凋亡相關(guān)基因BaxBad和Bcl

1、凋亡相關(guān)基因Bax、Bad和Bcl-2與PTSD勺相關(guān)性肖甄男中國(guó)醫(yī)科大學(xué)93期【摘要】創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)是指由于異常威脅性或?yàn)?zāi)難性心理創(chuàng)傷導(dǎo)致延遲出現(xiàn)和長(zhǎng)期持續(xù)的精神障礙。PTSD1者有強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇反應(yīng)，血中糖皮質(zhì)激素濃度反常低下，下丘腦一垂體一腎上腺軸(HPA)軸調(diào)節(jié)紊亂，激活糖皮質(zhì)激素受體進(jìn)而上調(diào)促凋亡基因Bax,Bad引起海馬神經(jīng)元凋亡，海馬萎縮，體積縮小。從而影響記憶學(xué)習(xí)功能的發(fā)揮，造成不同的記憶損害甚至導(dǎo)致記憶缺失。杏仁核是大腦中的“恐懼中樞”，杏仁核和海馬的功能密切相關(guān)，海馬的功能受杏仁核的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)。PTSD#致凋亡相關(guān)基因Bax和Bcl2比值增大，使杏仁核神經(jīng)元細(xì)

2、胞出現(xiàn)凋亡，杏仁核變稀疏，功能減退。Bcl-2相關(guān)家族在海馬，杏仁核細(xì)胞凋亡中起到了關(guān)鍵性的作用TheRelationshipofApoptosisrelatedGenesBax,BadandBcl-2withPathogenesisofPosttraumaticStressDisorderXIAOZhen-nan(93k,ChinaMedicalUniversity)AbstractPost-traumaticstressdisorder(PTSD)isananxietydisorderthatcandevelopafterexposuretooneormoretraumaticevents

3、threatenedorcausedgravephysicalharmPTSDpatientshaveastrongsenseoffearandstartleresponse,abnormallowbloodglucocorticoidconcentration,disorderedHPAaxis,activationofglucocorticoidreceptorandtheexpressionofapoptosisrelatedgenesBax,Badisdown-regulated.Thesechangescauseneuronalapoptosisinhippocampus,hippo

4、campusatrophy,volumedecreasedandaffecttheexertionofmemoryandlearningfunction，inducingdifferentmemoryimpairmentevenmemorylost.Amygdalanucleusisthebrain's"fearcenter”.Thefunctionofhippocampusiscloselylinkedwithamygdalaandrealizedbytheregulationofamygdala.PTSDincreasestheratioofBax/Bc12andindu

5、cesneuronalapoptosisinamygdala,causingtheamygdalasparseandhypofunction.Bcl-2relatedfamilyplayanimportantroleintheneuronalapoptosisinhippocampusandamygdala.創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(posttraumaticstressdisorder,PTSD)I!指由于災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖事件、交通意外等引起的巨大痛苦或受驚嚇、遭受悲劇導(dǎo)致的精神、身心癥狀的持續(xù)狀態(tài)或焦慮綜合征。是應(yīng)激疾病中最為典型的一種1,嚴(yán)重影響人們的生存質(zhì)量。PTSD1者有強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇反應(yīng)；

6、其血中糖皮質(zhì)激素濃度反常低下，HPA軸調(diào)節(jié)紊亂。在嚴(yán)重創(chuàng)傷應(yīng)激急性期，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)皮質(zhì)邊緣區(qū)，特別是杏仁核、海馬和下丘腦等處短期內(nèi)神經(jīng)可塑性改變，提示這些腦區(qū)可能為CNSZ激應(yīng)答敏感區(qū)。研究表明，PTS改鼠海馬萎縮2,海馬神經(jīng)元發(fā)生凋亡3,杏仁核和海馬的功能密切相關(guān)，海馬的部分功能可由杏仁核的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)4,杏仁核作為邊緣系統(tǒng)中重要的皮質(zhì)下核團(tuán)，在PTSD寸也發(fā)生細(xì)胞凋亡5。杏仁核與海馬神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡可能與PTSD勺發(fā)病密切相關(guān)。1 .細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定而由基因控制的，機(jī)體正常細(xì)胞在受到生理和病理性刺激后出現(xiàn)的一種自發(fā)的，在自身基因調(diào)控下進(jìn)行的一種主動(dòng)死亡，是機(jī)體

7、維持自身穩(wěn)定的一種基本生理機(jī)制。在生理?xiàng)l件下細(xì)胞凋亡主要是作為機(jī)體調(diào)節(jié)細(xì)胞群生長(zhǎng)消亡平衡的重要手段，與細(xì)胞增殖一起維持機(jī)體細(xì)胞群的自身穩(wěn)定。細(xì)胞凋亡與壞死有本質(zhì)的不同，凋亡是一個(gè)有基因表達(dá)的主動(dòng)死亡過程。細(xì)胞凋亡過程受到一系列相關(guān)基因的調(diào)節(jié)和控制：抗凋亡成員(又稱抗凋亡蛋白，antiapoptoticproteins)有Bcl-2、BclxL、Bc1-w、ced-9等，促凋亡成員(又稱凋亡前體蛋白，Proapoptoticproteins)有Bad、Bax、Bak、Bid、Bik、Bim、Bcl-xs等。促凋亡成員又分為兩類：僅含BH3IW源區(qū)域(BH3onlyProreins)的成員，包括B

8、ik,Bid,Bad,Bim,Bm建；含多個(gè)同源區(qū)域(Bcl-2homologydomain,BH)的成員，包括Bax、Bak、Bcl-xs、Mtdo有研究者將凋亡發(fā)生過程分為四個(gè)步驟，即誘導(dǎo)凋亡刺激信號(hào)的出現(xiàn)、凋亡誘導(dǎo)階段、凋亡執(zhí)行階段和細(xì)胞死亡后解體階段。而凋亡基因Bcl-2家族主要在凋亡執(zhí)行階段發(fā)揮作用。2 .凋亡基因Bcl-2家族細(xì)胞凋亡途徑中存在Fas/FasL介導(dǎo)的死亡受體通路7-8和Bcl-2家族調(diào)節(jié)的線粒體通路同。細(xì)胞凋亡過程十分復(fù)雜，涉及不同基因及其產(chǎn)物的調(diào)控和細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)。各種刺激凋亡發(fā)生的因素均可破壞線粒體膜，開放線粒體膜孔道、使跨膜電位下降及滲透性增加，并使線粒體內(nèi)的

9、細(xì)胞色素C(Cyt-c)等凋亡因子外溢而激活細(xì)胞質(zhì)內(nèi)特異性凋亡酶，即半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(caspases),進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。近年來研究表明，Bcl2家族成員的構(gòu)成比例是上述兩種凋亡通路的核心機(jī)制之一，尤其這一家族的2個(gè)代表性成員Bax和Bcl-2,是目前公認(rèn)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡過程中的正、負(fù)調(diào)控劑阿。Bcl-2/Bax基因主要在凋亡執(zhí)行階段發(fā)揮作用，Bax基因與Bcl-2基因同源，二者可形成異二聚體或Bax與自身形成二聚體，通過轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，Bc1-2對(duì)細(xì)胞凋亡具有明顯的抑制作用，而Ba附抗Bc1-2,促進(jìn)細(xì)胞凋亡。因此Bcl-2與Bax的比例決定著細(xì)胞受凋亡因素

10、刺激后的生存與凋亡，一切促進(jìn)或抑制凋亡基因?qū)?xì)胞凋亡的影響最終歸結(jié)為Bax與Bcl2比值的改變。2.1 Bcl-2與BaxBcl2家族成員含有14個(gè)同源結(jié)構(gòu)域，現(xiàn)已至少發(fā)現(xiàn)19個(gè)同源物。根據(jù)蛋白在細(xì)胞凋亡中的功能可將Bcl2基因家族分為兩類：一類是抗凋亡的，如Bcl2、Bclxl、BclWMcl-l;一類是促進(jìn)凋亡的，如Bax、Bak、Bad、Bid、Bim11。其中Bcl2是B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(B-celllymphoma/leukemia-2)的縮寫。定位于人染色體18q21.3,在正常組織中低表達(dá)。1985年,Tsujimoto等【研究濾泡性非霍奇金國(guó)田胞淋巴瘤時(shí)，從其染色體斷裂易

11、位點(diǎn)初克隆而得。Bcl-2是第一個(gè)被確認(rèn)有抑制凋亡作用的基因13,Bc1-2抑制氧自由基的產(chǎn)生或起到抗氧化劑的作用而阻斷細(xì)胞凋亡14。Bcl-2是一種直接調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的線粒體膜蛋白，其CC端含有1個(gè)由l9個(gè)氨基酸組成的疏水跨膜區(qū)，作為信號(hào)錨定序列，負(fù)責(zé)定位和插入到線粒體外膜，抑制細(xì)胞凋亡，其表達(dá)可對(duì)抗細(xì)胞內(nèi)外的氧自由基對(duì)細(xì)胞的毒害與損傷作用，其在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)增強(qiáng)可以抑制或防止多種因素或因子誘發(fā)的細(xì)胞凋亡，延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命，是許多生理或病理凋亡的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)因子。Bax是最早發(fā)現(xiàn)的促凋亡因子，其中21%的氮基酸與Bcl2同源。Bax分子結(jié)構(gòu)中含有類似于抗凋亡成員的疏水C端，然而亞細(xì)胞分級(jí)和免疫組織化學(xué)

12、實(shí)驗(yàn)均表明Bax在正常細(xì)胞中主要定位于細(xì)胞漿。雖然在線粒體上也發(fā)現(xiàn)有部分Bax存在，但Bax分子并非插入線粒體外膜內(nèi)而是附著于線粒體表面15。Bcl-2家族成員復(fù)雜的相互作用通過控制線粒體外膜的透化作用(MOMP而實(shí)現(xiàn)的。Ba/組織器官中的表達(dá)比Bcl-2更加廣泛，主要分布在線粒體外膜上。正常情況Bax位于胞質(zhì)，在凋亡信號(hào)誘導(dǎo)下，胞質(zhì)內(nèi)的Bax接到死亡信息使其構(gòu)象發(fā)生改變，由胞質(zhì)移位并插入到線粒體膜中，并在此形成微孔結(jié)構(gòu)的低聚物Bax-Bax同源二聚體，然后激動(dòng)MOMP,開啟線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔引起線粒體跨膜電位下降，釋放凋亡前因子包括細(xì)胞色素C、omi/htra2、Smac/DIABLO口核酸

13、內(nèi)切酶G釋放的細(xì)胞色素?zé)岬蛲龅鞍谆罨蜃?apoptosisproteinaseactivatingfactor-1,Apaf-1)、dAT吸c(diǎn)aspase-9前體結(jié)合形成凋亡小體而發(fā)生凋亡17-19Bcl-2存在于線粒體外膜，其表達(dá)可競(jìng)爭(zhēng)性地與Bax蛋白結(jié)合，形成比Bax/Bax同源二聚體更穩(wěn)定的Bax/Bcl-2異源二聚體，從而“中和"Bax/Bax誘導(dǎo)凋亡的作用，終止細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Oltvaietal20認(rèn)為，決定細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵因素是抑制與促進(jìn)二者間的比率，Bc1-2、Bax分別是凋亡抑制和促進(jìn)因子，其比值與細(xì)胞凋亡的發(fā)生直接相關(guān)，如二者表達(dá)量平衡則細(xì)胞生存期正常；當(dāng)Bcl-

14、2表達(dá)量較高時(shí)，形成異源二聚體Bcl2/Bax,抑制細(xì)胞凋亡；當(dāng)Bax表達(dá)量較高時(shí)，形成同源二聚體Bax/Bax,通過抑制Bcl-2的抗凋亡作用而促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生1211o因此有學(xué)者將Bc1-2和Bax的比值稱作“凋亡開關(guān)”1221oBadBad®因首先從鼠的cDNAC庫(kù)中克隆鑒定出，其后又克隆出人的同源基因，由Yang等于1995年發(fā)現(xiàn)，其編碼一個(gè)含204個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。雙雜交和序列分析發(fā)現(xiàn)，Bad可與Bc1-2和Bcl-xL結(jié)合形成異源二聚體，具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡作用，故名Bad(Bcl-xL/Bcl-2associateddeathpromoter)。BadB離于胞漿而不是固定

15、于線粒體外膜，不含信號(hào)錨定蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它接受多種細(xì)胞外傳入的信號(hào)，并傳遞到線粒體外膜與其他Bcl-2家族成員相互作用，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)或凋亡1231oBad在內(nèi)源性線粒體凋亡途徑中發(fā)揮了中樞作用24-26凋亡信號(hào)和藥物處理信號(hào)都由Bad整理并轉(zhuǎn)呈至線粒體外膜，藉此觸發(fā)caspase依賴性凋亡進(jìn)程127-291oBad三個(gè)磷酸化部位在Ser112、Set136和Ser15”30-321,線粒體相關(guān)蛋白激酶(mitochondriaassociatedproteinkinase,PKA)、RaL絲裂原激活的蛋白激酶(Ras-mitogen-activatedproteinkinase,R

16、SK)及P21激活的蛋白激酶(P21activatedkinase1,PAK1)誘導(dǎo)Ser112磷酸化；PAKl或AT書賴的酪氨酸激酶AKT(又稱蛋白激酶B)誘導(dǎo)Set136磷酸化；RS娥PKA誘導(dǎo)Ser155磷酸化。在生理狀態(tài)下，磷酸化的Bad與伴侶蛋白14-3-3結(jié)合，干擾了BadBcl一城Bc1-xL的結(jié)合從而抑制細(xì)胞凋亡。接受凋亡信號(hào)刺激后，鈣調(diào)磷酸酶等誘導(dǎo)Bad去磷酸化，Ba政生構(gòu)象變化并自轉(zhuǎn)位至線粒體外膜。去磷酸化Bad強(qiáng)烈干擾Bcl-xL-Bax聚合物的穩(wěn)定性，將Bax從中置換出來。解離后的Bax作用于線粒體外膜形成通透性改變孔道，導(dǎo)致線粒體膜電位變化和Cyt-c、AIF外流,B

17、ax結(jié)合Apaf-1并與ATPprocaspase-9、Cyt-c一起形成凋亡體，觸發(fā)整個(gè)凋亡事件的發(fā)生。Bad可以說是Bcl-2/Bax和Bcl-xL/Bax異二聚體的負(fù)調(diào)控基因，依靠自身的強(qiáng)結(jié)合力，以濃度依賴性方式替換Bcl-2/Bax,Bcl-xl/Bax二聚體中的Bax,使BaxB離后成為二聚體而促進(jìn)凋亡，當(dāng)一細(xì)胞系所有細(xì)胞中的Bax同源二聚體含量80%,再加上適當(dāng)?shù)男盘?hào)誘導(dǎo)，細(xì)胞就出現(xiàn)凋亡33,這表明Bad!過調(diào)節(jié)Bax同二聚體與異二聚體的比值介導(dǎo)凋亡。2.2 caspase細(xì)胞凋亡后期的共同途徑是半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(caspases)的激活。caspases直接參與了凋亡

18、早期啟動(dòng)、凋亡信號(hào)的傳遞以及凋亡晚期作用于不同凋亡底物(主要是一些DNA酶和一些細(xì)胞骨架蛋白)并產(chǎn)生細(xì)胞皺縮、核分裂、DNA斷裂等等凋亡特征現(xiàn)象。caspases處于凋亡誘導(dǎo)信號(hào)傳遞、caspases級(jí)聯(lián)反應(yīng)、下游效應(yīng)因子作用這一凋亡過程的中心位置。當(dāng)?shù)蛲銎鹗夹盘?hào)作用于線粒體后，引起線粒體釋放細(xì)胞色素C(Cyt-c),接著Cyt-c與凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)結(jié)合并使Apaf-1改變構(gòu)象形成八聚體，后者與caspase9結(jié)合并誘導(dǎo)其發(fā)生自我催化，活化的caspase9進(jìn)一步激活下游的caspase,使級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步放大。因此，caspase-9是細(xì)胞線粒體依賴的凋亡途徑中重要起始因子

19、而caspase-3被證明是凋亡的關(guān)鍵執(zhí)行者，激活的caspase3能裂解大量底物使細(xì)胞凋亡。3 .凋亡基因與PTSD創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)是指由于異常威脅性或?yàn)?zāi)難性心理創(chuàng)傷導(dǎo)致延遲出現(xiàn)和長(zhǎng)期持續(xù)的精神障礙。PTS述者有強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇反應(yīng)。其特征性的癥狀為病理性重現(xiàn)創(chuàng)傷體驗(yàn)、持續(xù)性警覺增高、持續(xù)性回避、對(duì)創(chuàng)傷性經(jīng)歷的選擇性遺忘等的臨床精神癥狀.是應(yīng)激疾病中最為典型的一種，,嚴(yán)重影響人們的生存質(zhì)量。海馬，杏仁核的損傷有PTSD勺發(fā)生有著緊密的關(guān)系。海馬富含各種信使受體，是應(yīng)激激素作用的一個(gè)靶區(qū)，因此是調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)并受應(yīng)激影響最重要的腦部結(jié)構(gòu)之一。海馬是大腦的重要結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)和記憶功能以及調(diào)

20、節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌和自主神經(jīng)活動(dòng)中起重要作用。Bremner等】。用磁共振測(cè)量了26例診斷為PTS迎戰(zhàn)老兵的海馬體積，發(fā)現(xiàn)患者右側(cè)海馬體積較對(duì)照組縮小8%,而其他腦區(qū)體積未發(fā)現(xiàn)差異。在創(chuàng)傷性應(yīng)激反應(yīng)中海馬的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，主要表現(xiàn)：海馬體積縮小陶、功能減退網(wǎng)。李曉明等人的前期研究發(fā)現(xiàn)，PTS醉大鼠海馬萎縮是由于海馬神經(jīng)元發(fā)生凋亡，PTSD大鼠海馬神經(jīng)元凋亡細(xì)胞數(shù)量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增多，于SPSM激后7d達(dá)高峰；Bcl-2蛋白于SP洲激后4d達(dá)高峰；Ba婿白于SP喇激后7d達(dá)高峰，之后逐漸下降。8&-2/82*的比值于SPSJ激后一過性增加，以后隨時(shí)間延長(zhǎng)比值下降。由此我們推測(cè)，B

21、c1-2和Bax蛋白含量增加以及兩者比值失衡可能是導(dǎo)致PTSD：鼠海馬神經(jīng)元發(fā)生凋亡的機(jī)制之一。杏仁核是邊緣系統(tǒng)中重要的皮質(zhì)下核團(tuán)，主司恐懼，位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）皮質(zhì)邊緣區(qū)，其功能和應(yīng)激關(guān)系密切，因此杏仁核在PTSD勺發(fā)病中可能起重要作用即。有研究報(bào)道PTSD杏仁核體積變小，杏仁核的變化與PTS%狀的嚴(yán)重程度成正相關(guān)38。丁金蘭等人通過大鼠PTSD-SPSM型研究表明大PTSD-SP赤,Bax、Bcl2表達(dá)均增強(qiáng)，Bax/Bcl-2比值升高，超微結(jié)構(gòu)改變網(wǎng)，PTS僅鼠杏仁核細(xì)胞凋亡率升高，杏仁核神經(jīng)元發(fā)生了凋亡，杏仁核神經(jīng)元凋亡導(dǎo)致杏仁核功能異常40,41。以上資料表明，凋亡相關(guān)基因Ba

22、x,Bad,Bcl-2等家族參與了PTSD勺發(fā)生，在誘導(dǎo)海馬，杏仁核神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，引起實(shí)質(zhì)萎縮，功能減退并進(jìn)一步導(dǎo)致患者產(chǎn)生強(qiáng)烈的恐懼和驚嚇反應(yīng)，持續(xù)性警覺增高，對(duì)創(chuàng)傷性經(jīng)歷的選擇性遺忘等臨床精神癥狀中，Bax,Bad的上調(diào)和Bcl-2的下調(diào)起到了關(guān)鍵性的作用。1 .VanitallieTB.Stress:ariskfactorforseriousillnessJ.Metabolism,2002,51(6):40-45.2 LindauerRJ,VliegerEJ,JalinkMeta1.Effectsofpsychotherapyonhippocampalvolumeinoutpatien

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