微丝骨架调控因子与线粒体凋亡通路相关因子关联性研究进展

谢晓娟 综述 刘开扬 审校

(1.河北北方学院附属第一医院感染管理处，河北 张家口 075000；2.河北北方学院生命科学研究中心，河北 张家口 075000)

1 微丝骨架介绍

微丝骨架呈网状结构，起着支撑细胞形态和促进细胞运动的作用，它可以调控细胞的运动、分裂、摄粒和排粒，并且影响轴突的物质运输，也参与胞内的各种信号传递，当细胞出现分化和运动时会发生重组。微丝骨架结构较复杂，它是由微丝、微管以及中间丝等组成，整体呈网架结构。其中，微丝是多聚体结构，由球形肌动蛋白构成，它可在细胞运动，胞质分裂、肌肉收缩、信号传递等方面发挥作用。微管整体呈长管状结构，由微管蛋白二聚体(α, β-tubulin)装配而成，它可在维持细胞形态、物质运输、染色体运动等方面发挥作用[1]。有研究证实，微丝和微管参与细胞凋亡的过程，它们在凋亡过程中起着重要的作用。微丝、微管的解聚以及中间丝的破坏都会造成细胞凋亡[2]。微丝是凋亡通路的上游成分，有学者在研究酵母细胞时，发现微丝解聚与细胞凋亡发生有关[3]。另一学者在研究HL-60细胞时，也有类似发现[4]。细胞分裂过程中，微管的装配受到抑制，从而使姐妹染色单体向两级运动过程受到阻滞，影响细胞从分裂中期到后期的转化，影响细胞周期，使细胞停滞在分裂期。周期蛋白B1(cyclin B1)和cdc2蛋白激酶活性不变，Bcl-2磷酸化，c-Jun氨基端激酶发生活化，细胞凋亡发生。反之，当细胞发生凋亡时，细胞骨架又会遭到破坏，骨架内结构出现解聚，凋亡微管网及凋亡小体出现，这一过程可影响肿瘤细胞的侵袭及迁移[5]。

2 线粒体凋亡途径

线粒体途径、死亡受体途径以及内质网途径是目前最主要的三条凋亡途径。其中线粒体途径是最常见的一条。线粒体处于调控细胞生命活动及细胞凋亡的中心位置，当某些凋亡因素影响线粒体功能时，会导致跨膜电位降低，线粒体通透性增强，使得细胞色素C(Cyt C)和细胞凋亡诱导因子(AIF)释放，从而激活线粒体半胱氨酸天冬酶(Caspase)依赖性及非依赖性途径[6-7]。线粒体通过释放凋亡蛋白，引起Caspase发生级联反应，从而损伤细胞蛋白质、DNA等，造成细胞凋亡[8-9]。其中Bcl-2家族成员在线粒体凋亡途径中发挥着关键性作用，它主要分为两大类：促凋亡蛋白及抗凋亡蛋白。其中促凋亡蛋白包括BMF、Bak、Bax、Bid、Bad、PUMA等，抗凋亡蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w等[10]。有研究指出Bcl-2、Bcl-xL蛋白表达升高会抑制成骨细胞凋亡，而Bax、Bax蛋白表达升高则加速成骨细胞的凋亡[11]。

3 微丝骨架调控因子与线粒体凋亡途径相关因子关联性

3.1BMFBMF(Bcl-2-modifying factor) 为Bcl-2家族成员，有着强大的促凋亡的作用，并且靶向定位于细胞微丝骨架。当微丝骨架受到损伤时，它迅速从胞浆进入线粒体，激活Bax和Bak，参与线粒体凋亡[12]。BMF的促凋亡作用在多种细胞中得到证实：BMF可以调控淋巴细胞凋亡及维持细胞内环境稳定[13]；在心肌细胞中，缺氧/再给氧条件下可以使BMF表达发生上调并且促进心肌细胞凋亡，而miRNA通过下调BMF表达抑制细胞凋亡[14]。BMF的凋亡活性受磷酸化调控，JNK通过磷酸化BMF第74位丝氨酸从而提高其促凋亡活性[15]，ERK2通过磷酸化第77位丝氨酸使得促凋亡活性下降[16]。这些研究说明微丝骨架的破坏及细胞凋亡与线粒体途径中BMF关系密切，而阻断线粒体通路的传导可以是抗凋亡及减少微丝骨架损伤的一种手段。

3.2RhoA/ROCK信号通路 RhoA/ROCK通路是目前发现与微丝骨架改变关系最密切的信号途径，影响着多种肿瘤的侵袭和迁移。ROCK属于丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶中的一种，p-MYPT1的磷酸化代表着ROCK通路激活，p-MYPT1的磷酸化水平越高，ROCK的活性越高。RhoA转导活化信号激活ROCK通路，ROCK激活后可调节下游的磷酸化反应，然后通过聚合肌动蛋白微丝骨架介导平滑肌细胞发生一系列改变，比如收缩、增殖和凋亡等[17-18]。Rho家族成员能够调节F-actin聚合、并且影响细胞极性、细胞迁移和膜转运、胞内连接装配[19]。其中Rho、Rac能够被胞外信号激活，诱导肌动蛋白骨架的组装，影响细胞形态。RhoA与应力纤维形成相关；Racl诱导膜皱褶和板状伪足形成；Cdc42(细胞分裂周期蛋白42)与丝状伪足的形成有着密切的关系[20-21]。F-actin为微丝骨架主要组成部分，它是微丝蛋白的多聚体，由应力纤维、丝状伪足、板状伪足、皮质肌动蛋白、膜皱褶等结构组成，若F-actin遭到破坏，使得细胞形态及生长状态改变[22]。RhoA/ROCK通路通过调控F-actin重组，影响肿瘤细胞形态及侵袭迁移过程。目前发现与细胞微丝骨架相关的因子有Rho-GTP酶家族成员，包括GTpases、RhoA、RhoG、AKT、Racl、PKA、Caspase-3、Bcl-2等因子[23-24]。若RhoA/ROCK信号通路蛋白损伤，则可能会对细胞骨架完整性及其功能造成影响，促使细胞发生凋亡。有报道指出 RhoA/ROCK通路通过激活P53基因，使得Bax上调，从而让Bax/Bcl-2比值出现变化，进而激活caspase3造成凋亡的发生[25]。

3.3MAPK信号通路 有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是细胞内重要的信号传导途径，它的三个主要成员是：JNK、ERK1/2和p38MAPK[26-27]。MAPK通路通过影响微丝骨架稳定性，调节与微丝骨架相关的生命活动，包括细胞运动、迁移、分化等。另一方面，微丝骨架中相关马达蛋白可以激活MAPK通路[28]。MAPK通路通过对微丝骨架中微丝、微管、中间丝调节来影响相关的生命活动。JNK、ERK1/2和p38MAPK激活能够使微管相关蛋白过度磷酸化导致微管的重排从而影响微管功能[29]。J.Du等[30]研究发现p38MAPK通路激活影响到微丝的重排，导致肾细胞粘附性降低。p38MAPK通路通过影响角蛋白磷酸化状态改变中间纤维排列从而改变细胞形态。P38MAPK活性升高，促使角蛋白颗粒形成，而活性降低则阻止角蛋白丝分解，此通路通过影响微丝骨架的结构，在细胞凋亡中发挥作用[31]。JNK通路的激活主要由于ROS过量[32]，它通过降低线粒体跨膜电位，改变线粒体膜通透性，活化P53家族蛋白，以及上调Bax、Bad表达，下调Bcl-2表达，诱导细胞凋亡[33-34]。

3.4AKT信号通路 AKT又称为蛋白激酶B(PKB)，属于丝氨酸/苏氨酸激酶的一种，主要通过PI3K-AKT途径参与细胞的增殖、侵袭等[35]。有研究指出AKT影响乳腺癌细胞的迁移，并且主要与微丝骨架的重新构建相关[36]。有研究指出微丝骨架受到多种微丝交联蛋白调控，如：Girdin、families、fimbrin、villin、scruin等。AKT能够磷酸化Girdin蛋白C-末端区域的ser-1416位点，造成微丝骨架的重新构建[37]。有多项研究证明Girdin与肿瘤细胞的侵袭及迁移关系密切。在研究胶质瘤细胞的侵袭转移中发现，Girdin可通过PI3K-AKT途径发挥作用[38-39]。在小鼠受精卵中Girdin蛋白受AKT调控，它的改变影响受精卵的微丝骨架聚集[40]。当PI3K/AKT通路激活，使得促凋亡蛋白Bax、Bad等表达降低，抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL等表达升高，减少经线粒体途径凋亡的发生[41-42]。

3.5FAK/mTOR通路 FAK是一种非受体酪氨酸激酶，属于黏着斑激酶的一种。它的变化与微丝骨架的改变有着极大的关系，并且影响着黏着斑的解离，还能够调节细胞活性，抑制细胞凋亡，在肿瘤细胞的迁移和侵袭以及有丝分裂过程中扮演着重要的角色[43-44]。当细胞收到外来刺激时，FAK可通过一系列复杂的信号网络对细胞骨架黏着斑和细胞膜产生巨大的影响，这些作用最终影响细胞的迁移和侵袭过程[45-46]；FAK与其他蛋白偶联构成的FAK/PI3K-AKT/RAC、FAK/PI3K-AKT/mTOR等信号通路影响细胞骨架的重新构建，以及黏着斑等结构的形成[47]。FAK能够整合来自生长因子、整合素和血管内皮生长因子受体的信号，激活PI3K/AKT、MAPK等下游信号通路，参与细胞的增殖、迁移和凋亡等。FAK抑制细胞发生凋亡，主要通过介导AKT和NF-kB通路[48-49]。有学者研究小鼠骨肉瘤中FAK表达时发现，它的失活与半胱天冬酶(Caspase)介导的凋亡通路有关[50]。在FAK介导的生存信号通路中，Ras发挥重要的作用，当激活PI3K通路后，活化Bad、NF-κB、Survivin等下游信号分子，造成Bcl-2表达上调[51]。

4 总结与展望

综上所述，微丝骨架调控因子与线粒体凋亡途径相关的众多因子都有关联，其中线粒体通路中BMF蛋白以及RhoA/ROCK信号通路以及MAPK信号通路对微丝骨架因子的调控呈正相关，而 AKT信号通路和FAK/mTOR通路对微丝骨架因子的调控成负相关。越来越多的研究发现，微丝骨架与肿瘤细胞的侵袭、迁移以及凋亡中发挥重要的作用，但其相关机制还未完全了解，随着对微丝骨架调控因子与凋亡通路相关因子关联性研究的深入，将会在抑制肿瘤的发生发展及治疗中提供新的思路。