禹江濤 王紅陽(yáng) 韓廣超 王 袁 張麗麗

(河北聯(lián)合大學(xué)附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科 河北唐山 063000)

細(xì)胞凋亡是在基因嚴(yán)格控制下主動(dòng)的細(xì)胞“自殺”行為，又稱為細(xì)胞程序性死亡。細(xì)胞通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)引起某些基因轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生改變，引起細(xì)胞器縮小而不裂解，染色體DNA斷裂，形成凋亡小體最終被巨噬細(xì)胞識(shí)別并吞噬。近年來(lái)有文獻(xiàn)報(bào)道，睡眠呼吸暫停導(dǎo)致神經(jīng)損傷從而影響認(rèn)識(shí)功能［1］。同時(shí)研究表明，慢性間歇低氧可誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡引起神經(jīng)系統(tǒng)損傷［2～4］。我們前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)慢性間歇低氧條件下神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)凋亡［2，5］。細(xì)胞凋亡有復(fù)雜的調(diào)控過(guò)程，包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、基因激活與轉(zhuǎn)錄、酶系統(tǒng)等。

1 細(xì)胞凋亡與間歇低氧神經(jīng)損傷

間歇低氧引起細(xì)胞凋亡的機(jī)制尚不完全清楚，目前已知調(diào)控細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性死亡(ERAD)通路、線粒體通路及死亡受體通路。其中ERAD途徑:包含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄C/EBP的同源蛋白、JNK的活化和caspase－12蛋白水解酶的活化。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生應(yīng)激時(shí)，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的caspase－12酶活性升高并活化，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿，最終激活caspase－3等，最后引發(fā)細(xì)胞凋亡。線粒體通路:線粒體相關(guān)的主要凋亡蛋白有:CytC、BCL－2家族蛋白、凋亡蛋白酶激活因子－1(Apaf－1)以及凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)等。BCL－2家族蛋白通過(guò)對(duì)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔PTP進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終引起CytC的釋放，誘導(dǎo)caspase水解導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。而線粒體內(nèi)的凋亡蛋白，如AIF等，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后作用于細(xì)胞核，引起染色體凝集，引起凋亡［6］。死亡受體通路:死亡受體是細(xì)胞上的一類跨膜蛋白，屬于腫瘤壞死因子(TNFR)受體基因超家族，目前已知的死亡受體(TNFR －1、Fas、DR3、DR4、DR5)在細(xì)胞外均由一段含半胱氨酸的區(qū)域，配體與之結(jié)合后誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)側(cè)具有蛋白質(zhì)水解功能的“死亡區(qū)域”發(fā)生改變，傳遞凋亡信號(hào)，最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。有研究表明神經(jīng)細(xì)胞損傷與間歇低氧后產(chǎn)生氧化應(yīng)激有關(guān)［7］，這與Row B W等［8］研究CIH導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶損傷中發(fā)現(xiàn)大鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激水平比正常對(duì)照組高的結(jié)果一致?？傊?，間歇低氧可以引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡，從而導(dǎo)致認(rèn)知、學(xué)習(xí)及記憶功能障礙，但確切機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

2 線粒體自噬與間歇低氧信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

ERK:細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(Extracelluar signal－regulated kinase)是真核生物細(xì)胞內(nèi)的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是生物體內(nèi)最重要的信號(hào)通路之一，由國(guó)外學(xué)者從哺乳動(dòng)物細(xì)胞研究并最早發(fā)現(xiàn)的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成員。主要包括兩種異構(gòu)體 ERK1和 ERK2(分別為 p44MAPK和p42MAPK)，二者與同源性高，一般統(tǒng)稱為ERK1/2。ERK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在于大多數(shù)細(xì)胞中，ERK通路被激活后，作用于細(xì)胞漿或細(xì)胞核的底物，引起相關(guān)蛋白的特異性表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞的應(yīng)激、分化、增殖和凋亡等［9］。在腦缺血研究發(fā)現(xiàn)，ERK通路的激活介導(dǎo)細(xì)胞死亡［10］，與既往研究 ERK通路抑制神經(jīng)細(xì)胞死亡［11］相比較，ERK通路在神經(jīng)細(xì)胞的存活與凋亡過(guò)程中起著雙重角色。

低氧條件下，目前研究表明HIF－1的活性表達(dá)受REK的直接修飾調(diào)節(jié)，同時(shí)REK對(duì)HIF－1蛋白的修飾不影響其穩(wěn)定性及DNA結(jié)合能力，但抑制胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)的活性后HIF－1的轉(zhuǎn)錄活性也被抑制［12］。Sodhi的研究表明，應(yīng)用ERK抑制劑(PD98059)及保留部分功能的Ras蛋白突變異構(gòu)體等試驗(yàn)中證明REK通路信號(hào)傳導(dǎo)活化并修飾HIF－1蛋白［13］。其中ERK1/2轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核內(nèi)是信號(hào)傳遞的關(guān)鍵，且在早期有活性，長(zhǎng)期慢性刺激HIF－1的反式激活功能不能活化。

細(xì)胞為了適應(yīng)不同氧氣濃度形成了完整的信號(hào)傳導(dǎo)及調(diào)控機(jī)制。其中低氧誘導(dǎo)因子(HIF)廣泛存在于人體及哺乳動(dòng)物的一種轉(zhuǎn)錄因子。HIF由HIF－1α和HIF－1β兩個(gè)亞基組成，在低氧條件下激活多種基因的轉(zhuǎn)錄來(lái)適應(yīng)低氧環(huán)境。研究［14］表明HIF－1β不受氧濃度影響，而HIF－1和HIF－1α受氧濃度調(diào)節(jié)，HIF－1α是活性調(diào)節(jié)亞基，正常條件下HIF－1α的表達(dá)和降解處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。低氧條件下，HIF－1α的降解受到抑制，從而積聚。HIF－1β存在于胞漿和胞核，其與HIF－1α進(jìn)入胞核后與HIF－1β形成HIF－1異二聚體，HIF－1與低氧反應(yīng)元件(HRE)結(jié)合并調(diào)控下游基因。目前已知受HIF－1調(diào)控的眾多下游基因不但參與細(xì)胞的增殖分化、而且參與細(xì)胞代謝及細(xì)胞死亡等多種病理生理過(guò)程。其中受HIF－1直接調(diào)控的細(xì)胞死亡相關(guān)蛋白有BNIP3和BNIP3L(BNIP3－like)，均為Bcl－2中只含BH3結(jié)構(gòu)域亞家族中的成員。他們的啟動(dòng)子中均含有HRE，并在低氧條件下誘導(dǎo)表達(dá)。與既往認(rèn)為 BNIP3和BNIP3L是促凋亡蛋白不同，最近一些研究表明:HIF－1依賴性的BNIP3表達(dá)在大鼠心臟細(xì)胞線粒體自噬是不可或缺的［15］;Bellot等［16］證實(shí)，當(dāng)正常細(xì)胞或癌細(xì)胞在低氧條件下發(fā)生線粒體自噬現(xiàn)象防止細(xì)胞死亡，而線粒體自噬通過(guò)HIF－1介導(dǎo)BNIP3和BNIP3L表達(dá)而發(fā)生。Zhang等［17］研究發(fā)現(xiàn)在低氧條件下線粒體發(fā)生自噬現(xiàn)象，其中低氧誘導(dǎo)因子HIF－1誘導(dǎo)的BNIP3表達(dá)起著至關(guān)重要作用。眾所周知哺乳動(dòng)物的正常紅細(xì)胞內(nèi)無(wú)線粒體，因?yàn)榫W(wǎng)織紅細(xì)胞向成熟紅細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)線粒體通過(guò)自噬而消失［18］。且相關(guān)研究［19］表明，線粒體自噬與其外膜上的BNIP3L(類BNIP3蛋白)相關(guān)，BNIP3L缺失的小鼠紅細(xì)胞仍有線粒體存在。其中Beclin－1與Atg5的表達(dá)也參與了自噬過(guò)程。Beclin－1是一種與BNIP3和BNIP3L具有相同BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，被認(rèn)為在調(diào)控自噬體的形成中有重要作用。低氧條件下，BNIP3和BNIP3L表達(dá)增多，Beclin－1被競(jìng)爭(zhēng)性的從與Bcl－2或者Bcl－XL的復(fù)合物中游離出來(lái)形成PI3K復(fù)合體(Ⅲ型磷脂酰肌醇 －3－激酶復(fù)合體)，并通過(guò)PI3K/Akt途徑激活線粒體自噬的發(fā)生［20］，Atg5是此調(diào)節(jié)途徑的關(guān)鍵蛋白，起重要的介導(dǎo)作用。研究表明，長(zhǎng)期低氧條件下，轉(zhuǎn)錄因子PERK被激活，誘導(dǎo)Atg5的表達(dá)，進(jìn)而發(fā)生自噬;目前LC3檢測(cè)自噬特異性高，當(dāng)自噬現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，LC3形成LC3－Ⅱ，且研究表明LC3－Ⅱ與細(xì)胞內(nèi)自噬泡成正比。且免疫組化檢測(cè)LC3B－Ⅱ與電鏡觀察自噬現(xiàn)象結(jié)果一致程度高，可作為檢測(cè)自噬現(xiàn)象的重要指標(biāo)［21］。同時(shí)外源性H2O2同樣能導(dǎo)致線粒體損傷并激活自噬［22］。

3 細(xì)胞凋亡與線粒體自噬的關(guān)系

線粒體自噬是近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)的一種在低氧狀態(tài)下保障細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)控途徑［23］。細(xì)胞在間歇低氧條件下發(fā)生代謝改變，線粒體通過(guò)降解蛋白質(zhì)及損傷的細(xì)胞器來(lái)防止凋亡途徑的觸發(fā)，從而保護(hù)細(xì)胞。另外，在長(zhǎng)期或劇烈應(yīng)激條件下，持續(xù)的線粒體自噬導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。因此，線粒體自噬在細(xì)胞的存活及死亡中起到重要的調(diào)節(jié)作用。線粒體通過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP的同時(shí)，還生成活性氧(ROS)，包括:O2－、H2O2等。機(jī)體產(chǎn)生的ROS主要由線粒體代謝過(guò)程產(chǎn)生［24］，低氧條件下通過(guò)以下途徑參與腦組織損傷:①損傷線粒體膜，線粒體釋放CytC、凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)等凋亡相關(guān)蛋白進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，誘導(dǎo)caspase水解，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。②ROS攻擊DNA，發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致嘌呤、嘧啶氧化損害，引起DNA的斷裂，導(dǎo)致信號(hào)傳導(dǎo)中斷。③通過(guò)上調(diào)核因子－κB(NF－κB)的表達(dá)，使環(huán)氧化酶2、iNOS及多種炎癥因子如TNF－α及IL－8等表達(dá)增高［25］。機(jī)體處于間歇低氧條件下，機(jī)體的抗氧化平衡狀態(tài)被打破，損害脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA等的生理功能，引起細(xì)胞損傷甚至導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。而線粒體自噬可清除受損的線粒體減少ROS的產(chǎn)生，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，促進(jìn)細(xì)胞存活。

4 小結(jié)

目前研究較多的是氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及持續(xù)低氧誘導(dǎo)線粒體自噬的相關(guān)機(jī)制，對(duì)于慢性間歇低氧條件下線粒體自噬研究報(bào)道較少。睡眠呼吸暫停低通氣綜合征是一種病因復(fù)雜且病理機(jī)制尚不完全明確的疾病，OSAS造成慢性間歇低氧，使機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)，誘導(dǎo)脂質(zhì)、蛋白及DNA損傷，從而造成細(xì)胞損傷甚至死亡。間歇低氧應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活，活化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞修復(fù)。線粒體是細(xì)胞代謝及能量產(chǎn)生的重要場(chǎng)所，對(duì)細(xì)胞的存活起到至關(guān)重要作用，當(dāng)機(jī)體受到間歇低氧應(yīng)激時(shí)，線粒體自噬通過(guò)降解受損的線粒體來(lái)適應(yīng)低氧環(huán)境以維持細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡，防止進(jìn)一步損傷。然而線粒體自噬是把雙刃劍，在慢性間歇低氧早期，通過(guò)降解損傷的線粒體對(duì)細(xì)胞存活具有重要意義，但長(zhǎng)期慢性間歇低氧可能導(dǎo)致線粒體過(guò)度自噬誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。但與其他間歇低氧相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路如:P38、JNK等之間有無(wú)相互作用還待進(jìn)一步研究。線粒體自噬導(dǎo)致細(xì)胞凋亡途徑可能是造成OSAS患者學(xué)習(xí)、認(rèn)知等功能障礙的病理機(jī)制之一，盡管間歇低氧條件下線粒體自噬機(jī)制并不完全明確，但是仍為OSAS的進(jìn)一步研究提供新的方向。

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