Fas/FasL系统介导的细胞凋亡与病毒性心肌炎

范柳芳,陈金水,吴天敏

病毒性心肌炎(viral myocarditis,VMC)是指嗜心性病毒感染引起的心肌非特异性间质性炎症为主要病变的心肌炎。其感染的病毒有二十余种,Coxsaekie病毒(CVB3m)、腺病毒、疱疹病毒最常见,Coxsaekie病毒中以B组I型～V型为主。对病毒引起的心肌细胞病理改变及机制的探讨一直是该领域的研究热点[1]。近年来,由病毒性心肌炎所致的心源性猝死有上升趋势,VMC多发于儿童和青壮年,往往年龄越小,病情越严重。它是造成新生儿死亡的重要病因,更是引起青壮年扩张性心肌病的主要诱因。因此明确VMC的发病机制是该领域的研究热点。目前认为,主要为T细胞介导免疫反应及病毒的直接侵犯[2],近年来,学者通过对心肌炎病人的心肌活检和动物实验证实细胞凋亡是造成病毒性心肌炎心肌损伤的重要原因。1994年Kawano等[3]首先在1例慢性心肌炎的心肌标本中观察到许多凋亡的心肌细胞 ,结果提示凋亡可能是心肌炎心肌损害的机制之一。另外,Debiasi等[4]也发现VMC心肌损伤与心肌细胞凋亡有关。随着人们对细胞凋亡在VMC中作用的认识,与凋亡有密切关系的Fas受体的作用也引起了研究者的兴趣。1999年,Nagata阐明了Fas/FasL系统介导细胞凋亡的效应机制。近年来研究认为细胞介导的细胞毒作用是病毒性心肌炎心肌损伤的主要原因,而Fas/FasL途径是其致靶细胞损伤的途径之一。Fas/FasL系统是近年来细胞凋亡研究中最有意义的发现。本文就Fas/FasL系统的生物特性及其介导的细胞凋亡在VMC中作用做一综述。

1 细胞凋亡

细胞凋亡的概念是1972年由澳大利亚物理学家Kerr等[5]首先提出,是细胞在一定的生理或病理条件下,遵循自身的程序,自己结束其生命的过程,最后细胞脱落离体或裂解为若干凋亡小体,被其他细胞吞噬。细胞死亡形式包括细胞凋亡及细胞坏死,但谁占主导地位,目前尚有争议,有待于进一步深入研究。现在很多情况下,细胞凋亡亦称为程序化细胞死亡(programmed cell death,PCD),有着独特的有别于细胞坏死的形态学和生物学特点。无论是个体发育、机体内环境的稳定,还是疾病的发生发展,均有细胞凋亡的参与。通过细胞凋亡可清除生物体内发育不正常的、对机体有害的细胞;清除衰老的细胞并代之以新生的细胞;清除体内癌前病变细胞,防止癌变。机体细胞凋亡的有关机制非常复杂,尚未完全清楚,细胞内复杂的信号系统精细的调控着细胞凋亡过程,包括促凋亡基因Fas、Bax、C-myc、p53、C-fos和抑凋亡基因 Bcl-2等。Fas在各种疾病和细胞凋亡的发生中起到首要作用,为近年来研究较多的凋亡调控基因之一。细胞凋亡的信号传导途径包括:①死亡受体传导途径,传导的信号有:肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、FasL等称死亡信号;②线粒体途径,传导的信号包括辐射损伤、某些化学药物如氧化砷等。其中死亡信号的受体属于肿瘤坏死因子受体超家族,包括Fas受体(CD95)、肿瘤坏死因子受体1(TNFR1/DR1)、死亡受体(DR)3、DR6等,它们的胞内区都含有约80个氨基酸构成的死亡域(death domain,DD)[6,7]。目前研究较多的是Fas受体。研究发现Fas系统是引起细胞凋亡的主要途径之一。

2 Fas/FasL系统

Fas抗原及Fas配体(FasL)是介导细胞凋亡的一对膜蛋白。Fas的英文全称为Factor associated suicide,即自杀相关因子,是1989年美、日两个研究小组在各自的研究中从小鼠中分离出的对人体细胞系有溶细胞作用的抗体,他们把被抗体识别的细胞表面蛋白分别称为Apo-1和Fas[8,9]。1993年在波士顿第五届人白细胞分型国际会议上将其命名为CD95。Fas(Apo-1或CD95)是一种调节细胞凋亡Ⅰ型跨膜糖受体,在结构和功能上属于肿瘤坏死因子受体和神经生长因子受体(NGFR)的家族成员,它广泛分布于心、肝、肺、肾等器官以及各种上皮细胞和激活的淋巴细胞上,具有325个氨基酸,其相对分子质量为45 kDa,它与细胞上的某些分子交联可诱导细胞凋亡的发生[10,11]。

Fas分胞外区、跨膜区和胞浆区、胞外区为N端含有3个高度保守,并呈周期性排列,富含半胱氨酸的亚区,这些半胱氨酸重复序列可作为相应配体的识别位点,当这些位点发生改变时,可阻碍Fas和FasL的结合。在Fas胞浆区即C端中部有一个由60个～70个氨基酸构成的信号传导区,与传递死亡信号有关,称为死亡结构域,同时在C末端有信号传递抑制区,若与Fas相关蛋白(FAP21)结合,可抑制 Fas信号传递,终止 Fas介导的凋亡。Fas抗原有两种形式:膜型 Fas(mFas)和可溶性(sFas)。近年来发现的sFas与mFas的区别仅在于跨膜区的丢失,sFas与mFas竞争地与FasL结合,但并不介导细胞凋亡[12]。

FasL是Fas的天然配体,属于肿瘤坏死因子家庭成员,其编码的基因位于人的第1号染色体上,为TNF同源的Ⅱ型穿膜蛋白,主要表达活化的成熟T淋巴细胞,T淋巴细胞受到抗原刺激或在IL-2存在时,其表面迅速被诱导出FasL[13]。FasL胞浆区为N末端,缺乏信号传导区,而胞外区与Fas表达阳性细胞结合,可诱导该细胞凋亡。FasL在细胞膜金属蛋白激酶作用下可发生蛋白分解,从细胞膜上脱落,形成可溶性FasL,一般以三聚体的形式存在[14]。sFasL三体能与1个Fas单体结合,也能与3个Fas单体交叉联结[15]。研究提示细胞膜表面FasL蛋白阳性的细胞可与表达Fas蛋白阳性的细胞相互作用,将死亡信号传递给蛋白阳性细胞并激活此细胞的凋亡程序而诱发细胞凋亡[16]。

3 病毒性心肌炎中Fas/FasL系统的表达

细胞凋亡是VMC心肌损伤的原因之一,Fas/FasL系统参与其分子调控,经Fas系统介导的心肌细胞凋亡在病毒性心肌炎发生、发展过程中起重要作用。

国外[17-19]许多研究发现VMC存在心肌细胞凋亡,细胞毒T淋巴细胞(CTL)可通过Fas/FasL路径导致心肌细胞凋亡,Fas/FasL系统参与了VMC的发病。Saraste等[20]研究提示CVB3感染的心肌细胞,与正常对照组比较,细胞凋亡显著增加,高峰出现在感染后5 d,细胞凋亡率平均为0.17%,心肌细胞的凋亡数量与心肌中CVB3感染滴度有关。

国内研究发现[21],Fas/FasL蛋白表达的分布与心肌细胞凋亡的分布趋势一致,显示了Fas/FasL蛋白表达与心肌细胞凋亡之间的密切关系,表明Fas/FasL在病毒性心肌炎心肌细胞凋亡中有重要意义。韩波等[22]的实验研究显示:在VMC中Fas蛋白及FasL蛋白的表达明显增加,细胞凋亡也增加,心肌浸润细胞存在Fas/FasL介导的细胞凋亡。FasL蛋白的表达与心肌病变密切相关,表明Fas/FasL系统参与了VMC的发病机制。常红等[23]的实验研究提示:经 Fas/FasL途径介导的心肌细胞凋亡可能是CTL导致病毒性心肌炎心肌损伤的重要机制之一。

在VMC的发病和进展过程中,CT L起着十分重要的作用。通过CTL对受染心肌细胞的杀伤可清除心肌细胞内的病毒,降低心肌内病毒滴度,但同时引起强烈的心肌炎症反应,是造成心肌细胞损伤的重要原因。细胞介导的细胞毒作用主要通过两方面的作用杀伤靶细胞,一是通过穿孔素与颗粒酶的作用,细胞凋亡;二是通过Fas、FasL作用诱导细胞凋亡。研究表明,VMC中心肌细胞浸润的 CTL包括CD4+和CD8+,而 CD4+T细胞,往往通过Fas/FasL显示其CTL的启动杀伤活性。CD8+T细胞则通过Fas/FasL和穿孔素-颗粒酶两种方式显示其CT L活性[23]。Fas/FasL介导细胞毒作用在VMC发病和发展过程中可能涉及两方面:激活的CT L一方面可杀伤病毒感染的心肌细胞以终止病毒感染;另一方面CTL通过Fas/FasL诱导其自身凋亡,控制其介导的细胞毒作用而不至于对心肌造成持续损害[24]。

关于Fas/FasL诱导细胞凋亡的调控途径。目前比较倾向于FasL与Fas结合导致Fas胞内的死亡区形成三聚体的活化形式,随后引起与之结合的FADD(Fas死亡区结合蛋白)构象发生改变,FADD再与FLICE(caspases家族的蛋白酶前体)结合后导致后者的活化并裂解,其裂解产物P10和P20亚基形成异聚体后即成为有活性的半胱氨酸蛋白酶,从而启动caspases相关蛋白酶级联反应,最终导致细胞凋亡[25]。

4 凋亡调控与病毒性心肌炎防治的前景

尽管近年对VM C的研究已深入到分子水平,但其具体的发病机制仍不十分清楚。在病毒性心肌炎中,柯萨奇B病毒通过何种方式促进细胞凋亡,有待于深入研究。研究已表明Fas/FasL介导的细胞凋亡参与了病毒性心肌炎的发生、发展,但是否为主要机制尚不明确,其分子机制尚需进一步研究。在此基础上,研究针对性药物,将为临床上治疗病毒性心肌炎的开辟一条新的途径。国内外临床上对于VMC均采用免疫抑制剂、干扰素和心肌细胞营养剂等传统的治疗方法。虽然这些治疗方法能改善VM C的临床症状,并有效地减少其病死率,但副作用大,复发率高是其弊端。寻求具有高度特异性且副反应较小的治疗方法成为目前VM C研究的方向。中药及其复方制剂在这方面具有独特的优势。目前这方面文献报道甚少,研究提示[21,26]心肌康、心康液可减少慢性期VMC小鼠心肌细胞凋亡的作用,其减少心肌细胞凋亡的机制可能是下调Fas/Fas L蛋白的表达,减弱凋亡的信号转导,起到保护心肌细胞的作用。加强中药及复方制剂对病毒性心肌炎心肌细胞Fas/Fas L蛋白表达影响的实验研究将有利于将动物实验运用于临床,为临床提供理论基础和实验依据。同时将促进中医中药的进一步发展。

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