線粒體主導的細胞凋亡
日期：2018-01-03 17:55:41
1.細胞凋亡的概念
細胞凋亡是指機體在生理或病理條件下，為了維持自身內環境的穩態，通過基因調控使細胞產生主動、有序的死亡；同時伴隨著一系列形態和生化方面的變化，包括核固縮、DNA片段化、細胞膜重塑和起泡、細胞皺縮、形成凋亡小體等，最后凋亡的細胞被巨噬細胞吞噬而消亡。細胞凋亡是細胞為了更好地適應其內外環境而引發的死亡過程，它是一種正常的細胞死亡，涉及一系列基因的激活、表達及調控等。在細胞凋亡整個過程中，質膜保持完整，細胞無內容物外溢，不引起炎癥反應。
2.細胞凋亡的分類
凋亡發生的途徑分為內源性線粒體途徑、內源性內質網途徑、外源性死亡受體途徑；或者某些條件下的granzyme B介導的凋亡過程。
2.1 細胞凋亡的內部線粒體途徑
細胞凋亡的內部線粒體途徑：當細胞受到內部凋亡刺激因子作用，如癌基因的活化DNA損傷、細胞缺氧、細胞生長因子缺失等，可激活細胞內部線粒體凋亡途徑，引起細胞凋亡；內部線粒體凋亡途徑也可以被死亡配體所激活。在該途徑中，Bcl-2家族蛋白通過調節膜電位從而控制線粒體外膜通透性。
2.1.1Bcl-2家族
Bcl-2家族蛋白是控制線粒體相關的凋亡因子釋放的主要調節因子。根據它們在細胞凋亡中的作用可分為兩類：促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白，其中促凋亡蛋白還可以分為具有BH1-3結構域的蛋白和只具有BH3結構域的蛋白。促凋亡蛋白成員中的Bak以及抗凋亡蛋白成員如Bcl-2，Bcl-xL等主要存在于線粒體膜上；其他成員如Bid、Bad主要存在于胞質中。Bax一般存在于胞質中，當接收到凋亡信號時，Bax重新定位于線粒體表面，在線粒體表面構成跨線粒體膜的孔，導致膜電位降低，膜通透性增加，從而釋放凋亡因子。
目前關于Bax、Bak的激活方式，存在兩種假說：直接激活模式和間接激活模式。間接激活模式：在一般情況下，Bax、Bak的活性是被抗凋亡蛋白所抑制的。當BH3-only的家族成員接收到凋亡信號后，抑制抗凋亡蛋白的活性，從而間接激活Bax、Bak的活性。
直接激活模式：BH3-only蛋白分為激活蛋白和激敏蛋白。未接受凋亡信號的激活蛋白和抗凋亡蛋白結合抑制激活蛋白激活Bax、Bak，當接收到凋亡信號時，激敏蛋白與抗凋亡蛋白相結合釋放出激活蛋白，激活蛋白直接激活Bax、Bak的活性。
總之，Bcl-2家族蛋白在細胞凋亡過程中由其促凋亡成員和抗凋亡成員之間的協同作用，通過線粒體途徑共同決定細胞是否進入凋亡程序。
2.1.2線粒體介導的凋亡過程
當線粒體的膜電位下降，線粒體膜通透性增加，線粒體內促凋亡因子（例如：Cyt C、AIF、SMAC/DIABLO、HTRA2/OMI、ENDOG）釋放到胞質中。Cyt C釋放到胞內以后，與Apaf-1相互作用，在ATP和dATP的協助下形成凋亡復合體，凋亡復合體通過招募并激活Pro-Caspase9，形成Caspase9全酶。Caspase9全酶進一步激活效應Caspase3和Caspase7，啟動Caspase級聯反應，切割細胞中如α-tubulin、Actin、PARPA、Lamin等超過100種的底物，最終導致細胞凋亡。
凋亡抑制蛋白（IAPs）可以抑制Caspase3、Caspase7激活，從而抑制細胞凋亡。SMAC/DIABLO、HTRA2/OMI從線粒體釋放到胞內后與IAPs結合后，解除IAPs的抑制作用從而間接促進凋亡。
隨著線粒體膜電位的改變，釋放到胞內的還有AIF、ENDOG。隨后AIF、ENDOG會被轉運至細胞核。AIF、ENDOG引起細胞核中的染色體凝聚和DNA片段化，從而導致細胞凋亡。
線粒體介導的凋亡
下期預告：
內質網主導的細胞凋亡
3.參考文獻
[1] Brenner D, Mak T W. Mitochondrial cell death effectors [J]. Current Opinion in Cell Biology, 2009, 21: 871-877.
[2] Chalah A, Khosravi-Far R. The mitochondrial death pathway [J]. Advances in Experimental Medicine and Biology, 2008, 615: 25-45.
[3] Lindsay J, Esposti M D, Gilmore A P. Bcl-2 proteins and mitochondria—Specificity in membrane targeting for death [J]. Biochimica et Biophysica Acta, 2011, 1813: 532-539.
[4] Ola M S, Nawaz M, Ahsan H. Role of Bcl-2 family proteins and caspases in the regulation of apoptosis.[J]. Molecular and Cellular Biochemistry, 2011, 351: 41-58.
[5] Pradelli L A, Bénéteau M, Ricci J E. Mitochondrial control of caspase-dependent and -independent cell death [J]. Cellular and Molecular Life Sciences, 2010, 67: 1589-1597.
[6] Rong Y, Distelhorst C W. Bcl-2 protein family members: versatile regulators of calcium signaling in cell survival and apoptosis [J]. Annual Review of Physiology, 2008, 70: 73-91.
[7] Speidel D. Transcription-independent p53 apoptosis: an alternative route to death [J]. Trends in Cell Biology, 2010, 20: 14-24.
[8] Suen D F, Norris K L, Youle R J. Mitochondrial dynamics and apoptosis [J]. Genes & Development, 2008, 22: 1577-1590.
[9] Danial N N, Korsmeyer S J. Cell Death: Critical Control Points [J]. Cell, 2004, 116: 205-219.
[10] Green D R, Kroemer G. The pathophysiology of mitochondrial cell death [J]. Science, 2004, 305: 626-629.
