细胞凋亡的途径

按照起始caspase的不同，可将哺乳细胞的凋亡分为三种基本的途径。

一种称为外在途径（extrinsic pathway），由细胞表面的死亡受体如Fas和肿瘤坏死因

子受体家族（tumour necrosis factor receptor，TNF-R）引发;

另一种称为内在途径（intrinsic pathway）或线粒体途径（mitochondrial pathway），由许多应激条件、化学治疗试剂和药物所起始（Nicholson, 1999；Denault和Salvesen，2003）;

第三种途径是内质网应激所导致的caspase-12的活化，从而导致凋亡。

细胞凋亡的途径

摘要细胞凋亡是机体维持自身稳定的一种基本生理机制，是有许多基因产物及细胞因子参与的一种有序的细胞自我消亡形式。通过细胞凋亡，机体可消除损伤、衰老与突变的细胞来维持自身的稳态平衡和各种器官及系统的正常功能。由于细胞凋亡是一种复杂的生理及病理现象，所以在其发生的3个阶段中涉及不同的信号转导途径及其调控。

关键词细胞凋亡线粒体内质网caspase家族NO 疾病

细胞凋亡（apoptosis）是一种有序的或程序性的细胞死亡方式，是受基因调控的细胞主动性死亡过程，是细胞核受某些特定信号刺激后进行的正常生理应答反应，然后凋亡的细胞将被吞噬细胞吞噬。经研究发现，不管是单细胞生物还是多细胞生物，细胞凋亡被称为细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）[1]。是因为细胞死亡往往受到细胞内的某种遗传机制决定的“死亡程序”控制的。也会因为它的失调，机体也会失去稳定性，引发人类疾病如肿瘤、免疫系统等疾病[2]。由于它保证多细胞生物的健康生存过程中的重要性，引起了人们对其途径的广泛深入的研究，成为目前生命科学研究的热点之一。但其凋亡的途径不是很清楚，本文从多个方面概述了细胞凋亡途径。

1 细胞凋亡形态学上的特征

细胞凋亡（apoptosis）是1972年由Kerr教授根据形态学特征最先提出的[3],主要强调的是这种细胞凋亡是自然界中的生理学过程，是受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为。

为此，在形态学上把细胞凋亡分为3个阶段[3]：第一个阶段是凋亡的开始。此阶段只是进行数分钟，细胞中所表现的特征是：微绒毛消失，细胞间接触消失，但是质膜保持完整性，线粒体大体完整，核糖体逐渐与内质网脱离，内质网囊腔膨胀，并与质膜发生融合，染色质固缩等等。第二阶段是形成凋亡小体。核染色质发生断裂，形成许多的片段，与一些细胞器聚集在一起，然后被细胞质膜包围，形成凋亡小体。第三阶段是凋亡小体被吞噬细胞所吞噬，而其残留物质被消化后重新使用。细胞凋亡是一个主动性自杀过程，所以它是一个耗能的过程，需要ATP提供能量。其次此过程中质膜保持完整，内含物也不发生外泄。

2 细胞凋亡的基本机制

细胞凋亡的途径复杂，在不同环境、不同细胞或不同刺激的情况下，细胞凋亡的途径是不同的，而且细胞凋亡的信号途径具有多样性，这使得凋亡的发生及调控机制非常复杂。本章将从以下几个方面来说明细胞凋亡途径。

2.1线粒体途径及调控

线粒体为一双层膜围成的囊状结构，外膜与内膜间的空腔称为外室，由内膜包围的腔称为内室或线粒体基质，线粒体外膜通透性较大，而内膜通透性比较小。然而质子泵存在于内膜，它将基质内质子泵输入外室，从而形成横跨线粒体内膜的线粒体跨膜电位。

线粒体跨膜电位的改变与许多的机制有关。Zamzami等[4]报道膜通透性改（permeability transition,PT）的孔位位于线粒体内外膜间，是一种由蛋白质组成的复合体。该复合体由胞质的己糖激酶、外膜的peripheral bermdiazepine receptor (PBR)、电位依赖的阴离子通(voltage —depedentanion channel，VDAC)、外室的肌酸激酶、内膜的腺苷酸转运蛋(adeninenucleotide trans[cx：ator，ANT)及基质的亲环蛋白D(cyelophilin D)组成。通过实验证明，细胞凋亡时，PT孔开放，并且促进PT孔开放的物质可诱导细胞凋亡，而抑制PT孔开放的物质可阻止细胞凋亡。

此外，线粒体跨膜电位改变与Caspase家族也有关系。Caspase是一组存在于细胞质中具体类似结构的蛋白酶。它们的活性位点均包括半胱氨酸残基，能够特异的切割靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。Caspase主要负责的是选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是使靶蛋白活化或失活，并非完全降解。迄今为止，Caspase家族已有15种，其中Caspase-1和11

主要负责白介素前体的活化，不直接参与凋亡信号的传递；Caspase-2，-8，-9，-10，-11主要负责对执行者得前体进行切割，从而产生有活性的执行者；Caspase-3，-6，-7主要负责切割细胞核内、细胞质中的结构蛋白和调节蛋白。目前很多研究表明Caspase-1和3与线粒体跨膜电位之间的关系，可以通过对Fas/APO-1诱导胸腺细胞凋亡研究证实。

通过研究表明：所有动物细胞都具有类似的凋亡机制，蛋白酶Caspase在其中发挥很重要的作用，这种凋亡方式被称为Caspase依赖性的细胞凋亡，近几年来，还发现细胞中还存在Caspase不依赖性的细胞凋亡。在哺乳动物细胞中，Caspase依赖性的细胞凋亡主要通过两条途径引发的：由死亡受体起始的外源途径和线粒体起始的内源途径。凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor,AIF）是1999年克隆的第一个能够诱导Caspase非依赖性细胞凋亡的因子。在凋亡过程中，AIF从线粒体转移到细胞质内，进而进入细胞核，引起核内DNA凝集并断裂形成许多片段。

最后，线粒体跨膜电位改变与Bcl-2有关。Bcl-2家族主要包括抑制凋亡的成员如Bcl-2、Bcl-W、Bcl-Xl等。Bcl-2是线虫抗凋亡蛋白Ced9的同源物。Bcl-2家族成员含有一个或者多个BH结构域，大多存在于线粒体外膜上，或受信号刺激后转移到线粒体外膜上。通过实验证明：Bax与Bcl．Xc调节细胞凋亡是依赖TM结构域．未激活的Bax与Bcl-XL存在于胞浆。Hsu等报道在胸腺细胞凋亡早期，Bax与Bal-XL的分布发生改变，从胞浆移到线粒体膜

Bad因为没有TM结构域而分布于胞浆，与Bax和Bal-XL一样，当H202诱导心肌细胞凋亡