线粒体与细胞凋亡的关系

老年医学与保健2007年第13卷第1期 Geriatr Health Care, 2007,Vol.13.No.1

4. 气滞血瘀型

主证：血脂升高、胸闷憋气、胸痛烦躁、痛有定处、舌质暗淡或见瘀点、脉涩。

治则：行气化瘀祛脂。

方药：桃仁红花煎加味。丹参、赤芍、桃仁、红花、香附、

当归、延胡索、生地、泽泻、草决明、青皮、陈皮。

用法：水煎，每日1剂，分2次温服。

（收稿：2006-05-26）

　　作者简介　见本刊第12卷第1期第56页。

·综　　述·

线粒体与细胞凋亡的关系

张新勇（综述） 　王士雯（审校）

　　[中图分类号] R329.24 [文献标识码] A [文章编号] 1008-8296(2007)-01-0056-03

一、细胞凋亡及其与线粒体的关系

细胞凋亡(apoptosis)亦称程序化细胞死亡(programmed cell death)，是机体组织清除受损、衰老或多余细胞的一种自杀方式，它对于健康机体的维持、神经系统的正常发育、免疫系统正常功能的维持等方面具有重要意义。细胞凋亡的形态特征为胞质浓缩、核染色质凝缩、DNA大规模断片化、细胞膜内陷并发泡形成凋亡小体(apoptotic bodies)。

线粒体是一层双层膜围成的囊状结构，外膜与内膜间的空腔称为外室，由内膜围成的腔称为内室或线粒体基质。线粒体具有介导细胞生和死的功能:线粒体具有氧化磷酸化、传递电子、贮存Ca、能量代谢、抗活性氧化等重要生理作用，它为细胞的各种生命活动提供基础能量。研究发现，线粒体内也包含一些与细胞凋亡有密切关系的物质，如细胞色素C(CytC)、凋亡诱导因子(AIF)、Ca2+和活性氧自由基(ROS)等。在凋亡信号的刺激下，线粒体膜通透性增加，由此产生一系列关键性变化，包括CytC的释放、线粒体跨膜电位(ΔΨm)的下降、细胞内氧化还原状的改变、Bcl基因家族成员的介入等。不同信号的传导最终集中到线粒体上激活或抑制这些事件的发生，再经相应的信号传导通路调控凋亡。因此，线粒体在细胞凋亡的发生中起着重要作用，被形象地称为细胞凋亡的“燃烧室”。目前研究发现，凋亡的调节主要有两条主要途径：外源性途径（或称为死亡受体途径）和内

[2]

源性途径（或称为线粒体途径）。本综述重点讨论线粒体途

[1]

2+

VDAC)，即孔蛋白(porin)、腺苷酸移位酶(adenin nucleotide translocase，ANT)及亲环素D(CyP-D)复合物在内外膜交接处构成的一种复合结构。VDAC位于线粒体外膜中，为非专一性孔蛋白，其运输作用由专一性的反向转运载体(antiporter)-ANT来调节。ANT是甲状腺素的专一受体，单独存在时对Ca2+非常敏感。在健康的线粒体中，VDAC和ANT形成了一个大分子复合物，在生成ATP的基质和消耗ATP的细胞质之间运送腺嘌呤核苷酸。但是在应激状态，如Ca2+浓度升高、氧化应激、腺嘌呤核苷酸的耗竭、无机磷酸盐浓度升高、线粒体内膜的去极化和缺血再灌注损伤时产生的刺激物都能促使MPTP开放[3]。尽管有报道促凋亡（Bax和Bak）和抗凋亡（Bcl-2和Bcl-xL）Bcl-2家族蛋白能够与ANT和VDAC相结合，但这些连接的功能和作用目前还在争论之中[4]。CyP-D属于分子伴侣(molecular chaper-one)，有肽基-脯氨酸顺反异构酶活性，在线粒体嵴的基质面结合到MPTP上，与MPTP的环胞菌素敏感性有关。

在应激状态下（如死亡信号），线粒体通透性转换孔（MPTP）开放并允许分子量小于1.5 kDa的物质通过，包括质子和水分子。因而导致线粒体膜内外的质子梯度和电势梯度崩溃，导致解偶联的氧化磷酸化作用。水分子的渗入归因于线粒体基质的高密度蛋白或代谢产物导致渗透压升高，从而可使线粒体肿胀和原来迂曲的线粒体内膜伸展。尽管线粒体内膜拥有足够的表面积来适应这些膨胀作用而自身不会破裂，但线粒体外膜的抗膨胀能力是有限的。因此线粒体内膜的膨胀导致线粒体外膜的破裂，从而导致细胞色素C和其他致凋亡蛋白释放到细胞质中[5]。最终，MPTP的开放，一方面使得线粒体内的死亡促进因子(deathe-promotingfactor，DPF)释放出来，促进凋亡的进行;另一方面，又使得细胞质进入线粒体基质，由此引起膜质子的转运异常，导致线粒体处于高渗状态，线粒体基质扩张，细胞骨架蛋白受压，直接导致细胞凋亡。因此，可以说线粒体通透性转换孔（MPTP）是细胞凋亡的线粒体途径的枢纽。

径介导的细胞凋亡。

二、细胞凋亡的线粒体途径与线粒体通透性转换孔（MPTP）

线粒体通透性转换孔（mitochondrion permeability transition pore，MPTP）被称为细胞生死开关的MPTP，是由电位依赖性阴离子通道(voltage dependent anion channel，

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）资助项目

(编号:G2000057004)“老年多器官功能不全的肺启动机制研究与验证”作者单位：　100853　北京，解放军总医院老年心血管病研究所 ·56·

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三、细胞凋亡的线粒体途径与细胞色素C

1996年王晓东发现细胞色素C在胞浆中可启动细胞凋亡，目前研究认为:细胞色素C从线粒体释放后，不仅使线粒体呼吸链、电子传递受阻，细胞能量供应减少，而且细胞色素C进入胞质后，可水解caspase-9酶原成caspase-9，又进一步水解caspase-3酶原，caspase-3被激活后，细胞进入不可逆的死亡过程。此外，研究证实:细胞色素C在线粒体中还具有抗氧化功能。因此推测细胞色素C释放入胞浆后，必然导致细胞自由基水平上升，进而引起细胞凋亡[6]。

因此，细胞色素C具有双重功能，除参与电子传递外，在细胞凋亡的启动中，作为凋亡起始因子，也起着重要作用。在线粒体损伤后，细胞色素C被释放到胞质中，从而引发细胞执行凋亡程序。细胞色素C由两个没有促凋亡活性的前体分子-血红素和脱辅基细胞色素C在膜间隙组装而成，具有促凋亡构象。此外细胞色素C发挥作用可能还有其他构象变化，如在果蝇的细胞凋亡中发现，在胱冬肽酶的帮助下，细胞色素C的一个隐藏抗原部位暴露出来，因而不被释放到细胞质中。实验还发现，细胞色素C与已变化了的细胞内膜结合后，也能发生构象变化，获得促凋亡活性。即使在凋亡后，细胞色素C仍与线粒体相连，具有共激活因子的特征。同时释放到细胞质的细胞色素C在dATP存在的条件下能与凋亡蛋白酶活化因子-1(apoptosis protease activating factor 1，APAF-1)结合[7]，使其形成多聚体，并促使caspase-9与其结合形成凋亡体(apoptosome)，结果是caspase-9被激活，激活的caspase-9能够激活其他的caspase如caspase-3等，从而诱导凋亡。哺乳动物的caspase-9和它的激活物APAF-1被认为是线粒体途径诱导凋亡所必需的，因为缺乏两者中任何一者的小鼠，都表现为神经元异常增生，淋巴细胞和成纤维细胞对一定的凋亡刺激表现出抵抗等。在人的细胞中已发现三种APAFs，研究表明APAF-2就是细胞色素C，APAF-1需要细胞色素C的存在才能活化caspase-9。

四、细胞凋亡的线粒体途径与凋亡诱导因子（AIF）凋亡诱导因子((apoptosis inducing factor，AIF)由位于X染色体一简单基因编码。AIF蛋白是一分子量为57 kD的黄素蛋白，与植物抗坏血酸还原酶和细菌NADH氧化酶具明显的同源性，其前体在胞浆合成后被转运到线粒体。正常情况下AIF局限存在于线粒体膜间隙。当线粒体凋亡时，AIF从线粒体转位进入胞质和胞核，直接导致染色质凝聚和大片段DNA降解。在Cyt-c/caspase凋亡途径上游发挥促凋亡作用。线粒体膜上Bal-2家族控制着线粒体MPTP的大小，能阻止AIF的释放，但不影响AIF的活性。在Ca2+、过氧化氢等的作用下，线粒体MPTP孔径变大，释放出AIF，也能诱导细胞色素C和胱冬肽酶-9、胱冬肽酶-2的释放。进入细胞核后，AIF启动DNA降解为大约50Kb的片断，随后这些片断在核内被核酸内切酶进一步切割。AIF自身并不具有核酸内切酶活性。许多研究表明AIF可能与EndoG或其他核酸内切酶协同作用，但这一机制还需要进一步研究。另有研究发现AIF已经与环胞菌素A相互作用可以降解DNA，AIF还刺激线粒体释放细胞色素C。虽有研究发现AIF从线粒体释放是caspase依赖

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的[9]，但是其释放后的功能是caspase非依赖的。AIF的促凋亡作用不为胱冬肽酶的抑制剂所抑制。除直接作为效应因子外，膜间隙中的AIF还可通过自身放大回路来影响线粒体膜的通透性，使其释放出更多的AIF，这些AIF再去作用于其他线粒体，进而破坏细胞内线粒体正常功能[10]。

五、细胞凋亡的线粒体途径与caspase家族

caspase全称为门冬氨酸特异半胱氨酸蛋白酶，它通过介导和执行死指令在细胞凋亡过程中发挥重要作用。作为凋亡的中心执行者，caspase在凋亡过程中大致分为启动caspase和效应caspase两类。启动caspase主要是caspase-8，9，10；效应caspase主要是caspase-3，-6，-7等，caspase是一类酶原，正常状态下以无活性的结构存在，caspase3的激活将导致DNA修复蛋白细胞骨架蛋白及其他caspase相关蛋白的裂解，在此过程中，caspase家族成员形成一个蛋白级联反应，使细胞DNA损伤，结果形成凋亡小体[11]。目前发现至少两条途径可激活caspase家族，一条是细胞内信号途径，通过线粒体细胞色素C释放到胞浆，与caspase-9、凋亡激活因子(APAF-1)及dATP形成凋亡体激活caspase-3，降解DNA酶的抑制剂(ICAD)而激活DNA酶(CAD)，后者导致DNA降解成寡聚核苷酸片段和进一步的染色体浓缩[12]。另一条途径称细胞外信号途径，即膜受体介导(Fas、FasL)，激活caspase-8，再激活caspase-3介导细胞凋亡。最近又提出了细胞凋亡的第三条途径，即内质网应激，引起内质网Ca2+释放，导致胞浆内Ca2+稳态失衡，激活caspase-12介导细胞凋亡。但凋亡也可发生于没有caspase启动的情况下。如凋亡诱导因子(AIF)在ATP缺失时黄素蛋白从膜内释放到膜外，可导致凋亡发生;AIF可以导致大范围染色质凝聚，同样可以诱导线粒体释放细胞色素C和procaspase-9;其他非依赖caspase的调节凋亡的因素包括核酸内切酶G(在凋亡过程中一种线粒体特异性的核苷酸酶被转运至胞核)以及L-Dnase，目前其机制不清。

六、问题与展望

虽然关于线粒体与细胞凋亡的关系，己有几种学说或模型说明，但还有许多问题尚待解决。另外线粒体基因改变与线粒体功能丧失的关系还缺乏更多的直接证据。这些都是有待研究的课题，对于这方面的深入研究可能成为新的研究热点。

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（收稿：2006-12-15）

　　作者简介　张新勇　男　1974生。河南人，在读博士，主要

低剂量阿司匹林对粘膜损伤的防治

顾同进　曹忆嵘

　　[中图分类号] R971.1 [文献标识码] A [文章编号] 1008-8296(2007)-01-0058-03

目前公认低剂量阿司匹林（ASA）（75~325 mg/d）具有抗血小板聚集作用，可以预防各种缺血性心脑血管病[1]，对治疗肯定有益的疾病有：急性心肌梗死、心梗后二级预防、心绞痛、冠状动脉血管重建后（冠脉搭桥、经皮冠状动脉成形术（PTCA）、冠脉置放支架）、短暂性脑缺血发作、可逆性缺血性脑病、缺血性卒中后二级预防、透析患者动静脉分流；对治疗可能有益的疾病有：冠心病的一级预防、缺血性卒中后的即刻治疗、心房颤动、外周动脉闭塞性疾病、深静脉血栓、人工瓣膜替换术后预防栓子。据临床观察，对各类心绞痛患者均有益，不稳定型心绞痛患者每天服用75 mg ASA，心梗的发生率下降50%。稳定型心绞痛患者预防性应用ASA也能使心梗、卒中和死亡的危险下降。在一项比较研究中，无症状的心肌缺血患者或有症状心肌缺血患者随机分为ASA 75 mg/d组和安慰剂组，3个月后，ASA使无症状组患者发生心梗的危险性下降80%以上，使有症状患者的心梗危险降低50%。近又有作者提出[2]：如无应用ASA禁忌症，50岁以上的人群也具有使用ASA一级预防的指征。此外，低剂量ASA亦有用以预防结直肠腺瘤性息肉和结直肠癌的报道[3]，且也取得了一定疗效。随着低剂量ASA在临床上的广泛应用，且多为长期服用，甚至终生应用，故该药的不良反应亦随之相当常见，特别对胃肠道粘膜的损害备受临床关注。

ASA对胃肠道粘膜产生损害的机制：主要有局部作用和系统作用两方面。1.局部损害：口服ASA后药物直接接触粘膜而损害胃肠道，造成粘膜上皮细胞层完整性丧失，还能分解粘液层，因此破坏了胃粘膜屏障，为胃酸、胃蛋白酶的消化打开了通道，促进H+逆扩散而破坏胃粘膜，很快发生粘膜瘀斑、浅表糜烂，这些病灶也可发生隐性出血，但不会出

作者单位： 200040　上海，复旦大学附属华东医院消化内科·58·

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现显性大出血。这些局部粘膜损伤与胃酸相关，当胃内PH值低时，ASA以非离子型存在，容易渗入上皮细胞，而在细胞内PH值较高，药物变为离子型而滞留在细胞内，改变了细胞的完整性。2.系统作用：ASA进入体循环后，由于抑制环氧化酶（COX），特别是环氧化酶-1（COX-1）的抑制，减少了胃粘膜前列腺素的合成，导致粘膜保护因素的损失；同时ASA还能增加脂氧化酶活性，从而增加了具有血管收缩作用的白三烯，并对中性粒细胞的作用，均影响了胃粘膜的血流，这些就是ASA导致消化性溃疡的主要原因。以上对胃粘膜的不良作用，也使细胞修复能力受损，溃疡边缘的细胞再生受阻，延迟了消化性溃疡的愈合，因此易发生出血、穿孔等溃疡病的并发症。

ASA所致胃粘膜损伤的临床表现：临床症状可有上腹不适、隐痛、饱胀、恶心、呕吐、大便隐血试验阳性，严重者可有呕血和黑便，出血量一般不多，很少发生出血性休克。在70岁以上老年人进行观察，服用ASA 100 mg/d历数月后，上述胃肠道症状的发生率为18%[5]。更为大家关注的是低剂量ASA引起的胃肠道出血，Kelly等报告[6]，口服

Stalmikowicy-Darvasi[7]用汇总分析的方法调查了9个研究结果，研究中病人总数超过14 000，服用ASA剂量为75~325 mg/d。分析结果服用ASA组胃肠道出血的发生率比对照组高1.5倍。以上说明低剂量ASA可以引起胃肠道出血。又据观察长期服用低剂量ASA的患者中约有10%~25%发生消化性溃疡，其中又以胃溃疡多见[8]。这些消化溃疡患者的临床症状常不典型，特别在老年人中，常无疼痛，即使有胃痛也无节律性，再加上这些溃疡较难愈合，很容易发生出血、穿孔的合并症，故往往以合并症为首发症状。低剂量ASA长期应用也可致食管、小肠、结直肠的损伤，发生溃疡、