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一篇关于程序性细胞凋亡的综述 摘要: 程序性细胞死亡的过程，一般具有特别的形态学特征和耗能的生物化学机制。在所有生命过程中，凋亡被认为是一个至关重要的部分。这些过程包括了正常的细胞运转，正常的生长发育和正常的免疫系统运作机制，激素依赖性的萎缩，胚胎发育以及化学介导的细胞死亡。不合理的凋亡（太多或太少）是人类众多疾病（包括神经退行性疾病，缺血性脑损害，自身免疫疾病和多种癌症）的一个重要因素。在众多治疗手段中，这种调节细胞生死的能力，被认为有着极大的潜能可以发掘。因此，目前研究的焦点将继续集中在：正确地认清那些能够调控细胞周期的阻滞与凋亡的物理或化学信号传导上。现在，细胞凋亡这一领域的研究已经发展到了一个极其惊人的速度上。虽然，已有很多关于凋亡蛋白因子的关键因素已经被认识到，但在分子结构上，这些因子的活性与灭活的原因尚待被阐明。本综述正是为了提供一个关于凋亡过程（包括其形态学，生物化学，凋亡在健康与疾病中所扮演的角色，检测凋亡的方法，以及潜在的可能的其他形式的凋亡）的所有现有认识的总结。 简介 凋亡，这一学术术语，第一次被运用是在1972年的一篇由Kerr,Wyllie和Currie共同发表的当代经典论文中。该论文描述了形态学上的细胞死亡的形式特征。但在多年以前，凋亡这一观念已被明确地描述。我们关于凋亡机制的认识，包括了从哺乳动物细胞的“蒸发”到发生在秀丽隐线虫发育过程中的程序性细胞死亡。在被编队的成熟蠕虫活体标本上的1090个体细胞中，有131个细胞发生了凋亡或“程序性的细胞死亡”。这131个细胞在虫体发育过程中，都死在了特定的时间点上，这一点在不同的蠕虫个体上有着基本不变的特性，而且在系统的调控中有着高度的精确性。作为一种独特且重要的“程序性细胞死亡”的模式（该模式包括了细胞内基因决定性消除），凋亡已被普遍认可并被接受。当然，时刻关注被描述却尚未被研究的或尚未被发现的其他形式的程序性细胞死亡也是十分重要的。 正常的细胞凋亡发生在生长发育的组织中，被作为一种供养其他细胞群的机体所特有的自我平衡机制。凋亡同样发生在防御机制中（像免疫反应时，细胞被疾病或有毒物质损伤的时候）。 虽然有如此多的刺激因素与条件，包括生理与病理上的，能够触发细胞凋亡，但并非所有细胞会死亡以此作为对相同刺激的回应。放疗或化疗破坏了一些细胞的DNA，并在一条P-53依赖性的途径上引起了细胞凋亡。一些激素，如皮质类固醇激素能引发一些细胞的凋亡。而与此同时，体内其他细胞却没受到其影响，有的甚至连被刺激到都没有。一些细胞能表达出Fas或TNF受体（经由蛋白质的交联和化学键的结合）来引导细胞凋亡。而其他细胞缺乏这一死亡途径的，其生长必须被一些残存的因子，比如激素或生长因子所阻止。这里还有一个关于如何从坏死细胞中区分凋亡的问题。这两种过程是独立发生的，有序的，而且同时的。在某些情况下，刺激的形成或刺激的程度决定了一个细胞是死于凋亡还是坏死。在低强度的有害刺激比如热，辐射，缺氧和细胞毒性抗癌药物作用下，能够诱发凋亡，但在高强度同种刺激下也能导致细胞坏死的结果。最后，凋亡是一种协调并且经常需耗能的过程。该过程涉及到了一组被称为“caspases”的半胱氨酸蛋白酶和一系列复杂的事件（联系人新加入的刺激并最后致使细胞死亡）。 凋亡的形态学 在光学电子显微镜下，已经可以确认多种发生在凋亡期间的细胞形态学上的改变。在凋亡的早期，细胞的收缩和细胞核的固缩在光镜下是可见的。在细胞收缩的过程中，细胞体积变小，细胞质变得紧密，细胞器被紧紧地塞在里面。核固缩是核染色质紧缩的结果，这也是凋亡最明显的特征。在用苏木精—曙红染色的组织学检查中，凋亡仅涉及单个或一小群细胞。凋亡细胞变化为一团团圆形或椭圆形的含嗜酸性细胞质和深浓紫色核染色质片段的东西。电子显微镜能够更好地辨认这些亚细胞结构的改变。在染色质凝聚阶段的早期，电子密集型的核材料都典型地聚集在核膜下的外围，虽然它们也都紧缩在核心。 在一个叫做萌芽的过程中，核破裂与细胞分开后的碎片进入凋亡小体伴随着广泛的质膜出泡运动不断发生着。凋亡小体内包含着细胞质， 排列紧密的细胞器，有的还有核碎片。这些细胞器的完整性依旧被保持着，因为它们被一层完整的半透膜包裹着。凋亡小体随后会被巨噬细胞、实质细胞或肿瘤细胞吞噬，并在溶酶体作用下被消化。那些吞噬并消化凋亡细胞的巨噬细胞被称为着色小体巨噬细胞，常常会出现在淋巴滤泡反应性生发中心内；偶然也有出现在胸腺皮质内的。着色小体是来自凋亡小体的多个核碎片。在细胞凋亡过程及凋亡细胞的消除过程中基本上没有炎症反应，是因为：⑴.凋亡细胞不会向周围组织间质十分其细胞成分;⑵.它们会很快地被周围细胞吞噬，因此防止了二次坏死的发生；⑶.吞噬细胞并不产生抗炎细胞因子。 区分细胞坏死与凋亡 替代细胞凋亡的一种方式：坏死，一种被认为是有毒的过程。其“被害人”——细胞，死亡时还需消耗能量。但由于坏死是指细胞死亡后发生的降解过程，它被认为是一个并不恰当的形容细胞死亡的机制的不恰当的词。因此，细胞胀亡是用来描述一个引导了karyolysis和细胞肿胀的细胞死亡过程，而细胞凋亡引导的细胞死亡是指细胞体积缩小，固缩，核碎裂。因此，“胀亡型细胞死亡”和“胀亡型坏死”已被提议作为用来描述伴随有细胞肿胀的细胞死亡以替代“细胞死亡”，但此时这些术语没有得到广泛的使用（Majno里斯，1995年，李文等，1999）。 虽然细胞凋亡和坏死的机制和形态各不相同，但这两个过程之间有重叠。有证据表明，坏死和凋亡代表了一个描述为“细胞凋亡坏死连续性”的共同的生化网络（蔡司，2003年）。例如，有两个因素，能够将正在进行的细胞凋亡的过程转换成坏死的过程——“caspases”可用性的减少和细胞内ATP的减少（Leist等，1997;。Denecker等，2001）。无论坏死或凋亡的细胞死亡都部分依赖于细胞死亡的信号传导，组织类型，发育阶段的性质，组织及生理环境（Fiers等人，1999年蔡司，2003年）。 使用传统的组织学，并不容易区分细胞坏死或凋亡，而且它们可以在刺激、ATP耗竭、caspases的可用性的程度等因素下同时发生（蔡司，2003年）。坏死 是不受控制的，被动的过程，通常影响大遍区域的细胞。而细胞凋亡是可控制的和能源依赖性的，并可以影响单个或多个细胞簇。细胞坏死的伤害是由两个主要机制介导的：干扰细胞的能量供应和直接破坏细胞膜。有的坏死主要是形态学改变，包括细胞肿胀，胞浆空泡形成，扩张的内质网形成细胞质滤过泡; 线粒体的肿胀或破裂，核糖体脱离，细胞器膜的肿胀，破裂的溶酶体，并最终破坏细胞膜（科尔等人，1972年; Majno和里斯，1995年特朗普等，1997），而细胞质中的内容经损失了完整性的细胞膜到周围组织，并发送chemotatic信号最终招致炎性细胞。而由于凋亡细胞不释放其细胞成分到周围的间质组织中，并迅速由巨噬细胞或相邻正常细胞吞噬，基本上是有没有炎症反应（萨维尔和Fadok，2000; Kurosaka等，2003）。值得注意的一点是，固缩，核碎裂并非仅仅 发生细胞凋亡中，也可以是一个cytomorphological变化的频谱的一部分（Cotran等，1999）。表1比较了一些细胞凋亡和坏死主要的形态特征。 细胞凋亡是一个不可逆转的进程吗？ 许多控制着程序性细胞死亡的杀灭及吞噬过程的基因已经被确定，这些过程的分子机制已被证明是属于保守的进化（Metzstein等，1998）。直到最近，细胞凋亡——传统上被认为是与Caspase激活细胞的不可逆过程死亡和吞噬基因去除死细胞的目的服务。然而，由巨噬细胞吸收和清除的凋亡细胞可能不仅仅是涉及了搬迁了细胞碎片。 Hoeppner等人表明，阻断线虫吞噬基因窗体顶端，当细胞受到弱的促凋亡信号时，竟能增强了细胞的存活率（Hoeppner等，2001）。 Reddien等表明，线虫，部分丧失功能的突变，导致杀手基因让一些编程，通过细胞凋亡的死亡细胞的生存，吞噬基因突变提高了这种细胞的存活的频率。此外，基因突变允许在仅吞噬基因的一些细胞的存活和分化否则注定要死亡通过细胞凋亡（Reddien等，2001）。这些研究结果表明，基因该调解搬运尸体的功能也可以积极地杀死细胞。换句话说，吞没细胞可能采取行动，以确保触发发生凋亡的细胞就会死亡比恢复，而死亡后的最初阶段。 在脊椎动物中，有一些为巨噬细胞的潜在作用的证据，在推动在一些组织中的细胞死亡。消除巨噬细胞在大鼠前房眼睛造成的血管内皮细胞，通常发生凋亡的生存（迭Roux和郎，1997年）。其他的研究表明，抑制巨噬细胞扰乱鼠标眼睛或组织重塑在蝌蚪的尾巴，在回归两个涉及细胞凋亡（郎和主教，1993年，小和弗洛雷斯，1993年）的过程。 Geske和同事（2001年）表明，早期p53诱导细胞凋亡可以从获救凋亡程序，如果被删除的凋亡刺激。他们的研究表明，DNA修复激活p53诱导细胞凋亡过程中的早期，这种DNA修复可能参与的细胞死亡途径在某些情况下扭转。 细胞凋亡的机制 细胞凋亡的机制是非常复杂和先进的的，涉及energydependent级联分子事件（图3）。迄今为止，研究表明，有两个主要的凋亡途径：外在或死亡受体途径和内在线粒体途径。然而，现在有证据表明，两种途径联系，在一个通路的分子能影响其他（Igney和克拉姆，2002年）。有一个额外的途径，包括T细胞介导的​​细胞毒性和穿孔，granzymedependent杀害的细胞。穿孔素/颗粒酶途径可诱导凋亡通过任颗粒酶B或颗粒酶A.外在，内在，和颗粒酶B途径衔接在同一个终端，或执行途径。这途径是启动caspase - 3的裂解结果DNA断裂，细胞骨架和核蛋白质的降解，交联蛋白质，形成凋亡小体，吞噬细胞的配体的表达受体，并最后被吞噬细胞摄取。颗粒酶的途径激活并行，caspase独立的细胞死亡途径，通过单链DNA损伤（Martinvalet等。2005年）。 生化特征凋亡细胞展览等多项生化修改蛋白裂解，蛋白交联，DNA击穿，和吞噬细胞识别独特的结构病理结果如前描述。 Caspases是广泛表达于大多数细胞不活跃酶原形式，一旦激活常常可以激活其他procaspases，使蛋白酶级联启动。一些procaspases也可以聚集和autoactivate。这种蛋白水解级联，其中之一凋亡可以激活其他caspases的，放大了凋亡信号转导通路，从而迅速导致细胞死亡。 字典窗体底端虽然不同的凋亡程序有不同的性质，这些性质包括认识周边的氨基酸，但他们都有蛋白质的水解活性，还能贴在天冬氨基酸残基蛋白质上。一旦凋亡程序被激活似乎已经是一个不可逆转的死亡。到目前为止，已经发现了十大caspases，分为发起人，关键者或者执行者。其他已经被确认的caspases包括caspase—11据说能调节细胞凋亡和在在败血性休克中起抑制作用，caspases-12能介导特殊内质网的和细胞毒性，通过amyloid-b，caspases-13被认为是牛的基因，还有caspase-14咋胚胎组织能够高表达，在成熟的组织中却没有。 广泛的蛋白教练是另一个细胞凋亡的特征和效率。这是通过表达和激活组织转麦麸氨基酸来实现的。DNA通过Ca+-Mg+依赖的核算内切酶也会发生裂解，导致DNA分解180-200碱基对碎片。一个典型的"DNA阶梯"可通过琼脂凝胶电泳的溴标记法和紫外照射即可显现。 另一个是表达的细胞表面标记，这导致相邻具有吞噬功能的细胞认识，使得对周围的损害达到最小值，这个过程的实现是通过内部脂质双分子层的磷脂酰丝氨酸在外部表达，尽管磷脂丝氨外在的是一个著名的识别为吞噬细胞配体表面上的细胞凋亡，最近研究表面，其他蛋白质也被暴露在表面。这些包括Annexin和Cacreticacin。 Annexin是吞噬细胞绑定的重组蛋白。他们之间的互相作用非常剧烈，特别是在磷脂丝氨酸的残留物上，这个可用于检测细胞凋亡的机制。C