死亡受体介导细胞凋亡信号传导途径的研究

1、死亡受体介导细胞凋亡信号传导途径的研究死亡受体介导细胞凋亡信号传导途径的研究季宇彬1,2,宋辉1,2, 邹翔1,2(1. 哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心 药物研究所博士后科研工作站，哈尔滨 150076；2. 国家教育部 抗肿瘤天然药物工程研究中心，哈尔滨 150076)摘要摘要：死亡受体属于肿瘤坏死因子受体(TNFR)超家族成员。目前至少发现有5种死亡受体，分别为 Fas,TNFR1, DR4, DR5,DR3。死亡受体通路是细胞凋亡的重要途径之一。本文综述了死亡受体介导的细 胞凋亡信号传导途径及其调节机制的研究进展。 关键词关键词:死亡受体；信号传导；凋亡Studies on death receptor- mediated signal transduction pathways of cell apoptosisJI Yu-bin1,2,SONG Hui1,2, ZOU Xiang1,2(1. Postdoctal Programme of Institute of Materia Medica of Center of Research and Developmen

2、t on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin, China 150076; 2. Engineering Research Center of Natural Anticancer Drugs, Ministry of Education, Harbin, China, 150076)ABSTRACT: Death receptor is one of the members of tumor necrosis factor receptor (TNFR) superfamily. At present, five death receptors are discovered at least, including Fas,TNFR1, DR4, DR5, DR3. Death receptor is one of the important ways of apoptosis. This paper summarizes research progress on

3、 death receptor- mediated signal transduction pathways and regulatory mechanism of cell apoptosis. KEY WORDS: Death receptor; signal transduction; apoptosis细胞凋亡(apoptosis)是由于内外环境变化或死亡信号触发以及在基因调控下所引起的细胞主动死亡过程，这一过程对消除机体内老化和具有潜在性异常生长的细胞,以及保持机体处于稳态(homeostasis)起着重要的作用。对多细胞生物体的发育、组织稳态、肿瘤监视、免疫系统功能的维持等有重要意义1。细胞凋亡虽可由多种因素启动, 但凋亡的信号转导通路却相当保守，线粒体通路是内在途径, 而死亡受体通路是外在途径。细胞表面特定的死亡受体接受胞外的死亡信号而激活细胞内的凋亡机制, 诱导细胞凋亡 2。死亡受体家族是从属于 TNFR/NGFR超家族的一个亚家族，目前 至少已知的死亡受体家族成员有五个，分别命名为Fas(CD95/APO-1),TNFR1, DR4 (TRAIL-R1,APO-2),

4、 DR5(TRAIL-R2)，DR3(APO-3,TRAMP,LARD,WSL1)3。它们位于细胞膜表面，属于型膜蛋白，具有相似的结构：细胞外有富含2-5个半胱氨酸的重复序列，并具有特异性地与其配体相结合继而诱导凋亡的死亡信号激发域；胞内含有转导细胞凋亡信号必须的死亡功能区（death domain,DD） ，而且各成员的死亡结构域之间具有很高的同源性。对应于Fas和TNFR1的配体分别是FasL和TNF-，这是目前研究的比较清楚的死亡受体及配体4。DR4和DR5对应的配体是TRAIL，DR3的相应配体是APO-3L。死亡配体多数为型跨膜蛋白，属于TNF家族成员，通常以三个亚基形式结合在一起，可同时与三个死亡受体形成寡聚体。它们由胞外区，跨膜区，胞内区组成，被金属蛋白酶剪切可形成可溶性形式5。以下主要介绍死亡受体介导的细胞凋亡信号传导途径及其调节机制的研究进展。1 1 FasFas的信号传导途径的信号传导途径1.11.1 Fas和FasL的分子生物学特点Fas是最典型的死亡受体，Fas蛋白是一种糖基化跨膜蛋白分子, 属于I型跨膜蛋白，分子量45KD，它属于TNF和NGF受体家族。这一家

5、族成员的胞外区域含有36个富含胱氨酸区段,它们的胞外区域相对保守；其配体FasL则是肿瘤坏死因子超家族成员,分子量40KD，属TNF家族,该家族的胞外段约150个氨基酸是保守的。现已证实, Fas系统在介导细胞凋亡过程中可能起着重要的信号传递作用6。它参与人体的重要生理凋亡过程中，如免疫系统中被激活的成熟外周T淋巴细胞的消除；细胞毒T淋巴细胞和NK细胞对肿瘤细胞和病毒感染的细胞的杀伤作用；在一些免疫豁免器官中杀伤炎症细胞。此外，Fas在AIDS，脑缺血再灌注损伤，自身免疫性疾病，癌症，爆发性肝炎，神经退行性病等的发病及治疗上也有十分重要的作用。FasL在人体的分布比较局限，只有睾丸组织基质细胞，角膜，虹膜T和视网膜上皮细胞持续表达7。1.21.2 Fas介导的凋亡信号传导机制1.2.11.2.1 在I型细胞中Fas信号调节机制Fas分子介导的细胞凋亡信号传递是从死亡受体分子的活化开始的。Fas受到其配体FasL或其他激动性抗体激活后，导致3个Fas受体分子相互交联形成三聚体，细胞内的DD聚集成簇，接头蛋白FADD相应的DD与Fas的DD相互交联而被募集，FADD通过N端的DED结合pr

6、o-caspase8的DED，从而募集pro-caspase8并使其进行寡聚化，Fas-FasL-FADD-procaspase8以串联形式组合形成死亡诱导信号传导复合体（death inducing signal complex,DISC）8。DISC中的pro-caspase-8发生自身裂解成熟为有催化活性的形式，并释放其活性亚单位从而直接激活下游效应因子caspase-3,casepase-6和caspase-79。活化的caspase效应酶导致与CAD结合在一起的ICAD呈现出失活状态，从而留下的CAD便可自由发挥DNA核酸酶的作用，细胞出现一系列凋亡现象。这种由于caspase-8的大量活化直接引起caspase级联反应的激活从而诱发细胞凋亡的细胞系称为I型细胞。FLIP即FADD样白细胞介素1-转化酶样抑制蛋白(FADD-like interleukin-1-converting enzyme(FLICE)-like inhibitory protein)是新近发现的凋亡抑制因子，FLIP 蛋白结构上包含两个DED( death effector domains) 区和一个

7、caspase相似区，它能够整合到死亡受体的DISC中10。在Fas-DISC活化caspase-8的过程中，FLIP存在几种结构上类似于caspase-8但缺乏酶活性的异构体11，主要通过可竞争性结合Fas相关死亡结构域蛋白FADD上的DED或与caspase8上的DED抑制Caspase-8的活性来抑制Fas等死亡受体介导的细胞凋亡，由此使DISC丧失介导处理和释放有活性的caspase-8的能力12。研究表明: FLIP的过量表达在肿瘤的发生发展中起重要作用。1.2.21.2.2 在型细胞中Fas信号调节机制在型细胞中，DISC的形成与在I型细胞在不同，其受到强抑制，caspase-8只有小量活化，少量有活性的caspase-8能够剪切促凋亡蛋白分子Bid并转位至线粒体，后加上活化的caspase-8将胞浆中的Bid裂解成两个片段，即15kDa大片段(tBid)和13kDa小片段，tBid移位到线粒体中诱导细胞凋亡，而小片段仍留在细胞浆中 13。tBid从胞浆转运到线粒体，通过BH3结构域与其他Bcl-2家族蛋白作用，诱导细胞色素c释放。当tBid转入线粒体中，Bcl-2家族凋亡

8、诱导蛋白Bax和Bak发生构象改变，形成寡聚体，寡聚的Bax和Bak形成线粒体膜通道，促进凋亡蛋白细胞色素c释放14。此外，tBid还能与抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xl等结合，抑制其阻断Bax和Bak寡聚化作用，促进细胞凋亡改变线粒体的膜电位，促进细胞色素C释放到胞浆中15。在胞浆中，细胞色素C与Apaf1(细胞凋亡相关因子)和pro-caspase-9形成复合体，导致pro-caspase-9自身催化裂解形成有活性的形式，然后激活的caspase-9再活化下游效应酶caspase-3,casepase-6和caspase-716。2 2 TNFR1TNFR1 信号传导途径信号传导途径2.12.1 TNFR1和TNF-的分子生物学特点TNFR1 含有 426 个氨基酸残基, 分子量约为 55KD。大部分细胞表面均有 TNFR1 的表达，在此受体的结构中，胞外区含有 4 个富含半胱氨酸的结构域（cysteine-rich-domain,CRD）,第个 CRD 包含 6 个半胱氨酸，形成 3 对二硫键，CRD 独特的折叠方式决定了 TNF 受体与 TNF- 之间的特异性结合。TNF-是

9、由活化的单核巨噬细胞分泌的一类重要的细胞因子,是天然免疫和特异性免疫的重要介质。因此TNF-的分泌水平也可在一定程度上反映机体的细胞免疫功能。TNF-主要由单核细胞和巨噬细胞产生,此外, T淋巴细胞、中性粒细胞等也可产生。TNF-首先被合成为一种26ku的型跨膜蛋白前体，其C端位于胞内，N端延伸出胞外，TNF-前体的胞外区可被金属蛋白酶切割下来并释放到血液中成为可溶型的细胞因子生理条件下, 无论是跨膜形式TNF-前体还是可溶性TNF-都是以三聚体的形式发挥作用的17。2.22.2 TNFR1介导的凋亡信号传导机制TNF-通过与靶细胞膜上肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor, TNFR)结合, 实现其细胞毒性、抗病毒、免疫调节等生物学功能。TNF与TNFR1结合后可激活转录因子NF-B和AP1, 诱导促炎因子和免疫调节因子的表达。在一些细胞中, TNF也可以通过与TNFR1结合诱导细胞凋亡。但是, 与Fas不同的是TNF只有在蛋白合成被阻断的情况下才可以诱导凋亡, 表明细胞中预先存在的一些细胞因子, 可以抑制TNF产生的凋亡信号。这些抑制蛋白的表达可能是由NF-B和JNKAP-1调控的18。TNF-三聚体与TNFR1相互交联后诱导TNFR1的DD聚集。TNFR1的死亡功能域与衔接蛋白分子TRADD相应的DD区相互作用，从而将TRADD募集到激活的受体分子，与Fas系统不同的是，需要TRADD作为一个衔接平台才能进一步聚集FADD信号分子，接头蛋白FADD再通过其DED区与caspase-8前体相应的DED区相互交联，募集caspase-8前体并进行自我活化，从而启动凋亡的发生19。Fas不能活化NF-B，而TNFR1途径中，衔接平台TRADD募集不同的信号分子决定了细胞生存和死亡两种不同的命运。RIP分子也具有与TRADD相互结合的DD区，一旦TRADD结合的不是FADD而是RIP，便激活了TNFR相关因子（TRAF-2） ，形成TRADD-RIP-TRAF-2复合物，于是通过磷酸化作用激活NF-B诱导激酶（NF-B inducing kinase,NIK） ，继而活化I-B激酶（in

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