线粒体调控细胞凋亡的相关研究综述

黄兆宇，武睿超，冉江华，刘钧汉，张 黎，郑克谱，李 望，周 焘，张熙冰

(昆明医科大学附属甘美医院肝胆胰血管外科，云南 昆明 650011)

细胞凋亡是指为维持内环境的稳定，由基因调控的细胞自主、有序的死亡，又称程序性细胞死亡[1]。细胞凋亡是一件主动的过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等过程，是为了更好适应生存环境而主动采取的一种死亡过程。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要作用，且凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。因此，有关细胞凋亡过程的研究，已成为生物学及医学研究的一个热点，引起越来越多人关注。

线粒体是一种存在于大多数细胞中的、双层膜包被的细胞器，是细胞中制造能量的主要结构，是细胞进行有氧呼吸的主要场所；此外，线粒体还参与细胞凋亡、信号转导、细胞增殖与细胞代谢等过程。有研究表明，线粒体是细胞凋亡调控的中心。在各种致伤因素作用下可发生线粒体渗透性移位[2]，并最终导致线粒体双层膜之间的蛋白质，如Cytochrome C、凋亡诱导因子[3](AIF)等进入细胞质，启动细胞凋亡程序，引起细胞凋亡[4]。现本文就近年来线粒体诱发细胞凋亡机制的研究进行综述。

1 线粒体外膜通道的形成

1.1线粒体膜通透性转化孔(mPTP)的开放：mPTP是存在于线粒体内外膜之间的一组蛋白复合体，是一种非特异性通道，多数学者认为其是由外膜电压依赖的阴离子通道(VDAC)、内膜腺嘌呤核苷转位蛋白(ANT)以及亲环素D组成[5]。正常情况下，mPTP只允许相对分子质量<1 500的离子自由通过，但在凋亡信号的刺激下，mPTP完全开放，使相对于分子质量>1 500的离子以及可溶性物质非选择性地自由通过，从而打破了内膜的完整性，导致如下后果：①离子平衡紊乱，如钙超载等，从而诱导细胞凋亡。②膜电位去极化，基质肿胀，使膜间蛋白如Cytochrome C、凋亡诱导因子(AIF)等进入细胞质，诱导细胞凋亡。但是也有研究表明：在mPTP未开放的情况下也检测到了Cytochrome C的释放，良性阴离子，如脂酸，促进了mPTP，但是没有检测到去极化的发生[5]。

2 Bcl-2蛋白家族与细胞凋亡

Bcl-2蛋白家族是一个特别的家族，主要位于线粒体、内质网和连续的核周膜上，其成员中有的促进细胞凋亡，如Bdd、Bid、Bax、Bak，有些成员阻止细胞凋亡，如Bcl-2、Bcl-x、Bcl-w。促凋亡蛋白Bax、Bak位于线粒体外膜上，能在此形成释放孔道，导致线粒体膜通透性增强，使膜间隙的可溶性蛋白进入胞质，进而诱发细胞凋亡。在凋亡信号的刺激下，相应的促凋亡蛋白会发生构象改变，形成对应的寡聚体，促凋亡寡聚体会整合到线粒体外模上形成新的孔道允许Cyt C从线粒体释放[6]。有研究也发现Bax或Bax与tBid可促使线粒体膜脂质自身形成释放孔道[7]。

3 线粒体释放的促凋亡物质

3.1Cyt C：正常情况下Cyt C存在于线粒体的膜间隙，参与线粒体呼吸链电子传递。正常情况下Cyt C不能通过线粒体，当受到相应的凋亡信号刺激时才释放到胞质引起细胞凋亡。研究表明，Cyt C是线粒体介导的细胞凋亡途径中的重要因子，在细胞凋亡过程中起着重要的作用[8]。但是Cyt C具体是如何释放的，其机制尚不完全清楚。

3.2凋亡诱导因子(AIF)：AIF是一类存在于线粒体外膜间隙的保守黄素蛋白，具有双重功能：在细胞正常的生理状态下，作为线粒体氧化还原酶参与电子的传递；当调控凋亡时，它就是一种主要的效应蛋白，可直接介导独立于Caspase之外的细胞凋亡途径[9]。当受到凋亡信号刺激时，其被从线粒体中释放出来，然后进入细胞核并独立作用于染色质，在相关酶的催化作用下，引起DNA大规模断离和染色质浓缩，使该细胞发生凋亡[10]。Gregan等认为AIF一旦释放入胞浆，将促进Cyt C的释放[11]，从而加速细胞的凋亡。AIF的释放受抗凋亡蛋白的调节，抗凋亡蛋白能够减少AIF的释放，减缓细胞的凋亡。尽管线粒体释放AIF是不依赖Caspase的，但是有关的研究表明，Caspase能够增强线粒体膜的通透性，从而促进线粒体释放AIF[12]。

3.3Caspase家族：Caspase家族是一组存在于细胞质中、具有类似结构的蛋白酶，其与真核细胞的凋亡密切相关，并参与细胞的生长、分化与凋亡调节。Caspase 在正常情况下以没有活性的前体存在，当受到某些辅助蛋白的刺激时会被激活。Caspase 家族分为三类：凋亡启动因子、凋亡执行因子及炎性介导因子。在细胞凋亡过程中也存在一定的级联放大效应,最终导致细胞凋亡[13]。目前为止，已发现14种Caspase，其中Caspase 9是细胞凋亡的发起者，Caspase 3是细胞凋亡的主要执行者。除此之外，Caspase 6、7、8、10均有促进细胞凋亡的作用。

3.4Smac蛋白：Smac蛋白是存在于线粒体并调节细胞凋亡的蛋白质，其促凋亡作用是通过逆转凋亡抑制蛋白，尤其是X连锁凋亡抑制蛋白的作用实现的。当细胞受到凋亡刺激时，线粒体释放Smac 蛋白 到细胞质中与凋亡抑制蛋白结合，使其丧失抑制Caspase活性的作用，从而促进细胞凋亡。它也是和Cyt C同时释放的一个重要的凋亡因子[14]。

4 小结

综上所述，细胞凋亡是一个很复杂的过程，而线粒体是调控此过程的中心。在未来疾病的治疗中，可以通过干扰线粒体这一中心位点来进行疾病的治疗。因此对它的作用机制做进一步的研究有助于进一步认知细胞凋亡这一过程，且能指导临床疾病的治疗及相关药物的研发。