任玉偉，宿華威

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二臨床醫(yī)院 膽道、腹腔鏡微創(chuàng)外科，黑龍江 哈爾濱 150086)

Bcl-2基因家族研究進(jìn)展

任玉偉，宿華威

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二臨床醫(yī)院 膽道、腹腔鏡微創(chuàng)外科，黑龍江 哈爾濱 150086)

Bcl-2家族蛋白是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等在細(xì)胞凋亡的過程中扮演著重要的角色，Bcl-2家族蛋白可直接或間接作用于線粒體來發(fā)揮它們的相應(yīng)功能。Bcl-2基因家族在缺血再灌注損傷(IRI)中也有著獨(dú)特的地位。而且Bcl-2家族的表達(dá)和調(diào)控對腫瘤細(xì)胞凋亡也具有較大的影響，如何調(diào)控Bcl-2家族成員的表達(dá)和表達(dá)后的針對性治療，成為今后研究的一個方向。本文對Bcl-2目前的研究進(jìn)展作一綜述。

Bcl-2；細(xì)胞凋亡；線粒體；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；缺血再灌注損傷

[引用本文]任玉偉，宿華威. Bcl-2基因家族研究進(jìn)展[J].大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,37(2)：202-205.

Bcl-2基因于1984年由Tsujimoto首先發(fā)現(xiàn)，1988年試驗(yàn)報(bào)告Bcl-2基因可使細(xì)胞存活時(shí)間延長，1990年進(jìn)一步確證Bcl-2基因具有抗細(xì)胞凋亡的功能[1]。Bcl-2基因及其表達(dá)蛋白可抑制多種組織細(xì)胞的凋亡，所以稱其為凋亡抑制基因[2]，其表達(dá)和調(diào)控是影響細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素之一。Bcl-2基因家族根據(jù)功能和結(jié)構(gòu)分為兩類，一類是抗凋亡的(anti-apoptotic)，如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一類是促進(jìn)凋亡的(Pro-Apoptotic)，如：Bax、Bak、Bad、Bid、Bim[3]。Bcl-2 基因抗凋亡的機(jī)制目前認(rèn)為主要有：(1)拮抗促凋亡基因bax；(2)抑制促凋亡細(xì)胞色素C自線粒體釋放入胞質(zhì)；(3)阻止胞質(zhì)中的細(xì)胞色素C激活caspase；(4)抗氧化及維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)[4]。生理狀態(tài)下，Bcl-2基因家族的大部分抗凋亡蛋白一般作為細(xì)胞器膜的整合膜蛋白被隔離起來，而促凋亡蛋白則以非活性的形式分布于胞液中或細(xì)胞質(zhì)骨架上。一旦細(xì)胞受到凋亡信號刺激，促凋亡蛋白便在某些蛋白酶的作用下發(fā)生構(gòu)象變化，從胞液中易位到細(xì)胞器膜上，尤其是線粒體外膜，并與膜上的抗凋亡蛋白發(fā)生相互作用，調(diào)控蛋白酶和核酸酶的活性，雙向調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。

1　Bcl-2家族與細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡[5]，有別于壞死，是維持機(jī)體平衡的一個重要機(jī)制，它的缺陷可能導(dǎo)致多種嚴(yán)重疾病，如神經(jīng)退行性疾病[6]、自身免疫性疾病[7]及癌癥[8-10]發(fā)生。線粒體是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生能量的重要細(xì)胞器，被認(rèn)為是細(xì)胞生存與死亡的調(diào)節(jié)中心。細(xì)胞因子、死亡受體、脂溶性激素、病原微生物、多種金屬離子及輻射等因素可影響線粒細(xì)胞內(nèi)的電子傳遞鏈及能量代謝,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。研究證明，在大多數(shù)凋亡信號級聯(lián)中線粒體外膜透化作用(MOMP)是最重要的一個點(diǎn)，細(xì)胞凋亡的線粒體途徑表現(xiàn)為MOMP和活化細(xì)胞色素C[11]，而Bcl-2家族的成員之間的相互作用可控制MOMP[12]。Bcl-2和Bd-xL主要結(jié)合在線粒體外膜，抑制細(xì)胞色素C釋放及caspases的激活發(fā)揮抗凋亡作用；相反，促凋亡蛋白如Bax 和Bak等作用于線粒體外膜，導(dǎo)致細(xì)胞色素C的釋放而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。最新研究發(fā)現(xiàn)線粒體膜上的galectin-7(Gal7)于紫外線照射后，Gal7的超表達(dá)增加了細(xì)胞凋亡的易感性，內(nèi)生Bcl-2與Gal7重組及交互，可顯著降低Gal7在線粒體的數(shù)量[13]，此Gal7/Bcl-2可能構(gòu)成一個新的控制細(xì)胞凋亡途徑。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(the endoplasmic reticulum，ER)是細(xì)胞凋亡的發(fā)動者，Bcl-2家族蛋白在ER膜[14]可能會構(gòu)成一個“微調(diào)”鈣代謝調(diào)節(jié)變阻器，介導(dǎo)ER啟動細(xì)胞凋亡。IRE1a是ER膜上一個抑制細(xì)胞凋亡的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白，在Bak和Bax基因缺陷小鼠應(yīng)用衣霉素誘導(dǎo)的肝損傷模型中，肝細(xì)胞凋亡明顯減少，可能是由于缺乏IRE1a活性[15]。

2　Bcl-2家族與細(xì)胞自噬

細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)依賴于生物合成和降解之間的平衡。自噬參與細(xì)胞生長、生存、發(fā)展和死亡過程[16]。自噬在細(xì)胞的作用存在爭議。一方面,自噬作為一種適應(yīng)性反應(yīng)，為細(xì)胞提供營養(yǎng)和能量，刪除自噬基因或藥物阻斷某些自噬過程導(dǎo)致細(xì)胞死亡；另一方面，過多自噬的激活可加速細(xì)胞死亡。Bcl-2家族蛋白是自噬的主要監(jiān)管機(jī)構(gòu)[17]，自噬激活伴隨著Bcl-2蛋白含量的減少，Bcl-2小分子抑制劑進(jìn)一步提高自噬活動。最近，Robert等[18]報(bào)道，細(xì)胞死亡依賴于自噬機(jī)制，抑制Bcl-2家族蛋白，可引起細(xì)胞過多死亡。因此Bcl-2可能是平衡自噬活動的一個重要的機(jī)制[19]。

3　Bcl-2與缺血再灌注損傷(IRI)

缺血/再灌注損傷(ischemia reperfusion injury,IRI)可發(fā)生在多個器官組織中，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)和多器官功能障礙[20]。IRI與移植器官的無功能和功能障礙密切相關(guān)，同時(shí)IRI也增加了移植物急慢性排斥反應(yīng)的發(fā)生率，因此減少IRI可以大大提高移植成功率?，F(xiàn)在研究較廣的移植領(lǐng)域是肝臟移植,肝臟是一個能源需求高的器官,移植過程中容易發(fā)生缺血、缺氧[21]。Bcl-2在移植器官組織中高表達(dá)[22]，可減輕缺血再灌注損傷。研究發(fā)現(xiàn)，將抗凋亡Bcl-2基因載體植入哺乳動物肝細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)早期線粒體變化與細(xì)胞凋亡不明顯[23]。因此Bcl-2對IRI可能有細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)。所以今后針對Bcl-2進(jìn)行開發(fā)降低IRI的藥物將成為研究的重點(diǎn)方向。

4　Bcl-2與腫瘤

目前惡性腫瘤的治療仍然是世界范圍內(nèi)研究的重點(diǎn)，由于初次治療以后腫瘤細(xì)胞對化療及放療的敏感性下降，患者不能得到完善的治療效果。細(xì)胞凋亡在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及在其產(chǎn)生耐藥中發(fā)揮著重要作用。Bcl-2家族的表達(dá)和調(diào)控對腫瘤細(xì)胞凋亡具有較大的影響[24]，其在細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮重要作用。Bcl-2還能協(xié)同原癌基因ras的作用，使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)腫瘤增長。許多人類腫瘤如胃腸道腫瘤[25]、淋巴瘤[26]、成神經(jīng)細(xì)胞瘤及膀胱癌等都存在著Bcl-2和(或)Bcl-xL的過度表達(dá),且高表達(dá)的Bcl-2可抑制細(xì)胞凋亡，使細(xì)胞生長加速，進(jìn)而導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Bcl-2家庭成員通過一個精確的平衡(BAX,BAK,and BH3-only proteins)和pro-survival(BCL2及其最親密的同系物,BCLXL BCLW和MCL-1)調(diào)節(jié)細(xì)胞程序性凋亡和控制細(xì)胞生長[27]?，F(xiàn)研究發(fā)現(xiàn),PUMA的功能在腫瘤細(xì)胞中明顯受到抑制，超過50%的人類腫瘤細(xì)胞存在p53的變異[28]，而突變的p53能消除由化療和放療誘導(dǎo)的PUMA的上調(diào)。PUMA是p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子,屬于Bcl-2 家族中只含有一個BH3結(jié)構(gòu)域蛋白成員，可在包括基因毒性應(yīng)激、癌基因無受控表達(dá)、氧化還原狀態(tài)改變等多種應(yīng)激條件下，誘發(fā)依賴p53及非依賴p53機(jī)制的細(xì)胞凋亡。PUMA主要機(jī)制是將凋亡信號傳導(dǎo)給線粒體，經(jīng)過各種途徑激活Bcl-2 家族成員中的Bax和(或)Bak，通過釋放細(xì)胞色素C，細(xì)胞色素C在ATP的存在下可與凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)結(jié)合形成凋亡復(fù)合體然后進(jìn)一步聚集上調(diào)caspase導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[29]。在有關(guān)乳腺癌發(fā)病研究中發(fā)現(xiàn)低Bcl-2表達(dá)與乳腺癌易感性有積極的關(guān)系，而高Bcl-2表達(dá)與乳腺癌預(yù)后正相關(guān)[30]。在肺癌裸鼠模型中，Bcl-2超表達(dá)可使肺癌細(xì)胞對紫杉醇更敏感，紫杉醇抗腫瘤療效顯著增加[31]。Bcl-2蛋白質(zhì)已被確認(rèn)為有抗癌治療價(jià)值，其抑制劑如藤黃酸、N-aryl馬來酰亞胺已經(jīng)開發(fā)并用于多種惡性腫瘤臨床試驗(yàn)，包括慢性淋巴細(xì)胞白血病等。抑制Bcl-2表達(dá)的反義寡核苷酸或小分子抑制劑目前正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)，此外,Bcl-2家族蛋白在癌癥患者的細(xì)胞免疫反應(yīng)中有突出作用,免疫介導(dǎo)抗腫瘤治療正成為一個熱點(diǎn)研究方向[32]。

綜上所述,近年來大量的研究表明，Bcl-2基因家族作為一類細(xì)胞凋亡相關(guān)基因，在調(diào)控細(xì)胞凋亡、降低缺血再灌注損傷、抗腫瘤等方面具有重要作用。深入研究Bcl-2的結(jié)構(gòu)、不同階段的表達(dá)及調(diào)控機(jī)制，研究和開發(fā)Bcl-2家族相關(guān)靶向藥物如Bcl-2家族抗凋亡蛋白抑制劑等，對更好的治療腫瘤等疾病具有重要的臨床意義。

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Research progress of the Bcl-2 gene family

REN Yu-wei,SU Hua-wei

(DepartmentofBiliary,LaparoscopicMinimallyInvasiveSurgery,theSecondAffiliatedClinicalHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150086，China)

Bcl-2 family proteins are key regulatory molecules of apoptosis. Mitochondria and endoplasmic reticulum etc. play important roles in the process of apoptosis. Bcl-2 family proteins can have direct or indirect effects on mitochondria to play its function. Bcl-2 gene family has also a unique role in ischemia-reperfusion injury (IRI). The expression and regulation of Bcl-2 family has great influence on tumor cell apoptosis. How to regulate the expression of Bcl-2 family members and the expression-related target therapy have become a direction of future research. This article summarizes the present research progress.

Bcl 2； cell apoptosis; mitochondria； endoplasmic reticulum (ER)； ischemia reperfusion injury(IRI)

綜述10.11724/jdmu.2015.02.25

任玉偉(1989-)，男，河南周口人，碩士研究生。E-mail:ryw89618@126.com

宿華威，副主任醫(yī)師。E-mail:shw@medmail.com.cn

R3

A

1671-7295(2015)02-0202-04

2014-07-31；

2015-01-21)