Bcl-2家族与内在凋亡诱导通路

互联网2010-12-02

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Bcl-2 家族与内在凋亡诱导通路

1984年，Tsujimoto等从人类B细胞淋巴瘤细胞异位染色体t(14，18)上克隆了Bcl-2基因。染色体重排使位于18号染色体的Bcl-2基因转移到14号染色体的免疫球蛋白重链基因IgH的下游，其基因表达受IgH调控区控制。

作为第一个调控细胞凋亡的癌基因，对Bcl-2功能的研究进一步证实了细胞凋亡在肿瘤发生中的作用。到目前为止，已发现20余种Bcl-2的同源蛋白，称为Bcl-2家族。这一家族成员又依结构功能的不同分为Bcl-2亚族、Bax亚族和BH3结构域亚族。

(一)Bcl-2亚族

Bcl-2是这一亚族的代表。Bcl-2蛋白由羧基端疏水性的跨膜结构域(transmembrane domain，TM)和4个Bcl-2同源结构域(Bcl-2 homology，BH)组成。TM结构域使线粒体定位于细胞内膜上，其中线粒体外膜是Bcl-2存在的主要场所。

失去TM结构域的Bcl-2不具有抑制凋亡的活性，提示Bcl-2的定位对其功能执行至关重要。BH结构域是Bcl-2与其他Bcl-2家族成员或细胞凋亡调控蛋白相互作用的基础，其中BHl和BH2结构域对Bcl-2与Bax之间形成的异二聚体至关重要。

Bcl-2／Bax蛋白在细胞中的比例是决定细胞凋亡敏感性的重要因素之一：Bcl-2水平高于Bax时，细胞对凋亡不敏感，反之细胞易于凋亡。Bcl-Xl。的结构与Bcl-2非常相似，也含有跨膜区和4个BH结构域，但其组织分布与调控方式与Bcl-2略有不同。除了Bcl-2和Bcl-Xl。外，Bcl-2家族还包括Bcl-w、Mc-lA等成员。

(二)Bax家族

Bax和Bak是此家族的重要成员，广泛存在于各种组织。基因敲除实验显示，分别敲除这两个基因对凋亡没有重要影响，但同时敲除它们则会严重抑制多种组织的细胞凋亡。

Bax在健康细胞中以单体形式存在于细胞质内，当受到相关的凋亡信号刺激时会转移到线粒体上，直接或间接地与线粒体通道蛋白作用，引起细胞色素C的释放。Bax蛋白含有疏水的跨膜区和BHl、2、3三个BH结构域。

在正常状态下，TM区被包埋在BHl和BH2结构之内，不能使Bax定位于膜上。当有凋亡信号刺激时，TM区释放，引导Bax蛋白转移到线粒体上。Bax蛋白构象受到上游信号的调控，如P13K／Akt2信号通路激活时会使Bax滞留在细胞质中。

与Bax不同，Bak即使在健康细胞中也是以寡聚体的形式存在于线粒体外膜，但在细胞接受凋亡信号时，构象会发生变化而形成更大的聚合体。Bax和Bak寡聚体可能在线粒体外膜形成孔道结构，引起细胞色素C和AIF等的释放。事实上，纯化的Bax和Bak可引起脂质体内细胞色素C的释放。

也有假说认为，Bax和Bak可以与线粒体膜上的VDAC作用而控制VDAC孔道的打开和关闭，并且调节凋亡因子从线粒体内释放。Bim不能和Bax或Bak形成复合体，可能通过拮抗凋亡蛋白对Bax或Bak的抑制而发挥作用。

(三)BH3-Only亚族

这一亚族成员仅含有一个BH同源结构域，即BH3结构域，包括Bid、Bad和Bim等。BH3-only蛋白本身在无Bax或Bak的情况下不能引起细胞凋亡，因此可能通过为Bax／Bak传递凋亡信号而发挥作用。

细胞中的BH3-only蛋白的活动空间是被严格限制的，如Bim和Bmf通过动力蛋白轻链(dyneinlightchain，DLC)分别固定在微管和肌动蛋白骨架上。基因敲除实验显示，BH3-only蛋白在不同组织器官中发挥作用，如Bid调节Fas抗体引起的肝细胞凋亡，是沟通死亡受体通路和线粒体通路的中介者。

Bid存在于胞质中，可以被caspases-8和caspase-3等水解而活化。活化的Bid从胞质进入到线粒体，诱导细胞色素C的释放，启动凋亡的发生。Bid基因敲除的小鼠肝细胞对Fas和TNF诱导的凋亡产生耐受，但对线粒体凋亡诱导剂仍然敏感。

说明凋亡的诱导可以通过细胞膜产生，也可以通过线粒体直接产生，两者既相互独立，又互有联系。Bad有磷酸化和去磷酸化两种形式。在缺乏生存信号(survival signal)时，Bad以去磷酸化的形式存在。Bad的BH3域可以与Bcl-2家族在线粒外膜结合而使之灭活，从而促进凋亡的发生。

反之，生存因子(survival factor，IL-3)可以使Bad磷酸化而存在于胞质中。Bim主要与细胞内的微管形成复合体，在凋亡早期与微管分离而进入线粒体，具体机制尚不清楚。有研究发现Bim缺乏的小鼠，其免疫系统对凋亡诱导因素不敏感。

此外，BH3-only家族的另一个成员Noxa被发现与p53引导的凋亡调控有关。新近发现另一个基因PUMA(p53 upregulatedmodulatoro{apoptosis)编码两个包含BH3-only的蛋白(PUMA-。和PUMA-p)。该蛋白的表达受p53的诱导，两个蛋白都可以和Bcl-2结合，定位于线粒体的表面，诱导细胞色素C释放，引导凋亡的发生。