肿瘤细胞凋亡相关途径研究进展*

季宇彬，李莹琳，辛国松，张 璐，杨 琪，李 鑫，薛沁冰

(1 哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076;2 国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076;3 哈尔滨商业大学 药物研究所博士后科研流动站，黑龙江 哈尔滨 150076)



肿瘤细胞凋亡相关途径研究进展*

季宇彬1,2,3，李莹琳1，2，辛国松1,2,3，张 璐1，2，杨 琪1，2，李 鑫1，2，薛沁冰1，2

(1 哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076;2 国家教育部抗肿瘤天然药物工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150076;3 哈尔滨商业大学 药物研究所博士后科研流动站，黑龙江 哈尔滨 150076)

肿瘤是威胁人类生命健康主要疾病之一，据WHO数据显示，世界每年新增1400万癌症患者，且癌症的死亡率也逐年递增。研究发现细胞凋亡异常与肿瘤的发生存在密切的关系，而细胞凋亡通常是受凋亡相关信号、凋亡相关因子调控并通过特定途径发生的。本文通过查阅国内外相关文献，通过归纳总结细胞凋亡的相关途径的最新研究进展，为抗肿瘤新药的作用靶点，抗肿瘤新药作用途径提供理论基础。

抗肿瘤；细胞凋亡；信号转导；线粒体；内质网；死亡受体

肿瘤是一种常见的疾病，其中恶性肿瘤是危害人类健康最严重的疾病之一。研究发现，细胞凋亡异常与肿瘤的发生存在密切的关系，而细胞凋亡通常是受凋亡相关信号、凋亡相关因子调控，并通过特定途径发生的。肿瘤细胞是不死的细胞，肿瘤的发生通常与细胞分化、细胞异常增殖、细胞凋亡的异常等相关。细胞凋亡(apoptosis)，又称程序性死亡(programmedcell death，PCD)。目前认为参与的通路至少有：线粒体通路、死亡受体通路、内质网通路[1]和PI3K-Akt 信号通路，本文通过查阅国内外相关文献，对上述细胞凋亡途径进行归纳综述。

1 细胞凋亡相关蛋白

Caspase家族蛋白：Caspase是半胱氨酸基天冬氨酸-特异性蛋白酶，即半胱氨酸天冬氨酸酶[2]。同时，Caspase是一种凋亡活化基因，目前发现的该家族至少有14种成员，其中大多数参与了细胞凋亡。在凋亡的级联反应中，将Caspase家族分成了Caspase-8,9,10等启动子和Caspase-3,6,7等执行子。在正常细胞内，Caspase以无活性的酶原存在，而在凋亡信号刺激下，启动子通过自我切割，成为有活性的Caspase，活化其他的Caspase家族成员，引起Caspase级联反应。被激活的Caspase家族中的执行子切割与细胞凋亡相关的蛋白，从而抑制细胞凋亡[3]。

Bcl-2家族蛋白：Bcl-2可以与PT孔蛋白分子相互作用，通过调节PT孔的开放抑制细胞凋亡；凋亡蛋白前体Apaf-1等凋亡蛋白前体，可以通过Bcl-2定位至线粒体膜上，使其不能发挥凋亡作用[4]。

2 线粒体信号通路

线粒体在整个细胞生命活动的作用至关重要。它既是细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，同时还是细胞调亡调控的核心结构[5]。并且线粒体是细胞内产生能量的重要结构，许多因素都可以通过损伤线粒体功能诱导细胞凋亡，如死亡受体介导的信号、生长因子抑制剂等[6]。当线粒体发生凋亡后，线粒体膜的通透性(permeability transition, PT)随之升高，使得各种相关的凋亡因子相继释放到胞质内，激活Caspase，发挥凋亡作用[7]。线粒体膜的通透性，主要是通过线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, MPTP)进行调控。而MPTP则是由外膜孔蛋白电压依赖性阴离子通道(voltage-dependentanionchannel, VDAC)，内膜腺苷转位酶(adenine nucleotide translotcase, ANT)以及基质的亲环素D(cyclophilinD)这三种所组成的蛋白复合体[8]。其主要通过升高胞内的Ca2+浓度，改变ANT的构象来进行调控。也可通过Bcl-2家族调控，Bcl-2家族中的Bax可以与ANT和VDAC相互作用，调控MPTP，导致PT孔开放。PT孔持续的不间断的开放，使得Δψm及ΔPH发生崩解，呼吸链解偶联，线粒体内渗透压升高，内膜肿胀，同时伴随着释放线粒体膜间隙的细胞色素c(cytochrome c, Cytc)、细胞凋亡诱导因子(apoptosis induced factor, AIF)、Smac/DIABLO、细胞凋亡诱导因子(apoptosis induced factor, AIF)、核酸内切酶G(endonuclease G, EndoG)等，发生级联反应，引起肿瘤细胞凋亡[9]。细胞色素c(cytochrome c, Cytc)在线粒体凋亡途径中起着重要的作用，Cytc释放到细胞质中，与Apaf1结合，活化Caspase-9，激活下游Caspase-3和Caspase-7，启动Caspase级联反应，引起细胞凋亡[10]。凋亡刺激信号可通过BH3-only蛋白，引起Bax蛋白(Bcl-2-asslciated Protein X)移位至线粒体外膜，使其发生多聚化，形成膜通道，刺激线粒体释放Cytc[11]。Bax经活化后，从胞质转入线粒体，线粒体膜的通透性被破坏，导致Cytc释放介导线粒体途径诱导细胞凋亡。近年研究表明，促凋亡转录因子p53蛋白可以从通过转录非依赖方式激活线粒体途径，诱导凋亡[12]。在凋亡信号刺激下，活化的p53还可以通过与Bcl-2蛋白相互作用，改变线粒体外膜的通透性[13]。此外，p53还可能激活胞质中的Bax蛋白转位，改变线粒体膜通透性，从而导致线粒体功能损伤[14]。

3 死亡受体信号通路

死亡受体途径又被称为细胞凋亡的外源性途径。死亡受体与相应的配体结合后被激活，通过一系列的下游信号级联反应，分步激活Caspase-8、Caspase-3、和Caspase-7等[15-16]，使肿瘤细胞最终发生凋亡。

3.1 Fas信号转导通路

该途径由死亡受体Fas发起，当细胞受到某些凋亡信号刺激后，Fas受体与其配体结合后，导致Fas胞内的死亡结构域(death domain,DD)三聚体的形成和活化，并结合Fas相关死亡结构域蛋白(fas-associated death domain protein, FADD)，然后结合proCaspase-8。由此形成了死亡信号诱导复合体(death-inducing signal complex, DISC)[17]。DISC通过激活proCaspase-8使Caspase-8产生活性，进而活化下游Caspase级联反应，导致细胞凋亡[18]。同时活化的Caspase-8可以剪切Bid转位于线粒体外膜上，释放Cytc，释放到胞浆的Cytc通过活化Caspase-9产生Caspase级联反应，导致细胞凋亡[19]。

3.2 TNFR-I信号转导通路

TNF主要通过受体TNFR-I和TNFR-II介导细胞凋亡，是由巨噬细胞和T细胞感染活化而产生。通过受体TNFR-I和TNFR-II介导细胞凋亡。当配体TNF与TNFRs结合后，TNFR-I三聚体化招募衔接蛋白TRADD(TNFR-I-associated death domainprotein)。TRADD可以激活两条信号转导通路[20]：①通过招募FADD诱导细胞凋亡：TRADD在胞浆区招募FADD，活化proCaspase-8，引发Caspase的级联反应，诱导细胞凋亡。②通过TRAF2和RIP活化：肿瘤坏死因子受体相关蛋白2(tumor necrosis factor receptor-associated factors 2, TRAF2)和诱导转录因子RIP能够使NF-κB诱导激酶(NF-κB-inducing kinase, NIK)活化。使得IκB激酶IKK被NIK活化，IKK随即磷酸化IκB，导致NF-κB的降解和释放，活化的NF-κB进入细胞核，诱导基因表达，发生细胞凋亡[21]。TRAF2和RIP[22]还可以直接或间接地活化有丝分裂原/外信号调节激酶激酶-1(mitogen-activated protein kinase kinase 1, MEKKl)或相关的丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶(mitogen-activated proteinkinase kinase kinase, MAPKKK)，MAPKKK双磷酸化c-Jun氨基末端激酶(C-Jun N-tenminal Kinase, JNK)和P38三肽区的苏氨酸/酪氨酸，进而激活JNK信号转导通路，释放Cytc激活线粒体通路，诱导细胞凋亡[23]。

4 内质网信号通路

内质网是细胞内蛋白质合成、修饰和折叠的主要场所，也是细胞内Ca2+的主要储存库，而且内质网还包含了Caspase-12、Bcl-2等凋亡蛋白。内质网通路诱导细胞凋亡主要是通过对Ca2+的调控和激活内质网上的凋亡酶[24]两方面发生。实验研究表明，细胞凋亡早期阶段，细胞外Ca2+的内流及细胞内钙库中Ca2+的释放，导致细胞内Ca2+浓度迅速升高，活化胞质中的钙依赖性蛋白酶，通过线粒体途径诱导凋亡。据目前的研究认为，内质网通路的作用机制是：当折叠或折叠的蛋白质分子在内质网中积累时，出现未折叠蛋白反应，即内质网应激。一方面Caspase-12位于内质网(ER)上，内质网中Ca2+浓度的升高，Caspase-12表达诱导内质网应激反应，也引起Caspase-7转移到内质网的表面，Caspase-7激活Caspase-12，Caspase-12激活Caspase-9启动Caspase级联反应，引发细胞凋亡[25]。另一方面，当钙离子在内质网中受损或内质网上的蛋白质积聚时，通过激活细胞凋亡酶来诱导细胞凋亡。

5 PI3K-Akt 信号通路

在诱导肿瘤细胞发生凋亡中，除上述三条通路外，PI3K/Akt信号通路也起到重要作用[26]。PI3K-Akt 信号通路主要通过以下几个作用机制抗细胞凋亡[27]：

(1)直接调节作用。Bcl-2家族成员BAD可与其结合形成复合体，或与Bcl-xl形成复合体，从而表达促凋亡活性。但在Serl12和Ser136位点磷酸化后，BAD的这种促凋亡作用被抑制。Akt 是一种BAD激酶，而wortmannin和LY294002是两种特异的PI3K抑制剂 。当用这两种特异的PI3K抑制剂 处理后，Akt能够使BAD的磷酸化受阻，而发挥BAD本来的促凋亡作用[28]。Par-4是一种促凋亡蛋白，其与Akt结合后失去活性，抑制了它的促凋亡作用。而PI3K抑制剂PTEN、LY294002或DN-Akt1可以抑制Akt的活性，使其不能磷酸化Par-4，从而发挥Par-4的促凋亡作用，引起凋亡[29]。

(2)影响细胞增殖。主要是通过影响细胞周期进而影响细胞增殖。其中一个重要的作用靶点就是Akt下游的哺乳类动物雷帕霉素(the mammalian target of rapamycin, mTOR)，它被Akt磷酸化激活后，启动了两条下游通路，即核糖体激酶p70s6k(ribosomal S6-kinase, RSK)下游通路和4E-BP-1下游通路，影响细胞的增殖。而mTOR的活性可以被PI3K的两种特异抑制剂抑制，即wortmannin和LY294002，致使其活性丧失，导致下游信号通路被阻断，即p70s6k和4E-BP-1，这两条信号通路。从而使G1期受到阻滞，抑制细胞增长[30]。③抑制线粒体释放凋亡因子。线粒体能够释放细胞色素c和相关的凋亡诱导因子，而BAD激酶Akt能够阻止线粒体的这种释放，抑制细胞凋亡[31]。

6 结 语

细胞凋亡是一种复杂的生理现象和病理现象，并且能够通过多种信号转导途径发生，而这些途径彼此之间相互联系着，相互制约着，形成庞大的脉络体系。随着细胞凋亡在肿瘤细胞的进一步研究，除了上述的四类信号转导途径，未来将会发现更多、更有效的其他信号转导途径，诱导肿瘤细胞凋亡，尽可能的减少肿瘤的发生。

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Research Progress on Tumor Cell Apoptosis Pathway*

JIYu-bin1,2,3,LIYing-lin1,2,XINGuo-song1,2,3,ZHANGLu1,2,YANGQi1,2,LIXin1,2,XUEQin-bing1,2

(1 Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce,Heilongjiang Harbin 150076; 2 Engineering Research Center of Natural Antineoplastic Drugs, Ministry of Education,>Heilongjiang Harbin 150076; 3 Postdoctoral Research Center of Drugs Research Institute, Harbin University of Commerce, Heilongjiang Harbin 150076, China)

Tumor is one of the major diseases that threaten human life and health, according to WHO, the data shows that 14 million cancer patients are annual increased in global, and cancer mortality is also increased year by year. It is found that there is a close relationship between apoptosis and tumor, and apoptosis is usually regulated by apoptosis related signal and apoptosis related factors through a specific pathway. Through accessed to relevant literature at home and abroad, through the induction and summary of the latest research progress of apoptosis related pathways, a theoretical basis for the role of anti tumor drug targets and anti-tumor drug action ways was provided.

anti tumor; apoptosis; signal transduction; mitochondrion; endoplasmic reticulum; death receptor

国家自然科学基金(项目编号:81274067)；黑龙江省自然科学基金(项目编号:D201229)；黑龙江省自然科学基金(项目编号:D201138)；哈尔滨市科技局青年后备人才项目(项目编号:RC2016QN003016)。

季宇彬(1956-)，男，教授，博士(后)，博士生导师。

李莹琳(1991-)，女，硕士研究生。

Q25

A

1001-9677(2016)020-027-03