细胞凋亡与胚胎食管发育的相关性研究

钱庆华(综述)，刘学红(审校)

(绍兴文理学院医学院，浙江绍兴312000)

细胞凋亡和增殖在胚胎发育中受各种凋亡基因的调节与控制，如 Bcl-2、Bax、p53、热休克蛋白 70(heat shock proteins，HSP70)等。尤其在消化道的发育过程中，细胞凋亡对消化道形态结构的发生起到了至关重要的作用。因此，研究细胞凋亡有助于胚胎食管发育机制的阐明和先天食管畸形的预防。同时早期胚胎发育与肿瘤的发育有相似性，其主要集中在基因和蛋白质水平［1］。因此，对胚胎食管发育机制的阐明及对食管肿瘤的治疗也有重要的意义。

1 凋亡基因在胚胎食管发育过程中的作用

胚胎发育过程中细胞增殖和凋亡受各种生长因子或相关基因的调控。食管的发育过程中，细胞凋亡对食管形态结构的发生起到了至关重要的作用。目前已有一些作者对凋亡蛋白 Bcl-2、Bax、HSP70、p53等进行了相关性的研究。

1.1 Bcl-2 家族

1.1.1 Bcl-2家族成员及作用 Bcl-2家族被认为与细胞凋亡有重要关系，根据其在细胞凋亡调控中的不同作用分为两大类:①是抗凋亡蛋白，主要包括Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-L等;②是促凋亡蛋白，主要包括Bax、Bak、Bok 等［2］。Bcl-2 作为抗凋亡蛋白的重要一员，最早是从B细胞淋巴瘤染色体14和18易位断裂点 t(14∶18)中分离得到的［3］。Bcl-2 通过编码Bcl-2蛋白发挥作用，从而抑制细胞凋亡基因。Bax与Bcl-2序列有21%的同源性，但主要作用为促进细胞凋亡，Bax和Bcl-2相辅相成，共同表达以调整细胞凋亡。

1.1.2 Bcl-2家族与胚胎发育的关系 Novack等［4］报道Bcl-2在小鼠早期胚胎发育各个组织中均有表达，但在成熟后表达受限制。在胚胎食管中的研究发现，随着胎龄的增加，Bcl-2在食管中的表达逐渐增强［5］。在胚胎发育过程中，Bcl-2参与细胞凋亡过程的作用机制复杂。Arnaud等［6］在斑驴中发现一种与Bcl-2有关的细胞凋亡蛋白，称作Nrz。Nrz主要在原肠形成和体节发生的时候表达，剔除Nrz会使斑驴胚胎体节改变，即与细胞凋亡增加有关。此外在胚胎发育的早期，剔除Nrz会使锌指转录因子Snail超家族成员Snail-1的表达增加。此时Nrz的作用通过表达Snail-1来实现，而与细胞凋亡无关。前期研究表明Bax在食管胚胎发育早期呈弱阳性，且随着胎龄的增加表达逐渐减弱，显示Bax在胚胎发育中起到促进细胞凋亡的作用。Winseck等［7］报道在缺少Bax的胚鼠中，神经鞘细胞程序性死亡依然发生，而在缺少运动神经元细胞程序性凋亡的Bax剔除胚鼠中，神经鞘细胞程序性死亡减少，说明对于Bax介导的细胞程序性凋亡是复杂多变的，对其机制的了解还不是很清楚。

1.2 HSP70

1.2.1 HSP70的结构及作用 HSP70又称为热休克蛋白，由热休克应激引起转录合成的一种蛋白质。人类HSP70家族具有显著的差异，其差异主要来自高表达基因HSPA8复杂多变的复制和反转录。HSP70根据氨基酸的一级结构可分为3个功能区:①相对分子质量为44×103的氨基酸序列组成的三磷酸腺苷酶活性区;②相对分子质量为18×103的氨基酸序列组成的多肽结合区;③相对分子质量为10×103的氨基酸序列组成的功能不明区。HSP70主要通过释放和结合酶底物来折叠多肽从而发挥分子伴侣的作用［8］。

1.2.2 HSP70与胚胎发育的关系 早期研究发现在脊椎动物中HSP70分为两类:Rl-Hsc70和Rl-HSP70，其90%的序列是相同的。目前研究发现［9］，热诱导在胚胎发育过程中Rl-Hsc70和Rl-HSP70的mRNA表达是不同的，Rl-HSP70在热诱导的胚胎中被感应，而Rl-Hsc70在不受压力的胚胎下才能被感应调节，对于热诱导的胚胎没有感应。Mortensen等［10］报道，在热暴露下HSP70蛋白在马胚泡体外的表达明显大于在体内的表达，说明马胚泡对热敏感，HSP70蛋白具有对抗热伤害的作用。另据报道，HSP70作为分子伴侣参与Bcl-2家族对细胞凋亡的调控作用。同时，HSP70也参与c-myc癌基因和p53抑癌基因的表达来调控细胞的增殖与凋亡［11］。Bonaventura 等［12］报道，用紫外线照射海胆胚胎，可延迟胚胎的发育，甚至引起胚胎发育畸形，检测到HSP70在蛋白质水平和基因水平的表达均增高。

1.3 p53 基因

1.3.1 p53的结构及作用 p53是一种抑癌基因，可以诱导细胞凋亡，使细胞生长受到阻滞。它位于17p13，有11个外显子和10个内含子。目前认为p53对细胞生长调控作用表现在从G0～G1或G1～S期。p53蛋白可通过调控Cipt基因表达而调控细胞生长，即p53蛋白可刺激Cipt基因产生相对分子质量为21×103的蛋白，这种蛋白能够有效抑制某些酶的活性，这些酶通过对细胞周期的调控使细胞进入有丝分裂，从而抑制细胞生长。

1.3.2 p53与胚胎发育的关系 一般认为p53的表达与细胞凋亡有关。Lee等［13］报道，在斑驴胚胎中p53突变显示了p53蛋白的积聚，但是完全缺少了p53下游独立基因的表达。在这个系统中p53基因被定义为独立基因。Femandez-Diaz等［14］发现在缺少Prep1的胚鼠会引起p53在外胚层的独立性表达，当胚鼠局部需要最大限度的扩大时，有Prep1的表达，而没有p53的表达。提示胚胎发育中p53异常凋亡可能与Prep1的异常表达有关，因此深入了解p53的表达机制十分重要。为了更好地探究p53基因的功能，Tong等［15］通过胚胎干细胞的同源重组建立了缺少p53基因的模型，可以为研究人类疾病提供一个更好的平台。

2 细胞凋亡与食管疾病的发生

2.1 细胞凋亡与食管肿瘤的发生 早期胚胎发育与肿瘤形成在基因水平上具有相似性。早在1892年法国生物学家Lobstein和Recamier首次提出肿瘤胚胎性起源的概念，即认为肿瘤的发生是由于体内的胚胎细胞增殖而形成的［1］。随后，人们开始从发育生物学角度关注胚胎到肿瘤、再从肿瘤回到胚胎，通过对二者之间的相关性研究探知它们之间的发生机制。希望通过胚胎食管发育的研究，探寻食管癌的预防和治疗的新途径。食管癌放射疗法被认为是目前治疗食管癌有效方法之一。近年来，一些关于细胞周期和细胞凋亡的基因，如p53和Bax等已被证明与辐射的敏感性有关。p53的变异增加了对辐射的敏感性，过度表达Bcl-2提高了肿瘤细胞的耐辐射性，不利于食管癌的放射治疗，Bax与Bcl-2作用正好相反，即降低了肿瘤细胞的耐辐射性，有利于食管癌的治疗［16］。Murakaml等［17］报道组蛋白脱乙酰基酶抑制剂能够在食管癌中诱导细胞凋亡，还会上调Bax/Bcl-2的比值。因此，检测肿瘤组织中Bcl-2及Bax的表达具有重要意义，不但可以判断患者预后情况，更重要的是可以指导食管癌的治疗。关于HSP70在癌组织中的研究也越来越多，有报道称在癌组织中HSP70的基因转录大大增强，尤其在消化道肿瘤的发生中发挥重要作用，其表达量较其他癌组织和正常组织丰富［18］。

2.2 细胞凋亡与食管发育畸形 胚胎发育过程中食管的发育存在广泛的细胞凋亡。Williams等［19］报道在正常胚胎发育过程中食管、气管的分离在12～12.5 d之间有明显的细胞凋亡，但到13 d细胞凋亡不明显，而食管、气管分离即将完成。而在阿霉素诱导的实验组中起初没有细胞凋亡，直到13 d在后部前肠食管间充质和前部前肠喉部间充质之间才可以观察到明显的细胞凋亡。因此推论，导致食管闭锁并气管、食管瘘(或气管发育不全)的决定性损伤发生在更早的时期或与凋亡无关［19］。Li等［20］构立了与阿霉素诱导相似的模型，即缺少Nog基因的模型，发现缺少Nog的胚胎会引食管闭锁并气管、食管瘘，但缺少Nog的胚胎背部前肠未见明显的凋亡，而是通过激活Bmp7引起食管闭锁并气管、食管瘘。这也说明细胞凋亡与食管闭锁并气管、食管瘘无关。

3 展望

细胞凋亡在胚胎发育和癌症方面的研究已有许多报道，有学者认为胚胎发育与癌症发生相似，设想可以通过研究胚胎发育过程中细胞增殖与凋亡机制，探寻治疗癌症的新途径。当然细胞凋亡在胚胎发育过程中起到重要作用，凋亡异常畸形儿的发生有着密不可分的联系。尤其是食管、气管的发生，由实性器官到管道的发育成熟，存在着大量凋亡。相信深入研究胚胎食管发育对于临床治疗食管癌、食管畸形会有新的启示，也是一个新的发展方向。

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