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域的熱門課題。

二、細胞凋亡與自由基作用的關系

眾所周知，氧化還原反應是人體內(nèi)最為廣泛和重要的化學反應，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中的重要成分。ROS與衰老密切相關，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能誘導細胞凋亡，細胞對TNF的敏感性還與SOD的降低有關，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，并能誘導細胞凋亡，如圖9-10所示。H₂O₂在體內(nèi)Fe²⁺分子反應生成超氧陰離子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的細胞凋亡更敏感。

圖9-10 氧化誘導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。與自由基尤其是氧化關系最密切的是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，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、細胞凋亡相關基因

細胞凋亡相關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基因ced-3有較高的同源性，具有直接誘導細胞凋亡的作用。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)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)代謝紊亂的關系

Forrest等^[3]發(fā)現(xiàn)H₂O₂誘導的細胞凋亡中，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，引起氧化鏈式反應，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)可誘導細胞凋亡。m.payment-defi.com/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，直接損害或者通過一系列過氧化鏈式反應而引起廣泛的生物結構的破壞。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m.payment-defi.com/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局之一。

（周翔　鄭芳)