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1、临床医学论文-紫外线诱导细胞凋亡分子机制的研究进展【关键词】 UV 诱导细胞由于近年来大气中臭氧层的破坏，辐射到地面的紫外线（ultraviolet,UV）增多。近年来研究发现 UV 不仅能引发日旋光性皮炎、皮肤老化、免疫抑制、白内障和皮肤癌等疾病，还能诱导细胞发生凋亡。机体通过凋亡这种方式清除受损的细胞，从而避免癌症的发生。因此，有关 UV 诱导细胞凋亡的分子机制成为此领域研究的热点。1 UV 诱导细胞凋亡的可能机制UV 诱导凋亡的机制具有细胞特异性，科研人员对 UV 诱导的凋亡作过大量的研究提出了如下几种可能的机制。1.1 依赖于 DNA 损伤的细胞凋亡当 UV 照射细胞后，细胞内的生色团
2、将光能转化为生物化学信号，从而行使生物学功能。DNA 作为 UV 的一个主要靶标，可以引起 DNA 损伤。当 DNA 受损伤后 P53 增多，介导细胞停滞在 G1 期以修复损伤；不可逆损伤发生时 P53 则通过诱导凋亡启动细胞死亡。Henseleit 等发现当 HaCaT KC 经 UV 照射后，P53 蛋白以时间和剂量依赖形式上升，并先于凋亡的发生。这种升高不能被蛋白合成抑制剂抑制，而阻断 P53 可部分阻滞 KC 的凋亡，从而证实 P53 在 UV 诱导凋亡中的作用。 研究发现凋亡的角质形成细胞的发生涉及到 P53 的表达，经紫外线处理后的小鼠、P53 功能缺损的小鼠与正常小鼠相比，“晒伤
3、细胞”明显减少1。经过紫外线处理的角质形成细胞，如果 DNA 修复功能没有实现，那么这些细胞将以 “晒伤细胞” 的形式凋亡，从而避免了恶性肿瘤的发生。在表皮细胞中，由于凋亡的发生率与“晒伤细胞”的数目相关，这些暗示着“晒伤细胞”的形成被 DNA 的损伤所调节。因此，经紫外线处理的角质形成细胞，如果 DNA 损伤修复率提高，那么凋亡率的发生就明显下降。Kulms 等研究发现，经紫外线处理的 Hela 细胞，通过脂质体介导的光复活酶转染细胞，通过光复活作用使嘧啶二聚体减少，在一定程度上可抑制细胞凋亡发生2。在鼠和人体内实验也得到了同样的结果，通过脂质体介导的 T4N5 转染细胞，在一定程度上减少了
4、“晒伤细胞”的数目3。由此可见，细胞基因组 DNA 的损伤在紫外线诱导的细胞凋亡中扮演重要角色。然而，经紫外线处理后一方面可促进 P53 表达并伴随着细胞凋亡，防止肿瘤的发生；另一方面可造成 P53 基因的突变，提高肿瘤发病率。经 UV 处理后的角质形成细胞大约有 4%发生 P53 基因的突变，然而，非常少的细胞发生癌变,由此可见还涉及其它的途径诱导细胞凋亡。Kulms 等在体外实验证实通过光复活作用提高 DNA 的修复，并没有完全抑制凋亡的发生，表明还存在其它的通路起始细胞凋亡2。1.2 死亡受体介导的细胞凋亡死亡受体家族是从属于 TNFR/NGF2R 超家族的一个亚家族。TNFR/NGF2
5、R 超家族都具有特征性的 25 个富含半胱氨酸的细胞外重复序列。死亡受体具有细胞内死亡区域(death domain,DD),这一区域是转导细胞凋亡信号所必须的。目前已知的死亡受体亚家族成员有 6 个,分别命名为 TNFR1(CD120a)、CD95(APO1/Fas) 、DR3(APO3,LARD,TRAMP,WSL1) 、TRAILR1(APO2,DR4) 、TRAIL2(DR5 ，KILLER，TRICK2)、DR6。在这些死亡受体当中,Fas 与 TNFR1 是目前研究较为清楚的 2 个。Fas 受到 FasL 或其它激动性抗体的激活后形成三聚体,并先后募集衔接蛋白分子 FADD/Mo
6、rt1,procaspase8(FLICE,MACH,MCH5)等,形成死亡诱导信号传导复合体(deathinducing signalling complex,DISC),procaspase8 在 DISC 中发生蛋白水解而活化形成有活性的四聚体,从而启动细胞凋亡的信号。 紫外线处理人角质细胞株 HaCaT 后，免疫沉淀显示 UV 诱导其凋亡的机制是直接激活 CD95，通过连接器蛋白 FADD，启动凋亡通路4。激光共聚焦扫描显微镜显示，经紫外线处理的细胞 CD95 受体在细胞表面簇集。相反，未经处理的细胞只有很少的 CD95 在细胞表面存在。Rosette 等报道用紫外线处理细胞可直接活化
7、细胞表面一些受体（如：表皮生长因子、TNF、干扰素1 ），活化的受体可激活胞内 JNK 信号通路5。如果将细胞置于 10条件下用紫外线处理，那么将阻止 JNK 信号通路的活化，因为这样的条件可抑制这些受体在细胞表面的群集，因此，较低的温度下用紫外线处理 HaCaT 细胞，几乎可完全抑制 CD95 群集，从而降低凋亡率。以上的结果表明紫外线诱导的细胞凋亡可由膜表面死亡受体介导。如果紫外线诱导的细胞凋亡存在两条途径：一条途径由 DNA 损伤而诱发的细胞凋亡，另一条途径是由细胞死亡受体介导的细胞凋亡，那么通过抑制这两条通路将导致细胞凋亡率的降低。为了阐明这个问题 Kulms 等在 4条件下用紫外线处
8、理 HeLa 细胞，然后通过光复活作用进行 DNA 修复。低温条件下，使死亡受体的群集受到抑制，从而在一定程度上降低了凋亡率；通过光复活作用提高 DNA 的修复，细胞凋亡明显被抑制。因此，只有两条通路同时被阻断，才能抑制凋亡的发生2。以上的研究表明，DNA 损伤和死亡受体两条通路既相互联系又相互独立。然而，即使阻断死亡受体通路，同时减少 DNA 损伤，也不能完全阻止细胞凋亡的发生。由此可见在紫外线诱导的细胞凋亡中可能还存在第三条途径。1.3 线粒体损伤介导的细胞凋亡线粒体是细胞内主要的 ATP 生产中心，在细胞凋亡、人的衰老、癌症、信号转导的发生过程中起着非常重要的作用。近年来，线粒体被视为细
9、胞凋亡的关键组件。越来越多的研究表明，在紫外线、电离辐射等凋亡信号的刺激下，线粒体的膜电位会丢失，线粒体的通透性会发生变化，各种凋亡因子会从线粒体释放到细胞质中，它们或激活 caspase，或独立地破坏核染色质，从而表现出细胞凋亡的各种形态特征，即胞质浓缩，DNA 的大规模片段化，最后细胞膜内陷形成凋亡小体6。Bc2 家族与凋亡密切相关。研究表明,在线粒体对凋亡的调控中,Bcl2家族的表达产物对线粒体内一些促凋亡因子的释放具有调控功能,因此在决定细胞生死中也具有十分重要的作用。研究发现 UV 可以使 Bcl2 的表达下调，从而诱发凋亡，同时伴随着 Smac/DIABLO 从线粒体释放到胞质7。
10、活化型Smac/DIABLO 蛋白 N2 末端的 IAP 结合域是调节凋亡的功能区,该区一旦与凋亡抑制蛋白(IAPs)相结合,即解除 IAPs 对 caspase9 及 caspase3 活性的抑制作用,从而促进凋亡8。并且研究发现在某些 UV 诱导的凋亡中线粒体途径和死亡受体途径同时存在9。2 其它机制2.1 神经酰胺介导的细胞凋亡大量的研究表明，鞘磷脂的代谢产物可能参与某些细胞凋亡信号传递途径。在 TNF 等启动的众多信号途径调节子中，神经鞘磷脂的代谢产物神经酰胺可能是凋亡启动的关键调节子。经紫外线处理的细胞能激活神经鞘磷脂酶（ASMase）通路，它能水解鞘磷脂而产生神经酰胺，神经酰胺作为
11、第二信使启动细胞凋亡10。神经酰胺调节 UV 诱导的 JNK 的活性，对于凋亡基因的转录激活是必须的，抑制 JNK 的活性，将阻断 UV 诱导的 293 细胞凋亡。研究发现在ASMase 缺失的细胞株，UV 诱导的 JNK 的活性被阻断。然而，Adam 等研究发现，类脂组织细胞增多症病人的成纤维细胞在缺失 ASMase 的情况下，用紫外线处理细胞可激活 JNK 信号通路。由此可见，ASMase 和神经酰胺在 UV 活化的 JNK 通路与细胞凋亡之间的作用还有待阐明。Madhumita 等研究发现，UV 可诱导的凋亡被神经酰胺调节具种属特异性11。2.2 SAPK/JNK 信号通路 紫外线引起的
12、凋亡受 JNK、细胞色素C、Apaf1 procaspase9 、caspase3 基因缺乏抑制。外界的刺激作用于细胞，通过 MAPKK、MKK4 和 MKK7 激活了 JNK 信号转导通路，而后作用于线粒体，促使细胞色素 C 的释放，细胞色素 C 释放后和 procaspase9 Apaf1 结合，最终作用于 caspase3 ，激活的 caspase3 同凋亡底物结合，引起细胞凋亡；JNK 还可以通过磷酸化 Bc12 和 Bc1x ，促进线粒体释放细胞色素 c，激活caspase 级联反应，导致细胞凋亡12。另外，JNK 还可以通过 BimBmf 介导线粒体途径的凋亡，JNK 可以通过 A
13、P1 提高两者的表达量，也可以直接磷酸化激活 BimBmf，再通过 BaxBak 来发挥作用13。JNK 可介导细胞凋亡，但有些激活 JNK 的刺激物并不引起凋亡，部分是由于 JNK 依赖性的调亡信号被存活信号通路阻断所致。因此，JNK 诱导细胞凋亡的确切分子机理仍不清楚。2.3 蛋白激酶 C（PKC）蛋白激酶在调节表皮分化中起着重要作用，近年来还发现其参与 UV 诱导的多种细胞类型的凋亡14。正常人 PKC 经 UV 辐射，可使 PKC 在其亲水端产生一催化区域，这一变化可提高 PKC 的活性，而抑制 PKC 的活性能阻滞 UV 诱导凋亡的发生。UV 诱导细胞凋亡的信号通路是一个综合的生化反
14、应过程，紫外线诱导的细胞凋亡的信号通路是极其复杂的，受到多种因素调控，往往是几条信号通路相互联系、“相互对话”，从而执行其生物学效应。随着对凋亡机理的不断揭示，对紫外线的生物学效应也将会有更深入地了解。参考文献：【参考文献】1Ziegler A,Jonason JS,Leffel DW,et al.Sunburn and p53 in the onset of skin cancerJ.Nature，1994,372:7732Kulms D,Yarosh D,Luger TA,et al.Nuclear and membrane effects contribute independently
15、 to the induction of apoptosis in human cells exposed to ultraviolet B radiationJ.Proc Natl Acad Sci USA，1999,96:79743Stege H,Toza L,Vink AA,et al.Enzyme plus light therapy to repair DNA damage in ultravioletBirradiated human skinJ.Proc Natl Acad Sci USA，2000,97:17904Srinivasan A, Li F,Wong A,et al.
16、Bclxl functions downstream of caspase8 to inhibit Fasand tumor necrosis factor receptor 1induced apoptosis of MCF7 breast carcinoma cellsJ.J Biol Chem,1998,273:45235Aragane Y,Kulms D,Kothny G,et al.Ultraviolet light induces apoptosis via direct activation of CD95(FAS/APO1) independently from its natural ligand CD95LJ.J Cell Biol，1998，140:1716Hengartner
