動脈粥樣硬化:第六節(jié)　自由基與細胞凋亡

細胞凋亡（apoptosis)是細胞的主動死亡，它參與機體許多生理和病理過程，并起著調(diào)節(jié)作用。

一、細胞凋亡

細胞凋亡是Kerr等于1972年首先提出的一種不同于細胞壞死的細胞死亡方式，它具有特征性形態(tài)和生化改變，是細胞自身主動死亡的過程，又稱為程序性細胞死亡（programmed cell death, PCD)，生命體內(nèi)細胞死亡有兩種完全不同的形式，當細胞遭受急性和嚴重損害時，細胞腫脹破裂，胞液外溢導(dǎo)致周圍組織發(fā)生炎癥，即壞死過程。細胞在正常死亡時，出現(xiàn)細胞收縮，細胞核成片狀，電鏡可見到細胞膜上有很多的小泡生成。DNA電泳區(qū)帶呈梯狀，這種方式稱為細胞凋亡。細胞凋亡是指細胞在生理和病理情況下的一種死亡模式，參與胚胎發(fā)育及變形胸腺細胞的克隆選擇、細胞介導(dǎo)的細胞毒作用、衰老造血細胞的清除、腫瘤發(fā)生、人類免疫缺陷、病毒感染及化學治療等。因此，對細胞凋亡的研究成為免疫學、細胞生物學、腫瘤學和分子生物學等領(lǐng)域的熱門課題。

二、細胞凋亡與自由基作用的關(guān)系

眾所周知，氧化還原反應(yīng)是人體內(nèi)最為廣泛和重要的化學反應(yīng)，自由基尤其是活性氧（reactive oxygen species, ROS)及其衍生物自由基是氧化反應(yīng)中的重要成分。ROS與衰老密切相關(guān)，而衰老細胞的死亡實質(zhì)上就是細胞凋亡。

目前，研究較多的腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor, TNF)是由巨噬細胞和單核細胞產(chǎn)生，激活TNF受體可使細胞內(nèi)ROS明顯增加。體外試驗表明TNF能誘導(dǎo)細胞凋亡，細胞對TNF的敏感性還與SOD的降低有關(guān)，如缺乏SOD的T細胞對TNF、電離輻射和高溫引起的細胞凋亡更敏感。

據(jù)報道，能引起細胞氧化的因素均能引起細胞凋亡。電離輻射和紫外線照射能通過直接攻擊水分子而在水中產(chǎn)生·OH，并能誘導(dǎo)細胞凋亡，如圖9-10所示。H₂O₂在體內(nèi)Fe²⁺分子反應(yīng)生成超氧陰離子O₂^-和H₂O₂，通過對巨噬細胞和單核細胞的研究，Albina等提出NO也是細胞凋亡的誘導(dǎo)劑�？鼓[瘤藥物如阿霉素和順鉑等雖然本身不是自由基，但是它們可以引起ROS的增加；而另一種藥物如Bathionine Sulfoxamine等則能消耗細胞內(nèi)GSH，兩類抗腫瘤藥物能使細胞對多種因素誘導(dǎo)的細胞凋亡更敏感。

圖9-10 氧化誘導(dǎo)細胞凋亡的機制及其調(diào)節(jié)

（源自：陸怡等生物化學與生物物理進展.23（2))

現(xiàn)已報道，有25個癌基因與細胞凋亡有關(guān)。與自由基尤其是氧化關(guān)系最密切的是bcl-2基因，bcl-2基因是人類發(fā)現(xiàn)的第一個死亡抑制基因。已證實，bcl-2基因表達能抑制多種因素（電離輻射、高溫、GSH合成抑制劑、生長因子缺乏)引起的細胞凋亡，其機制不清，Kane等報導(dǎo)，bcl-2的表達并不能增加細胞SOD活性，可能是通過阻斷電子傳遞鏈中ROS的產(chǎn)生，或者起了ROS清除劑的作用而調(diào)節(jié)細胞的氧化還原狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)細胞凋亡。

三、細胞凋亡相關(guān)基因

細胞凋亡相關(guān)基因大致可分為兩大類，即凋亡促進（apoptosis on)基因和凋亡抑制（apoptosis off )基因。它們分別起著促進凋亡和抑制凋亡的作用，彼此之間還存在一定的相互關(guān)聯(lián)。

1．凋亡促進基因

凋亡促進基因有ced-3,4、p⁵³、ICE、Bax、bcl-Xs、TGFβ等。其中ced-3，4是在線蟲索中發(fā)現(xiàn)的，而p⁵³、ICE等存在于哺乳動物中。p⁵³為腫瘤的抑制基因，分為兩型，一型是使細胞周期停止在GI期，抑制細胞繁殖的野生型；另一型是具有突變能力的變異型。野生型p⁵³可誘導(dǎo)易感細胞發(fā)生凋亡。白介素1β轉(zhuǎn)換酶（interlukin 1-β-converting enzyme, ICE),與線蟲細胞凋亡相關(guān)基因ced-3有較高的同源性，具有直接誘導(dǎo)細胞凋亡的作用。Bax和bcl-Xs均為bcl-2基因家族成員，兩者可結(jié)合形成二聚體或異體二聚體，兩者之間的比例決定了細胞的命運。若Bax占多數(shù)，則bcl-2被抑制，誘導(dǎo)細胞死亡；反之，則Bax受到抑制,細胞得以生存。

2．凋亡抑制基因

凋亡抑制基因包括bcl-2、ced-9、bcl-X，其中最主要也是當前研究最多的是bcl-2，bcl-2是癌基因的一種，在人體多種形態(tài)的腫瘤中過度表達，可抑制由多種剌激包括化療和放療引起的細胞凋亡。bcl-2常在淋巴細胞系統(tǒng)（胸腺、脾、淋巴結(jié))和神經(jīng)系統(tǒng)（右腦、中腦，小腦)中表達，抑制該部位的細胞凋亡。淋巴性白血病細胞中bcl-2也是過度表達的。Bcl-X₁也是bcl-2家族成員，是由bcl-X編碼的兩種不同bcl-XmRNA而產(chǎn)生。bcl-X₁有抑制神經(jīng)細胞凋亡的作用。

四、細胞凋亡與脂質(zhì)代謝紊亂的關(guān)系

Forrest等^[3]發(fā)現(xiàn)H₂O₂誘導(dǎo)的細胞凋亡中，讓H₂O₂作用于細胞膜兩h后，用膜保護劑Trolox（VitE類似物)能阻止細胞凋亡的發(fā)生。由于ROS很容易與膜的多聚不飽和脂肪酸（PUFA)和膽固醇反應(yīng)，引起氧化鏈式反應(yīng)，因此膜脂質(zhì)過氧化以后才有DNA損傷、細胞損害。最近Isabelle等^[5]報道，氧化低密度脂蛋白（OxLDL)可誘導(dǎo)細胞凋亡。www.gydjdsj.org.cn/shouyi/

自由基尤其是ROS具有很強的生物活性，很容易與生物大分子反應(yīng)，直接損害或者通過一系列過氧化鏈式反應(yīng)而引起廣泛的生物結(jié)構(gòu)的破壞。為了減少有氧代謝過程中自由基對細胞的損害，細胞內(nèi)有一系列有效的抗氧化防御機制，包括清除ROS的SOD、過氧化氫酶（CAT)，谷胱甘肽過氧化物酶（GSHP_X)、硫氧還原蛋白（phioredoxin)等和阻斷過氧化鏈式反應(yīng)的生育酚、胡羅卜素和抗壞血酸等。通常細胞處于氧化與抗氧化平衡中而維持著正常www.gydjdsj.org.cn/hushi/的功能。一旦氧化與抗氧化作用失衡，細胞的功能將會受到影響，細胞凋亡可能就是這種失衡的結(jié)局之一。

（周翔　鄭芳)