细胞凋亡关键启动基因BAX与恶性肿瘤

刘大锐，李报春

(解放军第960医院泰安院区呼吸科，山东 泰安)

0 引言

细胞凋亡(apoptosis)是细胞内预存的由相关基因调控的死亡程序，为了维持机体内环境的稳定，被某种因素诱发，进而引起细胞死亡的过程, 也称为程序性细胞死亡(programmed cell death, PCD)[1]。细胞凋亡能够清除机体损伤的、衰老的、异常的、多余的细胞，是机体保持正常生长发育和维持自身环境稳定的重要生物学现象。然而机体不能维持自身细胞数量的适当平衡是肿瘤的重要特征之一[2]。细胞凋亡不足常导致了恶性肿瘤、自身免疫性疾病的发生。细胞凋亡过度则导致退行性病变、免疫缺陷密切相关疾病的发生。细胞凋亡有两条传导通路[3]，其中重要的一条为线粒体传导通路，也称内源性细胞凋亡传导通路，这条通路中，BAX位于细胞凋亡启动的关键位置，是激活Caspase家族成员的重要因子。它不但可以形成同聚体促进细胞凋亡，而且可以与Bcl-2相结合形成杂二聚体，抑制Bcl-2的抗凋亡作用[4]。促进Caspase家族的活化以及增加线粒体中细胞色素C的释放是BAX促进细胞凋亡的重要途径[5]。

1 BAX

1.1 BAX的分子结构

BAX (Bcl-2-associated X protein)是1993年由Oltvai等科学家在用免疫沉淀等实验方法研究IL-3依赖的细胞凋亡过程时首次发现，他们在人及鼠的B淋巴细胞中发现了一种与Bcl-2蛋白一起发生沉淀的蛋白质，命名为BAX基因[6]。BAX基因是Bcl-2基因家族中的一员，位于染色体19q13.3-19q13.4,由192个氨基酸组成，分子量为21 KD，基因含有6个外显子，长度为4.5kL。在人体的多种组织细胞中广泛分布着BAX基因，它具有高度保守性[7]。根据mRNA的剪接方式分类，Bax-mRNA共有αβδγσζ6个亚型。Bcl-2基因含有BH1、BH2和BH3三个保守区域，这些区域与BAX蛋白具有高度同源性。这些保守区域是参与细胞凋亡及凋亡调控，是BAX自身和与Bcl-2家族成员形成同型或异型二聚体的重要结构基础。BH3区域对细胞凋亡抑制蛋白主要起拮抗作用。杂二聚化的BH3对于促进细胞凋亡是必需的[8]。大量研究表明：细胞凋亡的发生是由BAX中的BH3区域与Bcl-2结合形成杂二聚体后进一步参与的。BAX是一种可溶性蛋白，它主要分布在细胞浆中。当细胞凋亡发生时，BAX基因从细胞浆转移到线粒体外膜上，并与线粒体外膜结合，形成一个通道，从而启动细胞凋亡[9]。

1.2 BAX促进细胞凋亡的具体作用机制

目前科学家认为，BAX通常以单体的形式存在于细胞浆中，当受到机体内外某种因素的刺激时，线粒体外膜渗透性会明显增加，BAX转移至线粒体外膜，并形成寡聚体。Bornor等学者[10]提出可能存在以下两种作用机制。BAX蛋白在受到某种凋亡刺激后，它的构象发生了相应变化，经过此变化后，可能作用于线粒体膜上已存在的通道，如腺嘌呤转运通道(ANT)、电压依赖性阴离子通道(VDAC)，也可能在线粒体膜上形成某种新的通道。已存在的通道孔径扩大，线粒体内相对分子量较大的因子释放出来。促凋亡因子如：核酸内切酶G、Cyt-c、Smac/Diablo释放细胞色素C到胞浆中，细胞色素C参与了由Apaf-1和Caspase-9酶原组成的信号复合体的形成，Caspase-9活化，从而激活下游细胞凋亡相关基因Caspase-7、Caspase-3等，进一步启动细胞凋亡级联反应。Smac/Diablo、HtrA2/Om等细胞凋亡因子通过对凋亡抑制蛋白(IAP)的抑制作用，调节Caspase酶原的活化。因此，BAX蛋白的主要功能是直接调节线粒体膜的通透性，参与促细胞凋亡因子的释放，从而促进细胞凋亡的产生。

影响BAX基因启动细胞凋亡的主要因素有：①细胞内Mg2+和Ca2+浓度：有学者认为，BAX基因诱导细胞色素C的释放，对Mg2+浓度有高度依赖性，Ca2+对BAX有协同作用。②酸性环境：酸性环境可促进BAX基因表达、抑制细胞存活，加速细胞凋亡。Park等学者[11]报道辐射诱导的人直肠癌细胞凋亡中，培养环境pH6.6时的BAX蛋白表达量，比pH7.5时显著增加。③细胞因子：细胞因子使细胞内BAX基因浓度降低，抑制细胞色素C释放，BAX基因的C末端区域产生磷酸化，影响BAX基因同源二聚体形成，调节细胞内pH值等。NakagamiH等学者[12]报道，肝细胞生长因子保护高浓度葡萄糖对血管内皮细胞的损伤，与抑制BAX基因从胞质转位到线粒体有关。

2 BAX与恶性肿瘤

BAX基因在人体内广泛分布，尤其是在胃腺体、肝脏、心肌、淋巴结、神经元、附睾、生发中心等组织器官中表达较高[13]。相关研究表明，BAX在肿瘤发生、发展、治疗、预后等诸多方面起着至关重要的作用，虽然来自不同组织的肿瘤的结论不完全一致。进一步的研究表明，一些肿瘤的体细胞中有BAX基因的阅读框架移位突变，例如在结肠腺癌中约50%的微卫星突变子的表现型有BAX基因的阅读框架移位突变。在胃癌发生过程中，BAX基因阅读框架移位突变起重要作用，60%的胃癌高度微卫星不稳定肿瘤中发现有BAX基因的阅读框架移位突变。

2.1 BAX与食管癌

Sarbia等学者[14]用免疫组织化学的方法研究发现，食管癌中BAX基因表达与食管癌的临床病理分级呈明显的负相关，差异具有统计学意义(P＜0.05)，而与肿瘤的大小、临床分期等无明显相关性(P＞0.05)。张明等学者[15]用流式免疫荧光的方法研究发现，BAX基因表达与肿瘤的临床分期、临床病理分级以及是否发生淋巴结转移无明显相关性(P＞0.05)，从而提示BAX基因暂时还不能成为我们判断食道癌治疗及预后的关键参数，但相关研究同时发现，BAX基因阳性表达者其平均凋亡指数值明显高于BAX阴性表达者，差异具有统计学意义(P＜0.05)，从而说明BAX基因在食管癌的发生、发展中具有重要作用，BAX基因参与了食管癌发生或发展中的细胞凋亡过程。

2.2 BAX与胃癌

岑延增等学者[16]研究表明BAX在低分化癌中的表达率明显低于高分化癌，差异具有统计学意义(P＜0.05), 无淋巴结转移者明显低于有淋巴结转移者表达率，差异具有统计学意义(P＜0.05)，而与胃癌患者的年龄、性别以及胃癌的lauren分型无明显相关性(P＞0.05)。Komastsu等学者[17]研究发现，用免疫组织化学的方法胃粘膜组织病变中BAX基因表达，结果发现BAX基因在胃癌组织组织的表达明显低于非胃癌组织的表达率，差异具有统计学意义(P＜0.05)。在胃粘膜组织发生癌变的早期，如萎缩性胃炎伴肠化、萎缩性胃炎伴不典型增生时就已经发生了BAX基因的异常表达。BAX基因与胃癌分化程度及淋巴结转移有关，与胃癌的组织学分类无明显相关性(P＞0.05)。Koshida等学者[18]研究表明，低分化胃癌中BAX基因的表达明显低于高分化胃癌，差异具有统计学意义(P＜0.05)，而与肿瘤浸润程度、大小、及是否发生淋巴结转移无明显相关性(P＜0.05)。

胃癌组织中BAX基因低表达，BAX促凋亡作用减弱，细胞凋亡减少，使得一些受损的胃粘膜细胞逃避了机体细胞的正常凋亡过程，使之成为增殖迅速的细胞，进一步发展可能形成恶性肿瘤细胞。BAX蛋白在胃癌组织中的低表达可能由基因突变引起[19]。胃癌组织中BAX基因的激活在凋亡调控中起重要作用，能增加胃癌细胞对化疗的疗效，将BAX基因导入胃癌细胞系中可以增强对化疗药物DDP、Vpa53诱导的细胞凋亡的敏感性，同时细胞凋亡增多，增殖减少，凋亡的调控障碍与恶性肿瘤的发展及抗药、耐药性密切相关。Gil等学者[20]研究发现，胃癌发生过程中，BAX基因的第169号密码子存在错义突变，产生的蛋氨酸或丙氨酸替换了BAX基因中的苏氨酸，进而降低了蛋白抑制细胞的凋亡能力，最终导致胃癌的发生。

综上，BAX基因在细胞凋亡传导通路中处于关键启动位置，BAX基因的启动异常直接导致恶性肿瘤等疾病的发生。随着对BAX基因的更深入研究，将为未来疾病的诊断治疗提供突破口。