C.elegans)中所克隆。該線蟲在生長發(fā)育過程中產(chǎn)生1 090個細胞，其中131個細胞在發(fā)育的不同時期發(fā)生凋亡。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)至少有十幾個基因影響這些細胞的命運。其中ced-3和ced-4可誘發(fā)凋亡，而ced-9抑制細胞凋亡。
饒有興趣的是，在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了與線蟲同源的凋亡和凋亡抑制基因，如哺乳動物的bcl-2與ced-9同源，而caspases與ced-3同源，表明細胞凋亡在生物發(fā)生和進化過程中具有重要意義。哺乳類細胞中與凋亡相關(guān)的重要分子主要有（圖4-2)：
（一)caspases家族
這是一類與線蟲Ced-3蛋白具有序列和結(jié)構(gòu)同源性的半胱天冬蛋白酶家族，迄今至少有15種caspases參與細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導，在細胞中均以caspase前體（procaspase)的形式被合成的。
procaspase 包含3個結(jié)構(gòu)域（domain)：N端的前結(jié)構(gòu)域（prodomain)、20kDa的大亞單位、10kDa小亞單位。含有長前結(jié)構(gòu)域的caspases稱為啟始caspases (initiator caspases)，如caspase-2、-8、-9、-10。含有短前結(jié)構(gòu)域的caspases稱為效應caspases(effector caspases)，如caspase-3、-6、-7，
在死亡信號刺激后，啟始caspases 首先被激活，繼而可激活下游的效應caspases。效應caspases再切割特定的死亡底物，如聚ADP核糖聚合酶、溶膠素、核纖層蛋白、肌動蛋白、核DNA修復酶等，引起細胞凋亡。可見，caspases的作用包括二個方面：作為啟始物，它接受凋亡信號，發(fā)生細胞內(nèi)的級聯(lián)反應；作為效應物，水解多種成分，使細胞解體，形成凋亡小體。
caspase-3是細胞凋亡中的“核心”蛋白酶，對細胞凋亡是必需的，可被caspases家族多種成員激活，其底物大多是細胞中的功能蛋白質(zhì)，它們分別參與DNA復制與修復、mRNA剪接、類固醇生物合成和細胞骨架重建等過程。例如，caspase-3能特異地將ICAD（inhibitorof caspase-activated deoxyribonuclease)酶切，CAD釋放出來進入細胞核內(nèi)降解染色體DNA，形成200bp大小的DNA片段；可直接作用于Acinus（apoptoticchromatin condensation inducer in the nucleus)，介導染色質(zhì)濃縮，或激活caspase-6（laminproteinase)，破壞核內(nèi)部結(jié)構(gòu)；裂解具有細胞骨架調(diào)節(jié)功能的蛋白激酶，重組細胞結(jié)構(gòu)；誘導細胞表達吞噬信號，使細胞分解為調(diào)亡小體而被吞噬。
（二)Bcl-2家族
bcl-2是B細胞淋巴瘤/白血病（B cell lymphoma /leukemia-2，bcl-2)基因的縮寫，其編碼產(chǎn)物Bcl-2是一種存在于線粒體膜、核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的膜蛋白。Bcl-2通過改變膜對一些離子、小分子或蛋白質(zhì)的通透性而參與細胞凋亡的調(diào)控。Bcl-2家族的同源蛋白已發(fā)現(xiàn)16種，包括Bcl-2、Bcl-xl、Bax、Bad、Bak和Bid等，均與C.elegans的Ced-9 同源。根據(jù)功能的不同，Bcl-2蛋白家族可分為兩大類（圖4-2)：
抗凋亡蛋白 包括Bcl-2和Bcl-xl，能調(diào)節(jié)細胞線粒體膜的離子通透性和膜電位，具有保持細胞器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的功能，而細胞器結(jié)構(gòu)的破壞是細胞凋亡啟動信號之一；亦可與促調(diào)亡蛋白形成二聚體，阻斷細胞色素C（Cyt.c)從線粒體膜上釋放，或直接與凋亡蛋白酶激活因子1（apoptoticprotease activating factor-1，Apaf-1)（哺乳類細胞中與C.elegans Ced-4的同源物)結(jié)合，從而抑制caspase-9和caspase-3的激活。Cyt.c一旦釋放出來，抗凋亡蛋白的作用則失去。
促凋亡蛋白 包括Bax、Bad 和Bak，均含有3或4個Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域（BH3)。當細胞受到凋亡信號刺激后，促凋亡蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，誘導線粒體釋放Cyt.c，最終激活caspase-3，引起細胞凋亡。
抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白的比率決定了細胞對凋亡信號的敏感性。如果細胞內(nèi)Bcl-2的數(shù)量過多，細胞則存活，亦可使正常細胞轉(zhuǎn)化為腫瘤細胞，即使接受凋亡信號，也不會發(fā)生凋亡；而Bax過量表達則細胞凋亡。
含有BH3結(jié)構(gòu)域的Bid蛋白與Bcl-2家族中的其它成員不同，不具有跨膜區(qū)，定位于細胞質(zhì)中。它受Fas介導的死亡信號通路中caspase-8的切割而激活，截斷的Bid（tBid)轉(zhuǎn)運至線粒體膜上。tBid可能通過其BH3結(jié)構(gòu)域和Bax結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生改變，從而使線粒體釋放Cyt.c。Cyt.c再與Apaf-1和procaspase-9形成三元復合物，procaspase-9被激活成為caspase-9，繼而激活下游的效應caspases（如caspases-3、-7)。Bcl-xl能夠抑制Bid，阻止線粒體釋放Cyt.c。因此，Bid可能是凋亡信號由細胞膜到線粒體中的傳遞者。
（三)Fas/FasL系統(tǒng)
接受細胞外凋亡信號的受體稱為死亡受體（death receptor, DR)，它存在于細胞表面，在與“死亡配體”結(jié)合后迅速轉(zhuǎn)導細胞凋亡信號。死亡受體屬腫瘤壞死因子受體（tumornecrosis factor receptor，TNFR)家族，包括TNFR、Fas（又稱CD95)、B細胞抗原CD40、神經(jīng)生長因子受體（NGFR)和DR系列等，它們具有被稱為“死亡結(jié)構(gòu)域（deathdomain,DD)”的同源結(jié)構(gòu)，DD為傳遞死亡信號所必需。
死亡受體Fas是Ⅰ型跨膜蛋白（319aa，45kDa)，可分為胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域三部分，其中，N端的胞外結(jié)構(gòu)域由3個富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域組成，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域具有死亡結(jié)構(gòu)域（約68aa)。
FasL即Fas配體，是Ⅱ型跨膜糖蛋白，由281aa組成，與TNF家族具有高度同源性，對表達Fas的細胞有很強的殺傷作用。當FasL與Fas，或TNF與其配體TNFR1特異結(jié)合后，可通過一系列的死亡信號傳遞而導致細胞凋亡。
此外，還有一些細胞周期調(diào)控蛋白，如c-myc、p53等在不同的條件下調(diào)節(jié)細胞凋亡與細胞存活的平衡。
(四)核轉(zhuǎn)錄因子κB
1986年，Sen等首先在B淋巴細胞核提取物中發(fā)現(xiàn)一種能與免疫球蛋白κ輕鏈基因的增強子κB序列（5＇-GGGACTTTCC-3＇)特異結(jié)合的蛋白因子，命名為核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-κB ，NF-κB)。近年發(fā)現(xiàn)，NF-κB是由2個屬于Rel家族的亞單位組成，最常見的是P65（RelA)和P50（NF-κB1)的異源二聚體，幾乎存在所有細胞中，其結(jié)合序列存在于多種細胞因子、粘附因子（如IL-8、TNF-α、ICAM-1等)的啟動子和增強子，。NF-κB的活化與上述因子的過度表達有關(guān)。
細胞在靜息狀態(tài)下，NF-κB二聚體通常與IκB類抑制因子結(jié)合，組成異源多聚體p50-p60-IκB，以無活性形式存在于細胞質(zhì)中。當細胞受到微生物感染、細胞因子、脂多糖、DNA損害劑、輻射等多種因素刺激后，通過信號轉(zhuǎn)導激活NF-κB誘導酶（NF-κBinducible kinase，NIK)，繼而激活I(lǐng)κB激酶（IκB kinase，IκK)�；罨腎κK 使其底物IκB 磷酸化，而后泛素化，最終被26S蛋白酶降解，NF-κB得以釋放并暴露出核定位序列�；罨腘F-κB從胞質(zhì)中移位進入核內(nèi)，與相應的病毒、細胞因子、粘附分子、受體等靶基因（或調(diào)控基因)的增強子κB模塊（κBmotif) 相結(jié)合，從而啟動基因的轉(zhuǎn)錄和表達（參見第3章)。
1996年，Antwerp發(fā)現(xiàn)NF-κB能抑制由死亡受體TNF-α誘導的細胞凋亡，故稱之為“生存信號”，它可能通過調(diào)控下游基因如細胞因子、Bcl-2家族和IAP等的表達參與細胞凋亡的調(diào)控。
近年來，對細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導通路研究表明，凋亡激活主要經(jīng)過死亡受體通路或線粒體通路（圖4-2)。
（一)死亡受體通路
在死亡受體通路中，死亡受體（如TNFR、Fas、DR3、DR4或DR5)與其同族配體（ligand)結(jié)合，繼而募集（recruitment)下游的信號分子，并導致caspases的激活，最終使細胞發(fā)生凋亡。
FasL與Fas相互作用，誘導細胞內(nèi)神經(jīng)鞘磷脂酶水解鞘磷脂，產(chǎn)生神經(jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺通過膜結(jié)合性的Ser/Thr蛋白激酶等激活第二信使傳遞途徑，引起Fas分子構(gòu)象發(fā)生改變，致使Fas胞內(nèi)區(qū)的三個死亡結(jié)構(gòu)域（DD)聚在一起，然后與胞內(nèi)接頭蛋白（Adaptorprotein)的Fas 相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域（Fas associated death domain，F(xiàn)ADD)結(jié)合，F(xiàn)ADD再通過其死亡效應結(jié)構(gòu)域（deatheffector domain，DED)，募集并激活同樣具有DED的procaspase-8，形成死亡誘導信號復合體，使procaspase-8裂解、活化。同樣，TNF與其受體結(jié)合后，引起胞內(nèi)DD相聚，接著與TNF受體相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域（TNF-αreceptor associated death domain，TRADD)結(jié)合，TRADD可將信號傳遞給FADD，繼而激活procaspase-8。
圖4-2 細胞凋亡的兩條主要通路
caspase-8一旦被激活，就可作為啟始caspase，去激活并切割下游的效應caspases如caspase-3，從而進入凋亡之路。
（二)線粒體通路
當細胞受到非死亡受體依賴的死亡信號刺激后，死亡信號首先作用于線粒體，使其膜通透性增加而釋放細胞色素C（Cyt.C)，后者在dATP的介導下，與含有caspase 募集結(jié)構(gòu)域（caspase recruitment domain，CARD)的Apaf-1相結(jié)合，并通過CARD-CARD相互作用，募集并激活同樣具有CARD的procaspase-9。激活的caspase-9再激活下游的效應caspases如caspase-3、-7�？梢�，Cyt.C的釋放能放大caspase鏈式反應，提高細胞凋亡的速度和效率。
在線粒體通路中，新近發(fā)現(xiàn)另外一類凋亡抑制蛋白，稱為IAP家族(inhibitorof apoptosis family of proteins)，它與caspase-9結(jié)合并抑制caspase-9的蛋白切割活性，同時也可結(jié)合并抑制caspase-3而阻斷細胞凋亡（圖4-2)。IAP有3個結(jié)構(gòu)域：①BIR結(jié)構(gòu)域，即桿狀病毒IAP重復序列（baculovirusIAP repeats，BIR)，與caspases結(jié)合并抑制其活性；②Ring結(jié)構(gòu)域：起著泛素連接酶（ubiquitin ligase)作用，促進IAP本身及任何與之結(jié)合的caspase降解；③Card結(jié)構(gòu)域：位于BIR與Ring結(jié)構(gòu)域之間，功能不清。
值得注意的是，細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導是一種復雜的信號傳遞網(wǎng)絡（signalnetworks)，信號通路之間常常發(fā)生交互作用（cross-talk)。例如，F(xiàn)as死亡受體介導的caspase-8可激活并切割Bid蛋白，tBid繼而促使線粒體釋放細胞色素C，從而激活Apaf-1和procaspase-9（圖4-2)。另外，凋亡信號的傳遞既受到正向的調(diào)節(jié)，又受到負性的抑制，例如，Bcl-2家族蛋白Bak、Bad、Bax和tBid作為促凋亡蛋白可促使細胞色素C的釋放，而Bcl-2和Bcl-xl作為抗凋亡蛋白而抑制細胞色素C的釋放（圖4-2)；又如，TNFR與TNF結(jié)合后，引起胞內(nèi)DD相聚并與TRADD結(jié)合，TRADD既可將信號傳遞給FADD，激活凋亡；又可將信號呈遞給TRAF2（TNFRassociated factor-2)，TRAF2再與受體作用蛋白（receptor-interacting protein，RIP)激活NF-κB，表達存活基因，抑制細胞凋亡的發(fā)生。
TNF-α、電離輻射、化學物質(zhì)等能誘發(fā)正常細胞和腫瘤細胞發(fā)生凋亡，與此同時，TNF與其配體TNFR結(jié)合后，在胞漿內(nèi)形成TRADD、受體醫(yī)學全.在線gydjdsj.org.cn作用蛋白（RIP)、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子（TRAF-2)的復合物，激活I(lǐng)KK上游激酶，最終激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB，抑制細胞凋亡。NK-κB的作用機制主要有：
調(diào)控細胞因子的基因表達 NF-κB調(diào)控的基因編碼急性時相蛋白、細胞因子和細胞粘附分子等。目前，較為肯定的抑制細胞凋亡的是細胞因子。研究發(fā)現(xiàn)，IL-6能延遲中性粒細胞的凋亡。在IL-6的啟動子上有NF-κB的結(jié)合位點，TNF-α、電離輻射等通過激活NF-κB而上調(diào)IL-6的基因表達。此外，GM-CSF、IL-1β等前炎癥因子亦具有抗細胞凋亡作用，均受到NF-κB的調(diào)控。
誘導或上調(diào)抗凋亡基因 研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB能通過激活Bcl-2家族中的A1/Bfl-1，阻止細胞色素C從線粒體中釋放，進而抑制由TNF-α誘發(fā)的細胞凋亡。
誘導TRAF和IAP 近年發(fā)現(xiàn)，NF-κB抗凋亡機制可能是作用于caspase-3和線粒體的上游，在基因和蛋白表達兩個水平上控制TRAF、IAP的表達，從而抑制caspase-8的激活。caspase-8是介導死亡受體相關(guān)信號必須的凋亡蛋白酶。
由于凋亡是腫瘤細胞在放療、化療作用下最主要的清除方式，因此，NF-κB有望成為放療、化療過程中的輔助用藥的靶點。
新近的研究表明，病原菌是通過一系列毒力因子來調(diào)節(jié)宿主細胞的凋亡，這些毒力因子能與細胞凋亡通路中的一些關(guān)鍵成分結(jié)合，或干擾細胞存活基因的轉(zhuǎn)錄和表達（圖4-3)。目前已知的與細胞凋亡有關(guān)的毒力因子主要有：①膜穿孔（pore-forming)毒素，與宿主細胞膜結(jié)合并破壞其功能；②蛋白合成抑制毒素，在宿主細胞漿中表達其酶活性；③菌體效應（effector)蛋白，通過Ⅲ型分泌系統(tǒng)直接釋放到宿主細胞內(nèi)；④超抗原，擾亂宿主的免疫細胞功能；⑤病原體的結(jié)構(gòu)蛋白（參見第3章)。
目前已知至少有三類膜穿孔毒素可引起細胞凋亡。
Amphiphilic毒素 如金黃色葡萄球菌α溶素。該毒素對多種哺乳動物紅細胞有溶血作用，對白細胞、肝細胞、成纖維細胞、血管平滑肌細胞等均有損傷作用。α溶素能直接插入許多真核細胞膜上形成微孔。低濃度的α溶素能特異性地與其易感細胞表面受體結(jié)合，亦可形成微孔。這些微孔能選擇性地增加細胞膜對單價離子的通透性，并引起宿主細胞（如T淋巴細胞和上皮細胞)的凋亡。高濃度的α溶素能被細胞膜非特異性地吸收，形成能通透二價離子（如Ca2+)的較大微孔，引起細胞壞死。
巰基活化溶細胞毒素 如鏈球菌溶素O、李斯特菌溶素O。產(chǎn)單核細胞李氏菌侵入人體后，被吞噬細胞吞噬，之后溶解吞噬體膜，逃逸到胞漿中，并引起胞內(nèi)感染，這一過程是由產(chǎn)單核細胞李氏菌溶素O引起的。溶素O可導致多種細胞，如肝細胞、淋巴細胞及樹突狀（dendritic)細胞的凋亡，其作用機制可能是，毒素嵌入線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上，引起細胞色素C的釋放和Ca2+的流出，最終激活caspases。
另外，與絕大多數(shù)胞內(nèi)菌不同，藥品數(shù)據(jù)產(chǎn)單核細胞李氏菌能引起巨噬細胞壞死而非凋亡。雖然該菌不能誘發(fā)巨噬細胞凋亡和釋放活化的IL-1β，但可在感染早期使宿主細胞產(chǎn)生并釋放多種粒細胞趨化因子，從而加重局部的炎癥反應。
RTX毒素 如大腸桿菌α-溶血素。該毒素能通過與淋巴細胞功能相關(guān)抗原-1(lymphocyt function associated antigen-1，LFA-1)結(jié)合，以單體形式嵌入細胞膜的雙層類脂結(jié)構(gòu)而形成跨膜微孔。這些微孔選擇性地增加細胞膜對陽離子的通透性，導致免疫細胞的凋亡。
這類毒素本身具有酶活性，由A亞單位和B亞單位構(gòu)成，前者是毒性活性部分，后者負責與宿主細胞膜結(jié)合，將A亞單位跨膜轉(zhuǎn)送到胞漿內(nèi)。常見的有白喉毒素、銅綠假單胞菌外毒素A、志賀毒素和志賀樣毒素等。
白喉毒素 白喉毒素進入胞漿后，通過作用于蛋白翻譯系統(tǒng)，即加速延長因子-2（elongation factor 2，EF-2)的ADP-核糖化（ADP-ribosylation)而使其失活，抑制宿主細胞的蛋白質(zhì)合成，引起多種上皮細胞和髓樣（myeloid)細胞等靶細胞的凋亡。缺乏ADP-核糖化能力的白喉毒素不具細胞毒作用，抑制白喉毒素所引起EF-2核糖化可阻斷其誘導細胞凋亡的作用。
銅綠假單胞菌外毒素A 銅綠假單胞菌可分泌多種毒素，其中外毒素A能引起人上皮細胞和單核細胞的凋亡，而外毒素A突變的菌株則失去致病力。雖然該毒素與白喉毒素的結(jié)構(gòu)不同，但作用機制相似，均為通過對EF-2的ADP-核糖化而抑制蛋白質(zhì)的合成，并最終誘發(fā)宿主細胞凋亡。
志賀毒素和志賀樣毒素 由痢疾志賀菌和腸出血型大腸桿菌產(chǎn)生。志賀毒素或志賀樣毒素B亞單位可與細胞表面的Gb3受體結(jié)合，介導A亞單位進入胞漿。A亞單位有N-糖苷酶活性，能從真核細胞核糖體28SrRNA部分切除單個腺苷酸殘基，從而阻斷核糖體的功能和蛋白質(zhì)的合成。這類毒素也能引起腸絨毛上皮細胞等凋亡。
某些革蘭陰性菌與宿主細胞接觸后，利用非常特殊的分泌系統(tǒng)—Ⅲ型分泌系統(tǒng)，直接將菌體效應蛋白轉(zhuǎn)運到宿主細胞漿內(nèi)，干擾宿主細胞的信號轉(zhuǎn)導通路，產(chǎn)生致病效應。Ⅲ型分泌系統(tǒng)的主要特征有：
1．所分泌的蛋白不含可被切割的信號肽（signal peptide)，在轉(zhuǎn)運時也不被加工修飾。而經(jīng)普通分泌系統(tǒng)所分泌的蛋白含有可被切割的信號肽；
2．所分泌的蛋白均需要特有的通路蛋白來護送；
3．大多需要與宿主細胞接觸后才能完全激活該分泌系統(tǒng)，這種接觸可發(fā)生在細胞膜表面或胞漿內(nèi)。
目前，已知有許多病原菌，如志賀菌、沙門菌和耶爾森菌及一些植物病原菌均采用這一系統(tǒng)有效地影響宿主細胞。
志賀菌侵襲質(zhì)�？乖瑽（IpaB) 志賀菌和沙門菌侵襲宿主細胞過程的啟動，需要一系列基因表達、細菌與宿主細胞間發(fā)生信號轉(zhuǎn)導、細菌通過Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌多種蛋白質(zhì)、宿主細胞的細胞膜表面發(fā)生改變、細胞內(nèi)骨架重排等過程的參與。
志賀菌到達回腸末端和結(jié)腸后，首先通過M細胞（microfold cell)穿過上皮屏障，侵入上皮下淋巴組織。M細胞是散布于腸道粘膜上皮細胞間的一種特化的抗原轉(zhuǎn)運細胞（specializedantigen transporting cell)或特殊的抗原捕獲細胞，是病毒、細菌和其他病原體進入腸粘膜的門戶。在M細胞下方粘膜固有層結(jié)締組織中，存在游走巨噬細胞和派氏集合淋巴結(jié)（Peyer＇patches)。病原菌可通過對M細胞表面毛刷狀微絨毛的吸附，或經(jīng)M細胞表面蛋白酶作用后被攝取，再以吞飲泡（pinocytotic vesicle)形式轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)內(nèi)，穿過M細胞，進入粘膜下結(jié)締組織，被位于該處的巨噬細胞攝取。
志賀菌與巨噬細胞接觸后，可激活Ⅲ型分泌系統(tǒng)，分泌侵襲質(zhì)�？乖╥nvasionplasmid antigen，Ipa)。巨噬細胞被Ipa復合物激活后，發(fā)生細胞骨架重排，胞膜皺折或形成粘著斑，以胞飲的方式吞噬細菌（圖4-3)。
在巨噬細胞中，志賀菌分泌的侵襲質(zhì)粒抗原B（IpaB)能破壞吞噬體膜，并通過肌動蛋白提供動力，迅速地逸出吞噬體，進入細胞漿中。IpaB能直接結(jié)合并活化caspase-1，誘發(fā)巨噬細胞凋亡（圖4-3，圖4-4)。雖然侵襲和逸出吞噬體依賴于IpaB、IpaC和IpaD的表達和分泌，但誘導細胞凋亡只依賴于IpaB。
在巨噬細胞凋亡過程中，伴隨著caspase-1（原名IL-1β轉(zhuǎn)化酶)的激活，該酶將炎癥因子IL-1β前體裂解成IL-1β，大量活化的IL-1β引起中性粒細胞遷移到感染病灶，介導典型的志賀菌炎癥反應。中性粒細胞跨腸道上皮的遷移破壞了上皮細胞屏障的完整性，使大量的細菌抵達上皮細胞的基底膜，并侵入上皮細胞。病菌在上皮細胞中大量繁殖，并擴散到鄰近的細胞，廣泛地損壞腸粘膜，加劇炎癥浸潤，導致組織的損傷，引起細菌性痢疾。
圖4-3 志賀菌引起細胞凋亡的機制
圖4-4 重要致病菌調(diào)控細胞凋亡的機制
沙門菌侵襲蛋白（SipB) SipB（Salmonella invasion protein B)是沙門菌分泌的與志賀菌IpaB蛋白同源的侵襲蛋白。目前絕大多數(shù)的研究是以鼠傷寒沙門菌為模型。與志賀菌相似，沙門菌首先通過M細胞穿越小腸粘膜上皮細胞，到達腸壁固有層的淋巴結(jié)，迅速被淋巴濾泡內(nèi)的巨噬細胞吞噬。但與志賀菌不同的是，沙門菌并不逸出吞噬體，可阻止溶酶體與吞噬體融合，因而能在巨噬細胞中存活和生長繁殖。
沙門菌能誘發(fā)巨噬細胞凋亡，其機制與志賀菌相同，即通過SipB結(jié)合并活化caspase-1(圖4-4)。體內(nèi)和體外實驗均發(fā)現(xiàn)，caspase-1的活化在沙門菌引起巨噬細胞凋亡，以及隨之產(chǎn)生的炎癥反應過程中起著關(guān)鍵性作用。從caspase-1基因敲除（knock-out)小鼠中分離的巨噬細胞能抑制沙門菌引發(fā)的凋亡，而且這些小鼠對經(jīng)口服沙門菌引起感染的抵抗力明顯增強。
另外，新近的研究表明，caspase-2的活化也與沙門菌引起巨噬細胞凋亡有關(guān)。
耶爾森菌YOPJ/P蛋白 耶爾森菌包括鼠疫耶氏菌、假結(jié)核耶氏菌和小腸結(jié)腸炎耶氏菌，后兩者臨床上較為常見，主要通過糞—口途徑感染宿主，能通過M細胞穿透腸粘膜上皮屏障，并在局部的淋巴濾泡（Payer小體)中生長繁殖，之后轉(zhuǎn)移到肝、脾中繁殖，可引起宿主死亡。
耶爾森菌可引起多種細胞如巨噬細胞、M細胞、上皮細胞和成纖維細胞的凋亡。但是，與志賀菌和沙門菌不同，耶爾森菌不需侵入細胞內(nèi)，能在宿主細胞外部誘導凋亡。一旦與宿主細胞接觸后，耶爾森菌能通過Ⅲ型分泌系統(tǒng)直接將多種蛋白釋放到宿主細胞內(nèi)。這些蛋白為耶爾森菌外部蛋白（Yersiniaouter protein，YOP)，由質(zhì)粒編碼。YOP能干擾宿主細胞的信號轉(zhuǎn)導通路，引起細胞肌動蛋白骨架的改變，抑制巨噬細胞的吞噬功能。
鼠疫耶氏菌和小腸結(jié)腸炎耶氏菌誘導細胞凋亡的蛋白分別是YOP J和YOP P，雖然其確切作用機制尚不清楚，但有證據(jù)提示可能是通過調(diào)節(jié)宿主的細胞因子及抑制細胞“生存信號”來引起凋亡（圖4-4)。在絕大多數(shù)細胞中，活化的NF-кB能提供生存信號，并可促使某些細胞因子的合成。YOPJ/P能阻斷NF-кB的活化，從而抑制腫瘤壞死因子α（TNF-α)和γ干擾素（IFN-γ)的產(chǎn)生，誘導細胞凋亡。此外，YOPJ/P 還能與宿主細胞中一些在信號轉(zhuǎn)導通路中起關(guān)鍵作用的激酶結(jié)合，并使其失去活性，從而抑制細胞的多種信號通路，阻斷細胞因子的合成，誘導凋亡。
在宿主抗感染的過程中，細胞因子的產(chǎn)生是免疫反應的一個重要組成部分，YOPJ/P的上述作用有助于耶爾森菌在宿主細胞中擴散。
超抗原不需要抗原提呈細胞加工提呈，可同時與T細胞表面受體（TCR)的Vβ部位及抗原提呈細胞的MHCⅡ類分子結(jié)合形成三聚體，刺激T淋巴細胞活化、分化增殖，產(chǎn)生細胞因子，最終使增殖的T細胞凋亡。超抗原包括金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌產(chǎn)生的外毒素，以及病毒編碼的蛋白等。
金黃色葡萄球菌超抗原 金葡菌腸毒素A和B是一種超抗原，能激活T細胞并使其分化增殖后，再通過凋亡機制清除增殖的T細胞。金葡菌產(chǎn)生的另一超抗原為毒性休克綜合征毒素-1（TSST-1)。該毒素可刺激T淋巴細胞的增生和合成細胞因子，并直接或間接地影響T淋巴細胞而使其發(fā)生凋亡。
金葡菌超抗原誘導細胞凋亡的信號機制目前仍不清楚。有報導超抗原引發(fā)T細胞的凋亡可能與Fas/FasL系統(tǒng)有關(guān)，該系統(tǒng)是人體中最常見的細胞凋亡激活的通路之一。另有研究表明，金葡菌腸毒素A和B可通過調(diào)節(jié)ATP門控（gated)的離子通道和降低蛋白激酶C（PKC)活性來引起鼠幼稚胸腺細胞的凋亡。
化膿性鏈球菌超抗原 該菌產(chǎn)生的超抗原包括致熱外毒素A、B、C。在一組A型化膿性鏈球菌感染的患者中，體內(nèi)含Vβ部位的T細胞數(shù)目被選擇性減少。從該菌感染重癥患者中所分離的T細胞具有凋亡的表現(xiàn)，而在非A型鏈球菌感染患者中，未發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。
人體對病原微生物感染最早出現(xiàn)的防御反應是由先天性免疫系統(tǒng)完成，這就要求免疫細胞必須能辨別是自身的還是異己物質(zhì)，這一過程依賴于細胞表面的受體來識別或發(fā)現(xiàn)病原菌特有的分子結(jié)構(gòu)。新近的研究表明，與植物、昆蟲及其它脊椎動物相似，人類在長期進化過程中保存了能特異性識別病原菌的受體，即Toll類受體（Toll-like receptors，TLRs)（參見第3章)。Toll樣受體是觸發(fā)天然免疫的關(guān)鍵所在，已成為天然免疫研究的熱點之一。
TLRs是一種跨膜蛋白，由胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域三部分組成。胞外結(jié)構(gòu)域為富含亮氨酸的重復基序（leucinerichrepeats，LRR)，參與對病原微生物或其產(chǎn)物的識別，激活細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)；胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域由Toll同源結(jié)構(gòu)域（Toll homology domain，THdomain)和C端長短不一的短尾肽組成。TH結(jié)構(gòu)域亦稱Toll/IL-IR（TIR)同源結(jié)構(gòu)域，是Toll樣蛋白向下游進行信號轉(zhuǎn)導的核心元件。
與T、B淋巴細胞抗原受體對抗原表位高度特異的“個性”化識別相反，Toll類受體識別的是病原微生物的“共性”，即病原體相關(guān)分子特式結(jié)構(gòu)（pathogen-associatedmolecular patterns ，PAMPs)，如病原菌脂多糖、磷壁酸、肽聚糖，支原體和螺旋體的膜脂蛋白，酵母菌的甘露聚糖等。所有病原菌均含有至少一種或多種PAMP。PAMPs的共同特點有：①僅由病原微生物產(chǎn)生，而宿主細胞則無；②一般為病原微生物存活或致病性所必需；③是病原微生物共同的、保守的、特征性的結(jié)構(gòu)成分�？梢姡琓oll類受體的重要生理作用就是通過識別病原體所攜帶的特有信息，感知病原微生物感染的存在，并及時啟動一系列免疫炎癥反應，以清除入侵的病原微生物。
目前在人體中至少已發(fā)現(xiàn)10種TLR，其中，TLR4主要表達在單核-巨噬細胞、樹突狀細胞、淋巴細胞和某些腸上皮細胞上，主要與G－菌脂多糖結(jié)合。TLR2大多表達在單核-巨噬細胞上，主要識別G＋菌的肽聚糖、脂蛋白、酵母菌甘露聚糖等。TLR5主要識別細菌的鞭毛蛋白。TLR6主要識別細菌的肽聚糖、脂蛋白。TLR9主要識別細菌含CpG基序的DNA。
宿主使用Toll類受體識別病原菌是一種在自然選擇進化過程中形成的策略，可使宿主有限數(shù)量的受體識別多種不同的病原體，并防止變異菌株逃避免疫監(jiān)視的可能性，因為PAMPs是細菌保守的重要組分。
TLR2與菌體脂蛋白結(jié)合后，可激活細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)接（調(diào)節(jié))蛋白Myd88，活化的Myd88與細胞凋亡通路的成分（如含有死亡結(jié)構(gòu)域的caspase-1、caspase-8等)結(jié)合，使其活化，最終引起人單核細胞和上皮細胞凋亡。除了誘導凋亡的信號，TLR還可激活一些信號通路，如活化NF-κB，從而抑制細胞凋亡并產(chǎn)生細胞因子，啟動炎癥和免疫反應，以清除病原微生物（參見第3章)。因此，宿主細胞在經(jīng)TLR刺激后是否走向凋亡，受不同的細胞類型及環(huán)境因素的影響。這種TLR誘導的細胞凋亡及其伴隨的其它信號被認為有助于宿主建立獲得性免疫反應。TLR2和TLR4還被發(fā)現(xiàn)表達在B/T細胞膜上；TLR可誘導抗原提呈細胞表達協(xié)同刺激分子B7（CD86、CD80)，向初始T細胞提供活化的第二信號，使活化的T細胞對抗原產(chǎn)生特異性免疫應答；TLR可誘導抗原提呈細胞產(chǎn)生細胞因子IL-12，促進CD4+T細胞向Th1分化。以上提示TLR2和TLR4可以調(diào)控天然免疫向獲得性免疫的轉(zhuǎn)變。
可見，從分子、細胞和機體水平深入研究TLRs家族和PAMPs的相互作用，將有助于揭示病原微生物與宿主之間的相互關(guān)系，進一步認識免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，為感染性疾病的防治提供新的思路。
結(jié)核分枝桿菌常由呼吸道侵入，首先在肺部被肺泡巨噬細胞吞噬并在其中存留、繁殖，故稱為胞內(nèi)病原菌。巨噬細胞死亡后，可釋放出結(jié)核分枝桿菌而導致新的一輪感染。結(jié)核分枝桿菌同時具有誘導和抑制巨噬細胞凋亡的功能（圖4-4)。
誘導巨噬細胞凋亡 體內(nèi)和體外實驗結(jié)果均表明，結(jié)核分枝桿菌是通過刺激細胞產(chǎn)生TNF-α和活化caspase-1來引起細胞凋亡。結(jié)核分枝桿菌細胞壁的組成部分或/和脂蛋白通過與巨噬細胞膜上的Ⅱ型Toll類受體（TLR2)結(jié)合，促使細胞合成TNF-α，引起細胞凋亡。另外，在受結(jié)核分枝桿菌感染的巨噬細胞內(nèi)，抗凋亡蛋白Bcl-2（Bcl-2蛋白家族的一員)的表達水平明顯降低，提示Bcl-2也參與了結(jié)核分枝桿菌誘導巨噬細胞凋亡的過程。巨噬細胞的凋亡可抑制多種分枝桿菌（包括結(jié)核分枝桿菌)的生長繁殖，而巨噬細胞的壞死則無此作用。目前認為，巨噬細胞的凋亡可能是人體抗結(jié)核感染的防御機制之一。
抑制巨噬細胞凋亡 結(jié)核分枝桿菌感染亦能通過抑制細胞凋亡來保護巨噬細胞。在人體肺泡的巨噬細胞中，無毒力的結(jié)核分枝桿菌變異株能引起細胞凋亡，而有致病力的結(jié)核分枝桿菌感染本身非但不能誘導細胞凋亡，反而能抑制由多種刺激物引起的細胞凋亡。
目前已知的結(jié)核分枝桿菌抑制細胞凋亡的機制主要有三種：①經(jīng)TLR-2活化NF-κB這一細胞生存通路；②增加可溶性Ⅱ型TNF-α受體（STNFR2)的合成與分泌，中和TNF-α的致凋亡活性；③結(jié)核分枝桿菌的菌體成分阿拉伯甘露糖脂（Lipoarabinomannan，LAM)能激活PI-3激酶（PI-3K)和蛋白激酶B（PKB/AKT)這一通路，PI-3K/AKT的活化在絕大多數(shù)系統(tǒng)中起著維持細胞生存的作用。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，在巨噬細胞中，經(jīng)LAM激活的PI-3K/AKT能引起促凋亡蛋白Bad的磷酸化并使其滅活，從而抑制巨噬細胞凋亡。
抗凋亡和致凋亡意義 結(jié)核分枝桿菌對巨噬細胞凋亡的雙向調(diào)節(jié)性很可能在其發(fā)病機制中起著重要作用。一方面，結(jié)核分枝桿菌生長非常緩慢，需要在巨噬細胞內(nèi)生長繁殖；另一方面，誘導巨噬細胞的凋亡（而非壞死)能抑制胞內(nèi)結(jié)核分枝桿菌的生長，阻止病菌擴散（因凋亡的巨噬細胞連同其胞內(nèi)的病原菌會很快被新鮮有活力的巨噬細胞清除)。
具致病力的結(jié)核分枝桿菌在感染巨噬細胞后，可促使細胞合成并釋放IL-10，可將Th1型免疫反應轉(zhuǎn)變成Th2型免疫反應，從而有利于病原菌在細胞內(nèi)存留和肉芽腫樣病灶的形成。因此，結(jié)核分枝桿菌所具有的抗凋亡和誘導凋亡活性可能在其感染的不同階段表現(xiàn)出來，從而幫助病原體建立持續(xù)感染。深入研究結(jié)核分枝桿菌抗凋亡和致凋亡的機制，以及它們在結(jié)核分枝桿菌致病和復活過程中的作用，將給我們提供非常重要的信息，為研制新型抗結(jié)核藥物提供理論依據(jù)。
嗜肺軍團菌能侵入單核細胞、肺泡巨噬細胞和上皮細菌，并在這些細胞內(nèi)的特殊吞噬體中生長繁殖。軍團菌在感染的早期能誘導細胞凋亡。與志賀菌及沙門菌不同，軍團菌誘導凋亡是通過活化caspase-3而非caspase-1（圖4-4)，其致病因子與dot/icm基因組編碼的蛋白有關(guān)。
嗜肺軍團菌誘導的細胞凋亡，很可能在抑制吞噬體的成熟、改變或阻斷溶酶體在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運（endocytictrafficking)、阻止吞噬體與溶酶體融合過程中起著重要的作用，從而有利于病菌在細胞內(nèi)生存和繁殖。近年研究發(fā)現(xiàn)，Rab5（Rabaptin-5)蛋白與GTP在促進吞噬-溶酶體融合過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在誘導細胞凋亡過程中，軍團菌激活了caspases系統(tǒng)，活化的caspases能降解和滅活Rab5蛋白，使有活性的Rab5-GTP轉(zhuǎn)化為無活性的Rab5-GDP，從而阻斷吞噬-溶酶體的融合，以及溶酶體在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運。
低劑量的軍團菌感染可誘發(fā)二種致細胞死亡機制，即在感染早期誘導細胞凋亡，在感染晚期引起細胞壞死。該菌誘導細胞凋亡是一個持續(xù)的過程，但細胞壞死只發(fā)生在細菌終止繁殖后，由膜穿孔毒素臨時激發(fā)，這可能代表了某些“專性”胞內(nèi)寄生菌入侵細胞并在其中增殖，最后逸出細胞的一種協(xié)調(diào)的手段。
不過，上述結(jié)果大多是根據(jù)體外實驗獲得的。在體外實驗條件下，軍團菌好像難以控制，但在正常人體中可被免疫反應所控制，因為人體免疫系統(tǒng)擁有多種有效的抗嗜肺軍團菌感染的機制，如產(chǎn)生IFN-γ。
幽門螺桿菌（Hp)寄居于人胃粘膜上皮層，引起胃炎、消化性潰瘍等疾病，并與胃癌的發(fā)生相關(guān)。該菌能誘導胃粘膜上皮細胞的凋亡，在胃部組織活檢標本中，也發(fā)現(xiàn)Hp感染和細胞凋亡顯著相關(guān)（參見第9章)。Hp和宿主因素都對胃部疾病的發(fā)生起有重要作用。Hp與胃粘膜上皮細胞上多種不同受體的相互作用，可能是引起疾病多樣化的原因。Hp分泌的空泡毒素（vacuolatingtoxin)是重要毒力因子，可通過胃粘膜上皮細胞膜上的多種不同受體進入胞漿，產(chǎn)生細胞毒作用，誘導細胞凋亡。最近發(fā)現(xiàn)，尿素酶在誘導細胞凋亡中亦起一定作用。
百日咳桿菌通過產(chǎn)生多種粘附因子和毒素而引起百日咳。毒素主要包括百日咳毒素和腺苷酸環(huán)化酶毒素，后者與細胞膜受體結(jié)合后，酶活性區(qū)進入細胞內(nèi)，合成大量的第二信使—環(huán)化腺苷酸（cAMP)，誘導巨噬細胞凋亡，并具有抑制白細胞的趨化、吞噬及產(chǎn)生活性氧介質(zhì)等功能。
在小鼠動物模型中，百日咳桿菌能引起支氣管和肺泡細胞的凋亡。組織學檢查的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)百日咳桿菌致病株感染后不久，肺泡中凋亡細胞的數(shù)量明顯增加。而在經(jīng)缺乏腺苷酸環(huán)化酶毒素的變異株感染的動物中，肺泡中凋亡的巨噬細胞數(shù)量明顯減少。體外實驗也發(fā)現(xiàn)該菌能引起人巨噬細胞的凋亡。
該菌主要引起抗生素相關(guān)性腹瀉和假膜性腸炎，致病因素主要是毒素A/B。這2種毒素是葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，能催化Rho蛋白葡萄糖基化，并使其失去活性。Rho蛋白是小分子量GTP-結(jié)合蛋白，在細胞的多種不同信號轉(zhuǎn)導通路中起著非常重要的作用，并能調(diào)節(jié)細胞周期（cellcycle)、細胞轉(zhuǎn)化和凋亡。
在動物實驗中，毒素A能引起回腸、結(jié)腸上皮細胞的凋亡，與基底膜分離，并釋放出IL-8，使腸壁出現(xiàn)炎癥，產(chǎn)生出血性腸道分泌物。體外實驗發(fā)現(xiàn)，毒素B通過抑制Rho族蛋白活性，引起腸道上皮細胞、T細胞和嗜酸性粒細胞的凋亡。
衣原體具有二個特殊的發(fā)育周期：原體（elementary body )和網(wǎng)狀體（reticulatebody)。典型的衣原體感染過程為：具有高度感染性的原體侵入上皮細胞，并寄居在濾泡內(nèi)，以避免與細胞的溶酶體融合。感染8～12h后，原體經(jīng)分化而形成無感染力但仍具代謝活力的網(wǎng)狀體。網(wǎng)狀體具有繁殖能力，以二分裂方式產(chǎn)生許多子代原體，并在感染48～72h后，殺死宿主細胞，釋放出具感染力的原體，再感染鄰近的易感細胞。
衣原體在感染的不同階段表現(xiàn)出誘導和抑制細胞凋亡的作用，很可能與原體和網(wǎng)狀體能阻斷由多種不同刺激物（如TNF-α、Fas、DNA損傷劑及蛋白激酶抑制劑等)所誘導的細胞凋亡有關(guān)。
在感染早期，衣原體本身合成蛋白質(zhì)，通過阻斷受感染細胞中caspase-3的激活和線粒體釋放細胞色素C而抑制細胞凋亡。在感染晚期，衣原體能誘導巨噬細胞和上皮細胞的凋亡，這可能與細胞內(nèi)促凋亡蛋白Bax的表達增加有關(guān)，而不依賴于任何已知的caspases。但具體是何種病原因子引起凋亡，尚不清楚。
衣原體能根據(jù)感染的不同階段，和諧地調(diào)控抗凋亡和致凋亡兩種機制之間的平衡。衣原體的嚴格寄生性決定了它需要定植于完整且具代謝功能的宿主細胞中，需要數(shù)日的時間來完成繁殖、分化，最終產(chǎn)生足夠數(shù)量的感染性原體，擴散到鄰近細胞。因此，支原體在感染早期所表現(xiàn)出的抗凋亡能力有助于保持受感染細胞的正常代謝功能，在感染后期所表現(xiàn)出的誘導凋亡能力可促使病原體擴散，同時引發(fā)宿主的炎癥反應而最終控制感染。
立克次體是革蘭陰性的專性胞內(nèi)寄生微生物，感染的靶細胞是血管內(nèi)皮細胞。立克次體能抑制宿主血管內(nèi)皮細胞的凋亡，維持宿主細胞的相對穩(wěn)定，以利于自身生存。與耶爾森菌通過滅活NF-κB系統(tǒng)誘導凋亡的機制相反，立克次體能激活NF-κB信號通路而使受感染的細胞免于凋亡。如果在受感染細胞中選擇性地阻斷NF-κB的活化，這些細胞將迅速出現(xiàn)凋亡，而未受感染的內(nèi)皮細胞不發(fā)生凋亡。另外，立克次體本身還具有誘導細胞凋亡的能力，其作用機制及在人體內(nèi)感染致病的關(guān)系目前尚不清楚。
綜上所述，病原菌調(diào)節(jié)宿主細胞凋亡的機制是十分復雜的，不同的病原體采用其獨特的機制來調(diào)節(jié)細胞的凋亡通路，調(diào)控的結(jié)果也因病原體而異。一種細菌可能利用多種機制調(diào)節(jié)細胞凋亡，并與環(huán)境因素、宿主細胞類型等密切相關(guān)。表4-1列出了常見病原菌誘發(fā)細胞凋亡的主要機制。
表4-1 常見病原菌調(diào)控細胞凋亡的主要機制
| 細菌 | 調(diào)控蛋白 | 主要宿主細胞 | 宿主靶位 | 凋亡 |
| 志賀菌 沙門菌 李斯特菌 嗜肺軍團菌 耶爾森菌 結(jié)核分枝桿菌 金黃色葡菌球菌 大腸埃希菌 白喉棒狀桿菌 銅假單胞菌 艱難梭菌 百日咳鮑特菌 衣原體 立克次體 | IpaB、志賀毒素 SipB 李斯特溶素O 未知 YOP J/P 細菌壁成分 溶素 溶血素、SLT 白喉毒素 外毒素A 毒素A和B 腺苷環(huán)化酶 未知 未知 | 巨噬細胞 巨噬細胞 肝細胞、淋巴細胞、樹突細胞巨噬細胞、上皮細胞 巨噬細胞 巨噬細胞 淋巴細胞 淋巴細胞、粒細胞、單核細胞 上皮細胞、髓質(zhì)細胞 上皮細胞、巨噬細胞 上皮細胞、淋巴細胞、粒細胞 巨噬細胞 上皮細胞、巨噬細胞 血管內(nèi)皮細胞 | caspase-1、核糖體 caspase-1、-2 Cyt.c、caspases caspase-3 NF-κB、TNFα TNF-α、caspases、Bad、TLR2、Akt 離子通道 離子通道、核糖體 EF-2 EF-2 Rho蛋白 未知 caspase-3、Cyt.c NF-κB | 誘導 誘導 誘導 誘導 誘導 誘導/抑制 誘導 誘導 誘導 誘導 誘導 誘導 誘導/抑制 誘導/抑制 |
對機體來說，為防止病毒增殖和擴散，及時清除受病毒感染的細胞比保護它更有益。病毒的感染和復制可直接或通過激活細胞毒T細胞（CTL)來誘導宿主細胞凋亡。這些免疫效應細胞引起靶細胞凋亡的機制可能有：①釋放具細胞毒的細胞因子，如TFN；②通過細胞-細胞直接接觸的過程，針對被感染細胞分泌穿孔素（perforin)和顆粒酶（granzyme)，激活caspases；③提供FasL與靶細胞上的Fas受體結(jié)合。病毒感染誘導細胞凋亡作用，既可能是機體對病毒感染的防御反應，亦可能是病毒感染導致宿主細胞損傷的重要機制。
由于病毒的復制必須依靠完整的宿主細胞環(huán)境，過早的細胞死亡會使病毒沒有足夠的時間復制新的病毒體，打斷某些病毒（如持續(xù)感染病毒)潛伏和激活的生長周期。因此，絕大多數(shù)病毒均建立了能抑制宿主細胞凋亡的機制，包括激活宿主細胞的抗凋亡基因的表達，或表達自身抗凋亡基因。
病毒的基因產(chǎn)物能在多個不同位點來干擾細胞凋亡的通路，這些位點包括：死亡受體、含死亡效應片段（death effector domain，DED)的caspases、Bcl-2同源物（homologus)和細胞生長周期等。認識這些被病毒阻斷的位點，有助于闡明病毒與宿主細胞之間相互作用的分子機制，揭示宿主免疫系統(tǒng)清除病毒的途徑。為病毒感染性疾病的防治提供一些新思路。
NK細胞和CTL細胞可釋放具細胞毒的細胞因子如TNF，與細胞膜上的TNF受體(TNFR)家族結(jié)合，或提供FasL，從而激發(fā)死亡信號通路。但是，高表達Fas的細胞并一定均接受FasL誘發(fā)的死亡信號而導致細胞凋亡，提示可能存在凋亡信號轉(zhuǎn)導的抑制物。
許多痘病毒均編碼了能阻斷TNF致死信號的蛋白分子，如牛痘病毒編碼了3種不同的淋巴毒素α，可抑制TNF等細胞因子的活性，從而使受染細胞免于凋亡。
腺病毒編碼的一些蛋白分子，如RID復合物，能特異性地引起細胞膜上Fas受體和上皮生長因子（EGF)受體的內(nèi)在化，并隨之降解。RID蛋白首先與細胞膜相連并形成多聚復合體。該復合體含針對內(nèi)體(endosome)的模塊（motif)，能特異性地激發(fā)Fas系統(tǒng)，在維持體內(nèi)淋巴細胞總數(shù)的平衡中起著關(guān)鍵作用。因此，特異性阻斷Fas系統(tǒng)的活性，將特別有利于那些能讓腺病毒建立持續(xù)感染的細胞類型。RID還兼有抗TNF的功能，如RID能阻斷TNF引起的細胞內(nèi)磷酸酯酶A2的再分布，從而抑制宿主細胞炎癥因子的合成與釋放，以及TNF誘導的凋亡。
與kaposi肉瘤相關(guān)的人皰疹病毒8型可編碼caspase-8抑制蛋白，阻止caspase的活化，從而抑制TNF受體相關(guān)的凋亡誘導配體（TNFR-relatedapoptosis inducing ligand)介導的細胞凋亡。
FasL或TNF與細胞膜上的受體結(jié)合后，可引起這些受體的寡聚或三聚化（oligomerize/trumerize)。這些聚合受體的胞內(nèi)死亡效應結(jié)構(gòu)域（DED)與FADD或TRADD接頭蛋白（adaptorproteins)上的DED相互作用，激活caspase-8，引起死亡信號的級聯(lián)轉(zhuǎn)導。但caspase的作用可被多種物質(zhì)抑制。
許多皰疹病毒編碼了能直接干擾Fas與caspases聯(lián)絡的接頭蛋白分子。這些蛋白質(zhì)含有2個DED，能與FADD和caspases結(jié)合，從而阻斷FADD與caspases聯(lián)絡及caspases的活化，最終抑制受染細胞的凋亡。
在人體中，目前至少已發(fā)現(xiàn)10多種caspases的同工酶，它們在細胞中的分布、被激活所需條件及底物均有不同。caspases的活化是誘導細胞凋亡過程中的關(guān)鍵步驟，許多病毒均選擇caspases作為其抑制凋亡的靶位。
牛痘病毒編碼的細胞因子反應調(diào)節(jié)因子A（cytokine responsemodifier，Crm A)是一種強有力的caspases抑制劑，主要針對caspase-1和caspase-8。抑制caspase-1的活性能阻斷IL-1β的成熟和釋放，因而減輕機體的炎癥反應。而阻斷caspase-8的活化能抑制多種刺激物（包括Fas配體和TNF等)誘導的細胞凋亡。
昆蟲桿狀病毒編碼二種獨特的抑制caspases活性的蛋白分子：IAP和p35。其中，IAP在人體細胞中也存在同源物，能通過抑制caspase-3、-7、-9的活性（圖4-2)，或與TNF相關(guān)因子結(jié)合，而阻斷多種刺激物誘導的細胞凋亡。p35作為caspases作用的底物，當它被裂解后又反過來抑制多種哺乳動物（包括人類)、昆蟲和線蟲的caspase活性。缺乏p35的病毒變異株則能引起受染細胞的凋亡，從而減少病毒的復制。
Bcl-2家族蛋白是調(diào)節(jié)細胞凋亡的重要因子。多種病毒能通過其編碼的Bcl同源物，或改變宿主細胞的Bcl蛋白表達水平來調(diào)節(jié)細胞的凋亡。
例如，EB病毒編碼的潛伏感染膜蛋白（latency membraneprotein-1，LMP-1)可誘導宿主細胞表達Bcl-2蛋白，并同時活化NF-κB和干擾TNF受體的信號轉(zhuǎn)導，提示LMP-1可通過多種方式來抑制受感染細胞的凋亡，確保病毒的生存和復制。
腺病毒編碼的EIB19K可通過與細胞內(nèi)多種具促凋亡作用的Bcl類蛋白（如Bax)結(jié)合，并使其失去活性，從而間接抑制細胞凋亡。
細胞生長周期由許多調(diào)節(jié)蛋白（如腫瘤抑制蛋白p53和RB)調(diào)控完成。p53在正常細胞中可維護基因組的完整。如果DNA受損，p53被激活并濃聚，可使細胞周期停滯在G1期，在DNA復制開始前，對已有損傷的DNA進行修復。如果修復失敗，p53可誘導已有DNA損傷的細胞發(fā)生凋亡。
多種病毒能合成參與細胞生長周期的調(diào)控的蛋白質(zhì)，如人乳頭瘤病毒、人巨細胞病毒和部分腺病毒均可編碼與p53結(jié)合的蛋白質(zhì)，從而抑制細胞凋亡。又如，乙型肝炎病毒X蛋白（HBxAg)可與變異的p53結(jié)合并使之失活，從而抑制肝細胞的凋亡，細胞生長周期進入S期，導致肝細胞癌的發(fā)生。
但是，并非所有病毒都需要抑制細胞凋亡來完成生長周期。事實上，對某些病毒如HIV來說，誘導細胞凋亡是其感染的特征。研究發(fā)現(xiàn)，HIV引起CD4＋細胞凋亡的可能機制有：gp120與CD4交聯(lián)可選擇性降低CD4＋細胞中的Bcl-2表達；Tat蛋白通過對NF-κB位點的作用，上調(diào)FasL的表達，即增加CD4＋細胞和CD8＋細胞表面FasL表達，誘發(fā)細胞凋亡。亦可能與超抗原有關(guān)。
病原微生物調(diào)控宿主細胞凋亡的能力是一種致病機制，具有重要的生物學意義，包括：
1．消滅宿主免疫系統(tǒng)中參與清除病原微生物的關(guān)鍵細胞，如淋巴細胞、單核細胞和中性粒細胞。在吞噬細胞吞入并殺死細菌之前，促使吞噬細胞凋亡有利于細菌的定居。
2．某些胞內(nèi)病原體通過抑制細胞凋亡，既為病原體的增殖提供合適的環(huán)境和足夠的時間，又可利用其寄生于細胞內(nèi)作為掩體來逃避宿主免疫系統(tǒng)。
3．引起炎癥反應，如痢疾志賀菌能特異性激活caspase-1，活化的caspase-1在引起細胞凋亡的同時，可轉(zhuǎn)化并釋放IL-1β，引起宿主炎癥反應。
對宿主來說，細胞凋亡也可能是用來限制微生物感染擴散的重要手段。例如，在結(jié)核分枝桿菌感染過程中，誘導細胞凋亡可減少或抑制細菌增殖；痢疾志賀菌引發(fā)凋亡所致的炎癥反應有利于將感染局限于腸道而免于擴散。
近年來，對病原微生物調(diào)節(jié)宿主細胞凋亡機制的認識已有了革命性的飛躍，但是，仍處于啟動階段，需要探討的問題很多，例如，某些病原體（如結(jié)核分枝桿菌)或其毒力因子可同時激發(fā)宿主細胞的抗凋亡和致凋亡通路，這兩種截然相反的作用在致病過程中是如何被控制和表現(xiàn)？它們在微生物感染過程中的作用是什么？某些胞內(nèi)菌和病毒調(diào)節(jié)宿主細胞凋亡的活性是否或怎樣與其生長周期相關(guān)？人體免疫反應對病原微生物調(diào)控細胞凋亡的能力有何影響？能否通過干預致凋亡或抗凋亡活性而改變感染的結(jié)局？或以病原微生物凋亡調(diào)節(jié)因子作為防治感染的新靶標？
目前，由于免疫容忍性宿主（如老年人、糖尿病患者、腫瘤患者等)的增加、多重耐藥菌株的出現(xiàn)，微生物持續(xù)性感染日趨嚴重，以及一些重要病原體（如艾滋病病毒)的疫苗研制非常困難，如何有效地防治病原微生物感染仍是全球性難題之一，迫切需要發(fā)展新的抗感染方法。隨著對病原微生物調(diào)節(jié)細胞凋亡機制的闡明，將有助于更多地了解病原微生物與宿主之間的相互作用，為研制和開發(fā)新型抗感染藥物（如選擇性調(diào)節(jié)吞噬細胞特定的信號轉(zhuǎn)導通路的藥物)提供分子水平的理論基礎(chǔ)和全新的思路。
（鄭利民 中山大學生命科學院)
（鄧 凡 第一軍醫(yī)大學)
