细胞凋亡与疾病

细胞凋亡与血液系统疾病的关系

摘要：细胞凋亡是指为维持内环境稳定，许多基因包括多种癌基因与抑癌基因参与细胞凋亡的调控，并与血液病密切相关。P53基 因是迄今发现的与人类肿瘤相关性最高的基因之一。P5 3 的主要作用是抑制细胞增殖,诱导细胞分化和凋亡。C一m yc 是调控细胞增殖的主要基因，突变型 P53协同促进白血病发生。 关键词：细胞凋亡 C一m yc P53

细胞凋亡的原词 A P o p to s i s 由两个拉丁字组成，A po指离开， P t o s is是落下意为树叶的凋落。细胞在一定的生理或病理条件细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，自己结束其生命的生理性死亡，一个细胞活多久，何时死亡，都按一定规律和程序进行，所以细胞程序死亡也称 “凋亡”是必不可少的。

1 细胞程序性死亡的概念形态学改变、生物学意义及相关的调控基因

细胞程序性死亡或称凋亡的概念早在 7 0 年代就被英国生物学家 ke r r提出近年来随着研究技术不断发展,认识逐渐丰富,人们发现它与肿瘤学、发育生物学有着密切关系而引起极大兴趣。它是细胞的一种生理性死亡方式,与病理性死亡—坏死不同 ,它具有独特的形态学和生化改变。坏死是病理状态,始于细胞膜的损伤,细胞器肿胀,胞浆内容物流出,可在周围引起炎症反应。凋亡的变化始自胞核,细胞虽有裂解 ,但内容物始终有胞膜包裹,不导致溶酶体及胞膜破裂，不出现内含物外泄 ,不引起炎症反应,也无组织结构的破坏。凋亡的形态特点:①先是染色质压缩 ，呈现块状致密染色区 ;②核逐渐裂解 ;③ 胞体缩小,密度增大，随后一部分细胞核连同一定比例的核糖体、细胞器由一部分细胞膜包被 ,形成凋亡体 ,脱离而去,最后被具有吞噬能力的细胞清除。生化的改变是由于多数类型细胞在凋亡的最后阶段细胞内核酸内切酶的激活, 切割染色质核小体之间的DN A ,使染色质DNA 降解成大小不等的DNA片段 ,这些不同的DNA片段含量以180一200 bp 为基数而呈倍数关系。因此,在琼脂糖凝胶 电泳上可看到有特征性的梯形图谱,简称DNA梯子 。

作为一种生理现象 ,细胞凋亡具有重要的生物学意义 :①作为细胞增殖的对立面 ,增殖和凋亡的动态平衡,维持细胞群体数量的自身稳定 ;② 清除转化细胞 ,防止癌变;③为胚胎 发育和免疫系统中的克隆选择所必需。最近的资料提示,人类发生的多种疾病、包括肿瘤、自身免疫病 、病毒感染 、神经退行性疾病及骨质疏松等;都涉及细胞凋亡。

人们在研究细胞程序性死亡过程中发现细胞内仍有新的mRNA及蛋白合成。表明凋亡涉及某些基因活化、转录和翻译。调亡是受基因编码调控的。目前 ,虽然未发任何确切的“死亡基因” ,但已发现有一些因与细胞程序性死亡密切相关 。根据它们作用效应不同可分为两大类 :① 诱导细胞序性死亡。野生型P53 基因及线虫的 Ce d和 ced 一 4 基 因。人细 胞

表面 抗原 基A P O 一 l / F a s在表达这些抗原的细胞中通与适当的抗体结 合调节死亡。②抑制细程序性死亡,这一类有 B c l一2 基因 、突变P 53基因及线虫的 。ce d 一 9 基因等 .凋亡相关基因与血液病许多实验揭示细胞凋亡涉及一个曝布式基因表达的过程,许多基因包括多种癌基因与抑癌因参与细胞凋亡的调控，并与血液病密切相关

2 .1 P5 3 基因是迄今发现的与人类肿瘤相关性最高的基因之一，它位于 17P 1 3 . 1 ,

编码一个分子量53 KD的磷酸化蛋白,故由此得名 。P53的主要作用是抑制细胞增殖 ,诱导细胞分化和凋亡。正常P53 (野生型 P53基因,W T P53) 促进凋亡 ,而突变型P53基因抑制凋亡。如将 WTP53 基因转染到无 P53，基因的白血病细胞中,可使细胞凋亡。鉴于P53基因的上述功能,它的异常必然导致体细胞增殖的异常 ,进而发生肿瘤 。在淋巴系统恶性肿瘤中,B 淋巴瘤P53 突变率达18. 8 %。伯基特淋巴瘤达 33.3%，慢性淋巴细胞白血病 ( C L L ) 达 1 5 %，其他类型白血病的 P 5 3 突变也较，常见 T r e 等检查了7 0 例急性髓系细胞白血病 ( A M L ) 患者 P 53突变率为 7%左右 。在慢粒 ( CM L ) 中 20 ~ 40 % 的急变期患者。在慢粒 (CM L ) 中2 0 % 一4 0 %的急变期患者可见 P5 3 突变 而慢性期却较少 发 生。此 外 ,骨 髓 增 生 异 常 综 合 征，( MD S )中有 7 % ,多发性骨髓瘤 (MM ) 中有 1

3.5 % 发生 P 5 3 突变即 。在这些突变中有较高比例 出现于复发患者,由 MDS转化的白血病 ,提示 P5 3 突变与病情进展和恶化相关 。

2 .2 Bcl 一 2 基 因 即 B细胞淋巴瘤/白血病一 2 基因是一原癌基因,位于18q ,由 230 k b 组成。19 8 5 年 T s vj im o t o在研究人滤泡性非霍奇金淋巴瘤患者染色体 t ( 14 :18 ) 易位时发现一个基因—B cl 一 2 。正常情况下 ,B cl一2 基因位于染色体1 8 q ,但在上述 8 5 % 患者中发生了染色体 t ( 14 :18 ) 易位。使 B c l一 2 基因转位至 1 4 号染色体免疫球蛋白重链 JH 片段 ,致 Bcl 一 2 基因表达失控。其异常表达主要存在于淋 巴瘤 、多发性骨髓瘤、B 细胞性 白血病、急性髓性白血病等血液系统恶性肿瘤中。C am p o s分析 了 8 2 例初治的A ML患者B c l一 2 的表达发现在 A M L 中也有 Bcl 一2 蛋白的表达 ,约 2 3 %( 0 一9 5 %) 的A ML 细 胞 Bcl 一 2 表 达 呈 阳性 ,尤 其 以A M L M 4和 M S型 中表达明显增高。此外 ,Bcl一 2 的表达程度与发病时外周血 W B C 计数、骨髓 CO 34细胞数呈正相关。体外培养发现 ,Bcl一 2高表达者细胞寿命明显延长,临床疗效比较发现 ,Bcl

一 2 高表达与细胞耐药、髓外浸润等临床不良预后密切相关 ,并直接影响对化疗的反应性。

B 细胞型急性淋巴细胞白血病 ( B一A L L )中高表达的 B c l一2 在培养基中使细胞寿命延长 l 周以上 ,即使去除细胞培养基中的骨髓营养层 ,细胞仍能存活,这或许是 白血病细胞发生髓外浸润的原因 。在淋巴瘤中,有 B c l一2 重排或 t ( 1 4 :18 ) 易位的病人预后差。故现认为 :高水平和异常类型的 B cl一2 基因表达,能使肿瘤细胞抵抗射线和所有细胞毒性抗癌药物所诱导的PCD 。

此外在多发性骨髓瘤 、滤泡性淋巴瘤 B u r k i t t淋 巴瘤和弥漫性大细胞性淋巴瘤中都检测到 Bc l 一 2 的异常表达。

2. 3 c一m yc 是调控细胞增殖的主要基因 ,它对凋亡的作用较复杂该基因既可促进细胞增殖 ,又可启动细胞凋亡,这与细胞所处环境状态有关 。若有生长因子存在,c一m y c可协同促进细胞增殖 ,去除生长因子 ,则 c一 m yc 加速细胞凋亡,c一m y c 介导凋亡与其他凋亡相关基因有关 ,B c l一 2、突变型P 5 3 可抑制 。c--m yc介导的凋亡 ,但不影响其增殖作用,在白血病细胞中,c一m y c 表达增高可增强细胞对各种诱导凋亡处理的敏感性 ,但并不直接介导细胞凋亡,反而与B cl 一2、突变型 P53协同促进白血病发生。

2 4 A PO 一 1 / Fa s(C D95 ) 其基因 产物是跨膜蛋白肿瘤坏死因子 (TNF ) 受体和神经生长因子 (N G F ) 受体的类似物 ,f a s 就是人细胞表面分子 A P O 一 1。正常情况下 ,在A PO 一1 抗体或Fa s配基 (Fa sl) 作用下,细胞快速凋亡 ,也是目前的研究热点之一 。 2 .5 b cr / a b l 基因 慢粒白血病的细胞遗传学特征是具有 p h 染色体 ,即 t (9 :2 2 )、(q 2 3 ;q33),结果形成了 b e r/ab l融合基因,编码 2 1 0 K D 的 be r/abl融合蛋白 。bc r/a b l基 因及其表达产物通过抑制细胞凋亡 ,在慢粒白血病的发病及多药耐药的形成中起关键作用 。bc r/ a b l 的抗凋亡作用是通过延长白血病细胞从G2期到M 期的转化,从而为D N A 的修复及染色体的再结合提供时间而实现的。这从另一个角度说明CM L祖细胞并未表现出更大的增殖潜力,CM L 时细胞的恶性增殖 ,更多地在于 b c r--a b l的过度表达抑制了程序性细胞凋亡和不适当地延长了细胞的生存期限。

2.6 PML 一 R A R a即早幼粒白血病一维甲酸受体 融合基因 为多数急性早幼粒白血病 (A PL ) 所产生,此融合蛋白具有抗凋亡作用,与A P L 发病有关。这种A PL 特有基因可直接或间接影响凋亡相关基因P 5 3、B c l一 2、C一m yc等而抑制凋亡,促进白血病发生。

3.结 语

凋亡决定着组织和器官的发展方向 即维持 、增长或退化。其机制的紊乱是血液系统恶性病的重要病因。对于不同类型白血病(尤其伴有恒 定染色体移位和出现特异的融合基因类型的白血病 ) 进行程序性 细胞调亡基因表达及调节的研究 ,拓宽了人们对于 白血病发病机理的认识。随着各种检测方法的开发利 用,如 PC R 一S SC P (多聚酶链反应—单链构型多态性 ) 技术结合 D N A 直接测序,逆转录多聚酶链反应 (R T 一Pc R ) 结合 SS C P 及直接测序技术 ,必将使凋亡在恶性血液病 中的作用更加 明确,为发现致瘤原因提供捷径。同时,也可以利用调亡进行基因治疗 ,纠正瘤细胞的凋亡异常 ,达到根治。如可设计 Bcl一 2反义寡核昔 酸以其转录物作为特异性攻击靶子 ,阻断细胞 内 B c l一2 单一基因表达而不影响其他基因的正常功能 ,从而解除 B c l 一 2 基因对 PC O 的抑制 ,而诱导肿瘤细胞的 P CO ,并增加肿瘤细胞对抗癌药 物 的敏 感 性 ,最终 达 到 治 疗 肿 瘤 的 目的。上述现象启迪研究者可能在下述领域进行有益的探索 :①抑制凋亡抑制基因 ( 如用 反义核酸阻断 B c l一 2 基 因表达 ) 联 合应用凋亡诱导剂 (如化疗药、分化诱导剂) 治疗白血病;② 转入凋亡促进基因进入白血病细胞 ,重新开放细胞凋亡通道 ,激活肿瘤细胞的 “自杀”程序 ;③在基因或蛋白水平阻断 b cr一 ab l,PM L 一 R A R a或 AM L 1/ E T O融合基因表

达 ,逆转癌性基因对凋亡抑制基因的上调,保证或增强细胞凋亡信号的传递。总之 ,研究细胞凋亡有利于了解造血细胞过多或过少的机制 。细胞凋亡的控制机制还不十分清楚 ,然而细胞凋亡的研究无疑将增进对造血细胞群体增减以有关血液病 的认识 ,并在治疗对策方面开辟一个全新的领域。病人为临床败血症 ,1 9 9 4 年国际烧伤整形学术会议确认此组病人 为“ s e p s is脓 毒症” 。一致认为 ,脓毒症是由于过度炎症反应或炎症失控所致 ,其本质是机体对致炎物质的反应 ,其特点是一进行性的、持续高动力、高代谢状态发展成内脏功能的衰退 。

内脏的损害实际上是经过 2 次打击 ,第一次打击 (创伤 、大手术、感染 ),除直接细胞损伤外 ,主要是由于休克等所致之缺血及再灌流损伤 ,导致了第 l 次损伤 ,同时引起机体应激 、炎症等反应.在此基础上 ,如果机体再遭受继发性感染 (创面感染、内源性感染)、手术 、医源性错误等第 2次打击 ,将加重炎症反应 ,使机体、内脏遭受继发性 或第二次损害。应予 指出,应激、炎症反应是机体 的保护反应 ,是有益的 ,只有过度反应 ,才产生 自身破坏作用。

在第二次打击中除有大量组织损害与缺血 内脏代偿 能力差 伤前疾病等外 感染是一常见的重要因素 。内源性感染尤其是肠源性感 染是近 十年来 引起注意的重要感染源 。肠源性感染系由于严重损伤后的应激反应缺血损害致肠道粘膜屏障受损 ,不仅使微生物 可通过粘膜屏 障移位至 肠淋 巴结和 内脏 ,而且肠 内毒素也循淋 巴和血液入血 引起内毒素血症 ,发生时间较微生物更早,加剧全身应激 、炎症反应 ,形成恶性循 环,马 利等人认为肠源性感染是第二次打击的主要元凶之一

本组烧伤后脓毒症64例治愈7 6.9 8 % 。分析认为 :治疗烧伤后脓毒症的关键是预防,及时抢救休克 ,维持循环血量和 良好的微循环灌流 ,保护心肺功能,减少缺氧性损害 ,尿量维持在 30一5 0 m l / 小时就可。1 周后发生的烧伤脓毒症多由创面感染引起 ,早期切痴植皮 ,消灭创面是预防后期脓毒症发生的重要措施。早期胃肠道营养能促进肠粘膜屏障功能恢复,减少早期脓毒症的发生。其它如合理使用抗生素和支持治疗 ,内脏并发症的及时处理也是重要的。