綜述與專論

氧化應(yīng)激與腎臟細(xì)胞凋亡

皇甫冰,高繼萍,楊霞,王裕,宋國(guó)華

(山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心；實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人類(lèi)疾病動(dòng)物模型山西重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030001)

【摘要】氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧(ROS)與細(xì)胞凋亡存在密切的關(guān)系。ROS可通過(guò)激活線粒體、Bcl-2家族、NF-κB及MAPKS家族、Caspase家族等途徑引起細(xì)胞凋亡，細(xì)胞凋亡在腎臟疾病的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用。本文就氧化應(yīng)激在腎臟疾病發(fā)生發(fā)展中的作用及其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制進(jìn)行了綜述。

【關(guān)鍵詞】氧化應(yīng)激；活性氧；腎細(xì)胞；細(xì)胞凋亡；

[基金項(xiàng)目]山西省衛(wèi)生廳科技攻關(guān)項(xiàng)目(2011080)；山西省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物專項(xiàng)(2012k02)。

[作者簡(jiǎn)介]皇甫冰(1990-)，女，碩士研究生，主要研究方向:人類(lèi)疾病動(dòng)物模型，E-mail: bhuangfu@hotmail.com。

[通訊作者]宋國(guó)華(1973-)，女，博士，主要研究方向：人類(lèi)疾病動(dòng)物模型，E-mail: ghsongg@hotmail.com。

【中圖分類(lèi)號(hào)】R33【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

doi:10.3969.j.issn.1671.7856. 2015.002.014

Oxidative stress and renal cell apoptosis

HUANG FU-bing, GAO Ji-ping, YANG Xia, WANG Yu, SONG Guo-hua

(Shanxi Medical University, Laboratory Animal Center, Shanxi Key Laboratory of Experimental

Animal Science and Hunman Disease Animal Model,Shanxi Taiyuan 030001，China)

Abstract【】Reactive oxygen species (ROS) resulting from oxidative stress have a close relationship with cell apoptosis. ROS induces cell apoptosis through activating different signaling pathways including mitochondria, Bcl-2, NF-κB, MAPKS and Caspases and so on. Cell apoptosis plays a significant role in the course of kidney diseases. In this paper, the function of oxidative stress in the development and progression of kidney diseases and apoptosis mechanism induced by oxidative stress are reviewed.

【Key words】Oxidative stress; Reactive oxygen species, ROS; Renal cell; Apoptosis

腎臟細(xì)胞凋亡一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，在多種腎病模型和臨床腎臟病理中均可觀察到細(xì)胞調(diào)亡，其參與多種腎臟病理?yè)p傷的發(fā)生及發(fā)展[1-3]。在腎損傷的初期, 凋亡有利于清除過(guò)多的增生細(xì)胞而保護(hù)腎；而晚期的細(xì)胞凋亡加重了腎功能的惡化程度。氧化應(yīng)激與腎臟細(xì)胞凋亡有著密切的關(guān)系，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS可通過(guò)不同的途徑誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞凋亡。研究證實(shí)氧化應(yīng)激及其誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是慢性腎功能衰竭(CRF)[4]、腎缺血再灌注損傷(IRI)[5]、急性腎損傷(AKI)[6]、糖尿病腎病(DN)[7]的重要致病因素，在各種腎病的發(fā)病中起重要作用。本文就氧化應(yīng)激及其誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞凋亡的機(jī)制以及在腎損傷中的作用作一綜述。

1氧化應(yīng)激的原因和后果

活性氧分子(reactive oxygen species，ROS)是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的重要因素，是外源性氧化劑或機(jī)體內(nèi)氧化代謝過(guò)程產(chǎn)生的性質(zhì)活潑的含氧化合物的總稱，如超氧化物、過(guò)氧化氫、單線態(tài)氧和氫氧根陰離子等。機(jī)體在正常情況下會(huì)產(chǎn)生少量ROS，在自由基清除酶類(lèi)和抗氧化劑的作用下能維持氧代謝平衡，對(duì)于激活轉(zhuǎn)錄因子、促進(jìn)細(xì)胞增殖分化、調(diào)控某些生理活性物質(zhì)和炎癥免疫等具有廣泛的生理意義。當(dāng)細(xì)胞受到有害刺激后，ROS大量產(chǎn)生，破壞了機(jī)體氧化與抗氧化系統(tǒng)之間的平衡，最終導(dǎo)致氧化應(yīng)激[8]，促進(jìn)細(xì)胞凋亡甚至導(dǎo)致病理?yè)p傷。而研究顯示多種腎病模型均處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，細(xì)胞外刺激作用于線粒體導(dǎo)致其功能障礙，從而影響線粒體呼吸鏈中酶的活性，引起氧自由基的增多；線粒體活性氧的產(chǎn)生又可激活許多產(chǎn)生ROS的通路：糖酵解途徑，多元醇途徑(PP)，解偶聯(lián)一氧化氮合酶(NOS)、黃嘌呤氧化酶途徑、NADPH氧化酶和糖基化終產(chǎn)物途徑(AGE)[9-11]。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型腎組織內(nèi)自由基清除劑和抗氧化酶SOD、GSH-Px水平和活性降低，也可能導(dǎo)致ROS水平增多[12]。活性氧通過(guò)與細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)、核酸、蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)體組織脂質(zhì)過(guò)氧化、DNA氧化損害和細(xì)胞內(nèi)蛋白變性，對(duì)細(xì)胞造成損傷；ROS還可作為細(xì)胞內(nèi)信使，活化許多信號(hào)傳導(dǎo)通路如細(xì)胞凋亡通路,間接導(dǎo)致細(xì)胞損傷[13]，細(xì)胞損傷使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生更多ROS?？梢?jiàn)，氧化應(yīng)激是腎臟損傷的重要病生機(jī)制，參與了腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展。

2細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激損傷

細(xì)胞凋亡(apoptosis)又稱為細(xì)胞的程序性死亡，是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由凋亡相關(guān)基因調(diào)控的細(xì)胞自主有序的死亡，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，在形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)方面有別于細(xì)胞壞死。在氧化應(yīng)激情況下，過(guò)多ROS導(dǎo)致細(xì)胞損傷，機(jī)體在應(yīng)對(duì) ROS 損害時(shí)形成一套復(fù)雜的氧化應(yīng)激應(yīng)答系統(tǒng)。我們猜想細(xì)胞凋亡也是其中一種應(yīng)答機(jī)制，通過(guò)清除過(guò)多的增生細(xì)胞而防止腫瘤的形成，清除受損、危險(xiǎn)的細(xì)胞而不對(duì)周?chē)?xì)胞產(chǎn)生危害，是為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動(dòng)爭(zhēng)取的一種死亡過(guò)程，以減輕細(xì)胞發(fā)生的氧化應(yīng)激損傷。但細(xì)胞凋亡是細(xì)胞外界環(huán)境因素與細(xì)胞自身綜合作用的結(jié)果，不僅有特定基因控制, 還受細(xì)胞周?chē)拇碳ひ蛩氐恼T導(dǎo)和抑制, 外源性因子亦可以通過(guò)一定的信號(hào)通路發(fā)揮刺激作用[14]。在ROS積聚的情況下，除了主動(dòng)的細(xì)胞凋亡外，ROS能通過(guò)激活一系列信號(hào)通路來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡失調(diào)而使得細(xì)胞過(guò)度凋亡，細(xì)胞過(guò)度凋亡將會(huì)引發(fā)自身免疫疾病和炎癥，與多種急慢性疾病如慢性腎功能衰竭、急性腎損傷等有關(guān)[15]。多項(xiàng)研究也表明，無(wú)論在正常生理或病理?xiàng)l件下，腎臟細(xì)胞均存在著凋亡現(xiàn)象，病理?xiàng)l件下細(xì)胞發(fā)生過(guò)度凋亡。綜上所述，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS造成細(xì)胞損傷，細(xì)胞損傷又導(dǎo)致ROS的過(guò)量積聚，積聚的ROS誘導(dǎo)細(xì)胞過(guò)度凋亡，細(xì)胞凋亡進(jìn)一步加劇了氧化應(yīng)激損傷。

3氧化應(yīng)激誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞凋亡的機(jī)制

3.1線粒體與腎臟細(xì)胞凋亡

內(nèi)源性和外源性有害刺激都可以改變線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，誘發(fā)細(xì)胞氧化應(yīng)激，激活線粒體起始的內(nèi)源性凋亡途徑。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞毒劑如阿霉素[16]、砷[17]、脂多糖[18]、鎘[19]等都能夠誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞凋亡，并且其凋亡依賴于線粒體凋亡途徑。de Arriba[20]等以環(huán)孢霉素A(CsA)處理的豬腎小管上皮(LLC-PK1)細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)一步探討了線粒體在LLC-PK1細(xì)胞凋亡中的作用，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CsA破壞線粒體結(jié)構(gòu)，引起線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔(MPTP)的開(kāi)放、線粒體膜電位的下降、ROS含量增加及促進(jìn)線粒體的分裂等一系列與細(xì)胞凋亡相關(guān)事件的發(fā)生。MPTP與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。MPTP是跨越線粒體外膜和內(nèi)膜的通道，由內(nèi)膜蛋白如腺嘌呤核苷酸易位子(ANT)、親環(huán)素D(cyclophilin D)及外膜上的孔蛋白電壓依賴性陰離子通道(VDAC)構(gòu)成。MPTP周期性開(kāi)放，以維持線粒體內(nèi)電化學(xué)平衡及穩(wěn)定狀態(tài)。過(guò)多ROS通過(guò)氧化MPTP的內(nèi)膜蛋白ANT的相鄰巰基來(lái)誘導(dǎo)MPTP的開(kāi)放，MPTP的不可逆過(guò)度開(kāi)放會(huì)導(dǎo)致線粒體跨膜電位(△Ψm)的下降甚至完全崩解[21]。線粒體跨膜電位一旦耗散，細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入不可逆的凋亡過(guò)程。而MPTP的開(kāi)放還會(huì)導(dǎo)致線粒體內(nèi)ROS的過(guò)度生成及基質(zhì)的高滲性，導(dǎo)致促凋亡蛋白如細(xì)胞色素c(Cyt-c)從線粒體向細(xì)胞質(zhì)釋放，加速細(xì)胞的凋亡[22,23]。Zhou[24]用20 μM鎘誘導(dǎo)豬腎小管上皮細(xì)胞(LLC-PK1)凋亡的實(shí)驗(yàn)，觀察到伴隨著△Ψm的下降，細(xì)胞漿內(nèi)的細(xì)胞色素c明顯增加，能被抗氧化劑NAC有效抑制。Cyt-c的釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵。Cyt-c從線粒體膜間隙釋放到細(xì)胞漿內(nèi)，在ATP/dATP的協(xié)同作用下，與凋亡蛋白酶活化因子( Apaf-1)及Caspase-9酶原結(jié)合而形成凋亡復(fù)合體，Caspase-9酶原活化并激活下游的Caspase-3和Caspase-7，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。最近研究顯示造影劑可誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞中調(diào)控細(xì)胞凋亡、增殖的轉(zhuǎn)錄因子，如FOXO3a、STAT3的活化和失活[25],FOXO3能通過(guò)使線粒體呼吸鏈解耦連而促進(jìn)ROS的產(chǎn)生[26]。綜上所述，線粒體在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，是細(xì)胞凋亡調(diào)控的活動(dòng)中心。

3.2Bcl-2家族與腎臟細(xì)胞凋亡

Bcl-2基因家族是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的重要因子，在細(xì)胞凋亡基因調(diào)控過(guò)程中起重要調(diào)節(jié)作用。Bcl-2和Bax是該家族中最具代表性的抗凋亡因子和促凋亡因子。Bcl-2屬原癌基因，編碼26×103的線粒體膜蛋白，是最重要的凋亡抑制基因，Bax表達(dá)水平增加可拮抗Bcl-2的作用,促進(jìn)細(xì)胞凋亡。許多研究發(fā)現(xiàn)ROS可能通過(guò)增加Bax/Bcl-2的表達(dá)比率來(lái)啟動(dòng)腎臟細(xì)胞凋亡[27-29]。Yang等[30]發(fā)現(xiàn)無(wú)論在mRNA還是蛋白質(zhì)水平, Bax/Bcl-2的比值與腎臟細(xì)胞凋亡都有密切聯(lián)系。近來(lái)，Yang等[31]利用免疫組化和逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)測(cè)定80只雄性大鼠的Bax/Bcl-2蛋白質(zhì)表達(dá)和mRNA表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn) NaF組、Na2SeO3組均明顯增高，而NaF+Na2SeO3c組顯著降低，提示氟化鈉可通過(guò)上調(diào)Bax/Bcl-2的比值促使腎臟細(xì)胞凋亡，硒通過(guò)調(diào)節(jié)Bcl-2和Bax的表達(dá)來(lái)抑制凋亡。因此，Bcl-2和Bax的比值可決定細(xì)胞凋亡的敏感性。Bcl-2家族成員主要通過(guò)形成同源或異源二聚體來(lái)完成對(duì)細(xì)胞生存和死亡的調(diào)控作用。當(dāng)Bax大量表達(dá)時(shí), 形成的大量Bax-Bax同源二聚體會(huì)導(dǎo)致線粒體功能的喪失、促凋亡因子從線粒體調(diào)控性地釋放和下游caspase的活化，從而誘導(dǎo)和促進(jìn)細(xì)胞凋亡；而B(niǎo)cl-2的增多會(huì)誘導(dǎo)并加劇Bax二聚體的解聚,與Bcl-2形成的異源二聚體Bax-Bcl-2比Bax-Bax更為穩(wěn)定[32]，凋亡被抑制。

Bcl-2基因是目前Bcl-2基因家族中最受關(guān)注的基因之一,主要定位于線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上[33]。Bcl-2對(duì)細(xì)胞凋亡的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制可能為：1. 線粒體：抑制線粒體內(nèi)ROS的產(chǎn)生；保護(hù)線粒體膜的完整和阻止MPTP的開(kāi)放，阻斷Cyt-c、AIF的釋放和caspase-9、caspase-3的活化[34，35]；提高線粒體的容許負(fù)荷，使線粒體對(duì)Ca2+的耐受力增強(qiáng)[36]；2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)ROS的產(chǎn)生和Ca2+的外滲[37]；3. 氧化還原機(jī)制：上調(diào)抗氧化酶活性，提高細(xì)胞的谷胱甘肽(GSH)水平，增加細(xì)胞總的抗氧化能力[38]；4. 與Bax的作用：阻止Bax向線粒體的遷移和聚集，通過(guò)形成異源二聚體抑制Bax的促凋亡作用[39]。Bax通過(guò)與線粒體膜上的VDAC結(jié)合而促進(jìn)MPTP開(kāi)放，誘導(dǎo)凋亡[40](圖1)。Métrailler-Ruchonnet等[41]對(duì)高氧誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞(L929)凋亡中Bcl-2的保護(hù)機(jī)制進(jìn)行了研究，證明過(guò)量表達(dá)的Bcl-2能夠通過(guò)影響線粒體凋亡通路和提高細(xì)胞內(nèi)的抗氧化水平來(lái)抑制細(xì)胞凋亡。但腎臟細(xì)胞有關(guān)這方面的研究還較少，Bcl-2對(duì)腎臟細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)機(jī)制有待進(jìn)一步探討。

3.3NF-κB與腎臟細(xì)胞凋亡

NF-κB是細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的多向性核轉(zhuǎn)錄因子，可以將凋亡信號(hào)傳遞到細(xì)胞核,調(diào)控細(xì)胞的調(diào)亡。Li等[42]研究發(fā)現(xiàn)茶多酚可抑制TLR4/NF-κB p65信號(hào)通路，以保護(hù)腎小管上皮細(xì)胞免受腎缺血再灌注引起的細(xì)胞凋亡。Xu[43]用益母草堿處理脂多糖誘導(dǎo)的急性腎損傷大鼠，經(jīng)ELISA和Western blot檢測(cè)發(fā)現(xiàn)脂多糖能夠引起IκBα磷酸化、p65蛋白易位和TNF-α及IL-6表達(dá)增加，結(jié)果表明益母草堿可以抑制ROS調(diào)節(jié)的NF-κB信號(hào)通路來(lái)發(fā)揮保護(hù)作用?？梢?jiàn)NF-κB信號(hào)通路在腎臟細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用。NF-κB在正常細(xì)胞的胞質(zhì)中以p50-p65異二聚體的形式與抑制亞基IκB結(jié)合處于失活狀態(tài)。Ha等[44]報(bào)道,外源性的過(guò)氧化氫能夠引起高糖環(huán)境中大鼠腎系膜細(xì)胞NF-κB活性的增高,且能被抗氧化劑抑制,提示ROS與NF-κB的活性增高有關(guān)。活性氧激活NF-κB的機(jī)制：ROS通過(guò)抑制磷酸酶的活性，可以提高蛋白激酶C(PKC)活性，促進(jìn)IκB磷酸化并被泛素化降解，導(dǎo)致NF-κB與IκB解離而活化[21]；ROS通過(guò)共價(jià)修飾NF-κB中的組氨酸、半胱氨酸等氨基酸殘基來(lái)改變NF-κB的活性[45]?；罨腘F-κB暴露出核定位信號(hào)并轉(zhuǎn)位入核，與核內(nèi)特定靶基因的特異序列(GGGACCTTTCC)相結(jié)合后迅速誘導(dǎo)多種基因的表達(dá)[46]。鄧超男等[47]用免疫組化和實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-PCR)檢測(cè)腎組織腎小管上皮細(xì)胞中NF-κBp50、NF-κBp65及IκB的表達(dá)，p50、p65表達(dá)強(qiáng)度隨染氟劑量增加逐漸降低，IκB則呈逐漸增加趨勢(shì)，結(jié)果表明NF-κB相關(guān)基因表達(dá)減少引起的腎小管上皮細(xì)胞凋亡是慢性氟中毒大鼠腎臟病變的機(jī)制之一。近年的研究表明, NF-κB具有抑制細(xì)胞凋亡和促細(xì)胞凋亡的雙向作用。ROS通過(guò)調(diào)控NF-κB的活性決定正負(fù)性調(diào)節(jié)[48,49]：ROS的輕度增加利于NF-κB的激活，抗細(xì)胞凋亡；ROS的過(guò)度增高阻止NF-κB的激活，促細(xì)胞調(diào)亡。細(xì)胞內(nèi)的氧化還原水平?jīng)Q定NF-κB的激活和其轉(zhuǎn)錄功能的發(fā)揮。細(xì)胞核內(nèi)NF-κB的p50亞基能夠與靶基因結(jié)合，但當(dāng)p50被過(guò)量的ROS氧化后不能維持還原狀態(tài)，減弱了NF-κB與DNA的結(jié)合能力，抗凋亡因子的表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)了細(xì)胞凋亡的發(fā)生[21]。研究顯示活化的NF-κB轉(zhuǎn)錄凋亡相關(guān)基因從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,Grove[50]和Qin[51]研究發(fā)現(xiàn)NF-κB能激活凋亡基因Fas、c-myc及TNF-α，使基因表達(dá)增加從而引起細(xì)胞凋亡。近幾年的研究揭示了ROS調(diào)節(jié)NF-κB活性的機(jī)制,證實(shí)NF-κB參與并調(diào)控近200種基因轉(zhuǎn)錄[52],在細(xì)胞凋亡中起到了十分重要的作用。

3.4MAPKS家族與腎臟細(xì)胞凋亡

MAPKS家族在腎臟細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用。絲裂原活化蛋白激酶(MAPKS)家族，包括細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白激酶(ERKs)、C-Jun氨基末端激酶(JNKs)和p38激酶(p38MAPK)等亞族。許多研究證實(shí)絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)介導(dǎo)了多種細(xì)胞外刺激導(dǎo)致的腎臟細(xì)胞凋亡[53-55]。 Gao[56]等發(fā)現(xiàn)花青素通過(guò)抑制ERK通路的活性可減弱順鉑誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞凋亡。Guo[57]等研究證實(shí)p38MAPK通路參與三聚氰胺誘導(dǎo)的大鼠腎上皮細(xì)胞凋亡。激活的MAPK將外界信號(hào)傳導(dǎo)到細(xì)胞核內(nèi),參與細(xì)胞的分化、增殖和死亡(壞死或凋亡)等多種生理反應(yīng)的過(guò)程，而大量實(shí)驗(yàn)顯示ROS能夠?qū)е翸APKs(ERK、p38MAPK、JNK)信號(hào)通路的激活[55][57-59]。MAPK家族激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)相似,都通過(guò)保守的三級(jí)酶促反應(yīng),MAPKKK→MAPKK(MKK)→MAPK[60]。MKK4和MKK7可激活JNK，MKK3、MKK6以及MKK4 可激活p38，MKK1和MKK2 可激活ERK[61]。郝卯林等[62]通過(guò)制作穩(wěn)定高血糖糖尿病模型和波動(dòng)高血糖糖尿病模型，并用免疫組化法和Western blot檢測(cè)腎臟JNK蛋白表達(dá), 發(fā)現(xiàn)腎小管上皮細(xì)胞胞質(zhì)JNK蛋白的磷酸化水平均明顯高于正常對(duì)照組,且波動(dòng)高血糖組較持續(xù)高血糖組變化更為明顯, 提示血糖波動(dòng)可能作為一種刺激信號(hào),會(huì)引發(fā)較單純高血糖更加嚴(yán)重的氧化應(yīng)激反應(yīng),通過(guò)激活JNK,進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。ROS能夠激活凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(ASK1)[63,64]。ASK1是JNK和p38通路中的一種MAPK激酶激酶，在生理狀態(tài)下與Trx(硫氧化還原蛋白)結(jié)合不具有激酶活性。ASK1主要通過(guò)兩種方式調(diào)節(jié)MAPKS信號(hào)通路，一方面氧化應(yīng)激導(dǎo)致Trx的二聚化，ASK1與其分離而獲得激酶活性，另一方面ROS直接氧化ASK1而形成同源二聚體，從而獲得激酶活性[23]?；罨腁SK1磷酸化激活MAPK，再激活蛋白激酶2與3，進(jìn)而磷酸化低分子量的熱休克蛋白，最終激活caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。而Jeffrey等[65]在 PHN大鼠膜性腎病模型中發(fā)現(xiàn)ERK抑制劑加重腎小球足細(xì)胞中DNA的損傷，提示ERK活化可能在腎小球足細(xì)胞中起到保護(hù)細(xì)胞的作用。MAPKs成員對(duì)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程中起正性或負(fù)性作用還未有定論,對(duì)此還存在很多爭(zhēng)議。MAPKs通路在不同腎病模型的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮的不同作用仍需進(jìn)一步研究。

3.5caspase家族與腎臟細(xì)胞凋亡

Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)是多條凋亡通路的匯聚點(diǎn)，調(diào)控凋亡的最終執(zhí)行。Caspases是一組存在于細(xì)胞質(zhì)中的具有相似結(jié)構(gòu)的胱冬肽酶，均為半胱氨酸蛋白酶，專一切割蛋白質(zhì)分子中的Asp-X肽鍵，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。ROS與caspase之間存在雙向作用，ROS誘導(dǎo)caspase的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，而caspase的激活也可能提升細(xì)胞內(nèi)ROS水平。研究發(fā)現(xiàn)線粒體凋亡通路中的細(xì)胞色素c釋放之后又產(chǎn)生了新的ROS，線粒體膜蛋白和線粒體電子傳遞鏈成分都是caspase的底物[66]。Lu等[67]用對(duì)氨基苯胂酸誘導(dǎo)腎上皮細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，并用Western blot檢測(cè)發(fā)現(xiàn)活性caspase-3、caspase-9表達(dá)增加，結(jié)果顯示caspase-3、caspase-9信號(hào)通路參與了細(xì)胞凋亡。氟化鈉處理的大鼠均有腎臟細(xì)胞凋亡，免疫組化檢測(cè)均可觀察到中氟組和高氟組中caspase-3、caspase-8、caspase-9的光密度值高于對(duì)照組，表明caspase調(diào)節(jié)的線粒體通路和死亡受體通路參與了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的腎臟細(xì)胞凋亡[68,69]。胱冬肽酶參與兩條細(xì)胞凋亡通路：一條是線粒體通路，由細(xì)胞色素c介導(dǎo)，激活caspase-9酶原啟動(dòng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)；另一條是死亡受體通路，F(xiàn)asL蛋白可發(fā)出死亡信號(hào)，caspase-8酶原活化啟動(dòng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。兩條通路均有caspase-3的參與。有研究發(fā)現(xiàn)，定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的caspase-12的激活獨(dú)立于死亡受體、線粒體傳遞的凋亡信號(hào)，提示caspase-12可能參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的新凋亡[70]。

3.6各機(jī)制之間的聯(lián)系

氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制中，線粒體起始的內(nèi)源途徑、Bcl-2家族的調(diào)節(jié)、NF-κB、MAPKS家族及caspase激活等并不是相互排斥的，各機(jī)制之間有緊密的聯(lián)系。外界刺激時(shí), MAPKS家族成員JNK、P38MAPK可以將凋亡信號(hào)傳遞給線粒體。線粒體接受凋亡信號(hào),釋放細(xì)胞色素c,活化特定的caspase蛋白酶, 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。線粒體外膜的透化(MOMP)引起細(xì)胞色素c的釋放是一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要受Bcl-2家族蛋白的調(diào)控[71]。Bcl-2家族通過(guò)促凋亡和抑凋亡因子調(diào)節(jié)線粒體介導(dǎo)的凋亡過(guò)程,并參與線粒體、死亡受體通路間的串話[72]。Bcl-2又受到JNK的調(diào)節(jié)，通過(guò)磷酸化Ser-70而抑制其抗凋亡作用[73]。NF-κB可促進(jìn)Bcl-2 家族中抗凋亡因子的表達(dá)，發(fā)揮降低線粒體膜的通透性、抑制細(xì)胞色素c釋放的抗凋亡作用[74]。研究表明，NF-κB可通過(guò)抑制JNK激活而起到抗細(xì)胞凋亡的作用[75]。MAPKs誘導(dǎo)凋亡依賴caspases活性。caspase-3可裂解定位于線粒體的Bcl-2產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子進(jìn)而誘導(dǎo)凋亡[72]。線粒體通路、死亡受體通路及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路均有caspase的激活。綜上所述，各機(jī)制共同參與細(xì)胞凋亡。

4結(jié)語(yǔ)

氧化應(yīng)激產(chǎn)生的大量ROS不僅可直接對(duì)細(xì)胞造成損傷，也可通過(guò)多種不同途徑誘導(dǎo)細(xì)胞過(guò)度凋亡造成細(xì)胞損傷，引起不同程度的腎損傷，氧化應(yīng)激和腎臟細(xì)胞凋亡共同參與了腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。了解氧化腎損傷中的細(xì)胞凋亡機(jī)制對(duì)今后腎病的預(yù)防和治療工作、開(kāi)發(fā)和利用抗氧化活性物質(zhì)具有重要意義，減少ROS的產(chǎn)生、提高腎臟的抗氧化能力及阻斷ROS 產(chǎn)生，可能是預(yù)防和治療腎病的有效途徑。

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〔修回日期〕2014-11-16