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細(xì)胞凋亡的過(guò)程

2022.12.16

細(xì)胞凋亡的過(guò)程大致可分為以下幾個(gè)階段：

接受凋亡信號(hào)→凋亡調(diào)控分子間的相互作用→蛋白水解酶的活化（Caspase）→進(jìn)入連續(xù)反應(yīng)過(guò)程

啟動(dòng)階段

細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)是細(xì)胞在感受到相應(yīng)的信號(hào)刺激后胞內(nèi)一系列控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟或關(guān)閉，不同的外界因素啟動(dòng)凋亡的方式不同，所引起的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也不相同，客觀上說(shuō)對(duì)細(xì)胞凋亡過(guò)程中信號(hào)傳遞系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)還是不全面的，比較清楚的通路主要有：

1）細(xì)胞凋亡的膜受體通路：各種外界因素是細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)劑，它們可以通過(guò)不同的信號(hào)傳遞系統(tǒng)傳遞凋亡信號(hào)，引起細(xì)胞凋亡，我們以Fas -FasL為例：

Fas是一種跨膜蛋白，屬于腫瘤壞死因子受體超家族成員，它與FasL結(jié)合可以啟動(dòng)凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)引起細(xì)胞凋亡。它的活化包括一系列步驟：首先配體誘導(dǎo)受體三聚體化，然后在細(xì)胞膜上形成凋亡誘導(dǎo)復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物中包括帶有死亡結(jié)構(gòu)域的Fas相關(guān)蛋白FADD。Fas又稱(chēng)CD95，是由325個(gè)氨基酸組成的受體分子，F(xiàn)as一旦和配體FasL結(jié)合，可通過(guò)Fas分子啟動(dòng)致死性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終引起細(xì)胞一系列特征性變化，使細(xì)胞死亡。Fas作為一種普遍表達(dá)的受體分子，可出現(xiàn)于多種細(xì)胞表面，但FasL的表達(dá)卻有其特點(diǎn)，通常只出現(xiàn)于活化的T細(xì)胞和NK細(xì)胞，因而已被活化的殺傷性免疫細(xì)胞，往往能夠最有效地以凋亡途徑置靶細(xì)胞于死地。Fas分子胞內(nèi)段帶有特殊的死亡結(jié)構(gòu)域（DD,death domain）。三聚化的Fas和FasL結(jié)合后，使三個(gè)Fas分子的死亡結(jié)構(gòu)域相聚成簇，吸引了胞漿中另一種帶有相同死亡結(jié)構(gòu)域的蛋白FADD。FADD是死亡信號(hào)轉(zhuǎn)錄中的一個(gè)連接蛋白，它由兩部分組成：C端（DD結(jié)構(gòu)域）和N端（DED）部分。DD結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)和Fas分子胞內(nèi)段上的DD結(jié)構(gòu)域結(jié)合，該蛋白再以DED連接另一個(gè)帶有DED的后續(xù)成分，由此引起N段DED隨即與無(wú)活性的半胱氨酸蛋白酶8（caspase8）酶原發(fā)生同嗜性交聯(lián)，聚合多個(gè)caspase8的分子，caspase8分子遂由單鏈酶原轉(zhuǎn)成有活性的雙鏈蛋白，進(jìn)而引起隨后的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即Caspases，后者作為酶原而被激活，引起下面的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。細(xì)胞發(fā)生凋亡。因而TNF誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑與此類(lèi)似

2）細(xì)胞色素C釋放和Caspases激活的生物化學(xué)途徑

線(xiàn)粒體是細(xì)胞生命活動(dòng)控制中心，它不僅是細(xì)胞呼吸鏈和氧化磷酸化的中心，而且是細(xì)胞凋亡調(diào)控中心。實(shí)驗(yàn)表明了細(xì)胞色素C從線(xiàn)粒體釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟。釋放到細(xì)胞漿的細(xì)胞色素C在dATP存在的條件下能與凋亡相關(guān)因子1（Apaf-1）結(jié)合，使其形成多聚體，并促使caspase-9與其結(jié)合形成凋亡小體，caspase-9被激活，被激活的caspase-9能激活其它的caspase如caspase-3等，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，線(xiàn)粒體還釋放凋亡誘導(dǎo)因子，如AIF，參與激活caspase?？梢?jiàn)，細(xì)胞凋亡小體的相關(guān)組份存在于正常細(xì)胞的不同部位。促凋亡因子能誘導(dǎo)細(xì)胞色素C釋放和凋亡小體的形成。很顯然，細(xì)胞色素C從線(xiàn)粒體釋放的調(diào)節(jié)是細(xì)胞凋亡分子機(jī)理研究的關(guān)鍵問(wèn)題。多數(shù)凋亡刺激因子通過(guò)線(xiàn)粒體激活細(xì)胞凋亡途經(jīng)。有人認(rèn)為受體介導(dǎo)的凋亡途經(jīng)也有細(xì)胞色素C從線(xiàn)粒體的釋放。如對(duì)Fas應(yīng)答的細(xì)胞中，一類(lèi)細(xì)胞（type1）中含有足夠的胱解酶8 （caspase8）可被死亡受體活化從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。在這類(lèi)細(xì)胞中高表達(dá)Bcl-2并不能抑制Fas誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。在另一類(lèi)細(xì)胞（type2）如肝細(xì)胞中，F(xiàn)as受體介導(dǎo)的胱解酶8活化不能達(dá)到很高的水平。因此這類(lèi)細(xì)胞中的凋亡信號(hào)需要借助凋亡的線(xiàn)粒體途經(jīng)來(lái)放大，而B(niǎo)id -- 一種僅含有BH3結(jié)構(gòu)域的Bcl-2家族蛋白是將凋亡信號(hào)從胱解酶8向線(xiàn)粒體傳遞的信使。

執(zhí)行

盡管凋亡過(guò)程的詳細(xì)機(jī)制尚不完全清楚，但是已經(jīng)確定Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡過(guò)程中是起著必不可少的作用，細(xì)胞凋亡的過(guò)程實(shí)際上是Caspase不可逆有限水解底物的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)過(guò)程，到目前為止，至少已有14種Caspase被發(fā)現(xiàn)，Caspase分子間的同源性很高，結(jié)構(gòu)相似，都是半胱氨酸家族蛋白酶，根據(jù)功能可把Caspase基本分為二類(lèi)：一類(lèi)參與細(xì)胞的加工，如Pro-IL-1β和Pro-IL-1δ，形成有活性的IL-1β和IL-1δ；第二類(lèi)參與細(xì)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端同源區(qū)存在半胱氨酸激活位點(diǎn)，此激活位點(diǎn)結(jié)構(gòu)域?yàn)镼ACR/QG。

2)通常以酶原的形式存在，相對(duì)分子質(zhì)量29000-49000(29-49KD），在受到激活后其內(nèi)部保守的天冬氨酸殘基經(jīng)水解形成大（P20）小（P10）兩個(gè)亞單位，并進(jìn)而形成兩兩組成的有活性的四聚體，其中，每個(gè)P20/P10異二聚體可來(lái)源于同一前體分子也可來(lái)源于兩個(gè)不同的前體分子。

3)末端具有一個(gè)小的或大的原結(jié)構(gòu)域。

參與誘導(dǎo)凋亡的Caspase分成兩大類(lèi)：?jiǎn)?dòng)酶（inititaor）和效應(yīng)酶（effector）它們分別在死亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的上游和下游發(fā)揮作用。

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