遗传毒物与细胞死亡.docVIP

p178 第七章 遗传毒物与细胞死亡 细胞死亡是细胞对内外环境不利或有害因素的一个最悲剧性反应。遗传毒物也可通 过各种途径引起细胞死亡。近年来对细胞死亡特别是凋亡发生机制的研究发展非常迅 速。已有可能对细胞凋亡的发生进行干预，成为控制病理状态甚至疾病发生发展的一种 可选择的手段。本章将首先对细胞死亡，特别对细胞凋亡的基本概念作一介绍，然后阐述 遗传毒物诱发细胞凋亡的主要信号通路，最后对确认细胞凋亡的技术进行简要的评述。 第一节 细胞凋亡和非凋亡性死亡 高等生物的细胞死亡有两种形式，细胞凋亡(apoptoti cell death)和非凋亡性细胞死亡 non-apopototic cell death。细胞的非凋亡性死亡，即细胞坏死(necrosis)是由于有害刺激或 细胞内环境的严重紊乱导致细胞急剧死亡。其特征是细胞膜通透性增加，大量水分进入 细胞，细胞因肿胀而破裂，细胞内容物释放而诱发进一步的损伤和炎症反应。因此细胞非 凋亡性死亡又称为细胞的意外死亡( accidental cell death)。细胞凋亡(apoptosis)曾被称 为细胞程序性死亡( programmed cell death，PCD)则是由于细胞内外因子诱发了细胞内一 个特殊的蛋白酶级联反应而发生的有序死亡。apoptosis出自希腊语，指细胞的死亡犹如 秋天树叶的凋落。细胞凋亡形态学上表现为细胞皱缩、染色质浓缩和出现凋亡小体。凋 亡小体具有完整的膜结构，内含部分胞质、细胞器和破碎的细胞核成分，形成的凋亡小体 由邻近的正常细胞或吞噬细胞清除，其内容物不会因外泄而引起炎症反应。在细胞凋亡 的最后阶段，核小体连接部的DNA会被核酸内切酶降解成不同倍数的180～200bp左右 的寡核苷酸片段。在琼脂糖凝胶电泳上呈现梯型图式(ladder pattern)，是凋亡细胞常出 现的一种相对特征的表现。有关细胞凋亡和细胞坏死的比较，见表7 -1。 表7-1 细胞凋亡和细胞坏死的比较 特征 细胞凋亡 细胞坏死 定义 在形态学上表现为细胞皱缩，核碎 裂、胞浆生芽和形成凋亡小体 为病理性袭击的结果，质膜的完整性突然消 失、膜电化学梯度消失和细胞内容物释出 诱发刺激 生理性或病理性 病理性 形态表现 成泡 有（细胞器呈泡状） 有（无细胞器呈泡状） 质膜完整性 保持 破损 细胞大小 缩小——细胞皱缩和形成凋亡小体 增大——细胞肿胀并溶解 炎症反应 无 有 细胞内容释出 不 是 生化表现 大分子（蛋白质）合成 有些情况下必需 非必需 基因表达 有些情况下必需 非随机裂解为50、300kb，随后再裂 非必需 DNA裂解 解为180bp为倍数的碎片（大小由涉及的核小体数决定） 随机裂解 调控 高度受控 不受调控 半胱天冬酶级联反应 必需 非必需 p179 细胞凋亡可在各种异常情况下发生，细胞处于不利生长环境如培养细胞遭遇血清和 其他生长因子的剥夺，细胞遭遇温度、pH和渗透压改变等应激状态，以及细胞遭遇各种类 型的打击，如DNA损伤、线粒体损伤、病原体感染或恶性转化都可通过诱发细胞凋亡以 除去不健康的细胞；凋亡也见于生理条件下，在胚胎发育和变态过程(metamorphosis)中 的，以及内分泌依存性组织的萎缩和细胞死亡及正常组织更新中的细胞死亡都由凋亡过 程中介。如在胚胎发育过程中，手形成时除去指间空隙中的细胞；受体基因未经重排的， 以及可识别自身组织的胸腺细胞也通过凋亡而除去；在成体动物，衰老细胞也必需除去代 之以新生细胞以维持其稳态[1～5]。 第二节细胞凋亡概论[6～13] 一、细胞凋亡执行器与蛋白酶半胱天冬酶级联反应 凋亡过程的执行器(executor)为细胞的蛋白酶，不论何种因素诱发的细胞凋亡，虽其 具体的信号通路有别，但最终无例外都是激发以蛋白酶组成的级联反应这个中心环节。 其早期证据来自细胞毒T细胞和自然杀伤细胞胞浆颗粒组分中发现的穿孔素(perforin) 及一系列蛋白酶。蛋白酶中的颗粒酶8与断裂素一2(granzyme B／fragmentin 2)有独特 特性，它可裂解天冬氨酸残基。靶细胞接触穿孔素和颗粒酶8的纯制品就足以诱发细胞 凋亡。蛋白酶在细胞凋亡调节过程中处于中心位置的直接证据来自对秀丽新小杆线虫 (Caenorhabditis elegans)发育过程中发生的细胞死亡的研究。在线虫的l5个死亡相关基 因中，ced一3，ced一4是指令死亡基因，而ced一9是抑制c