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编号:10501252
病毒致细胞程序性死亡分子机制的研究
http://www.100md.com 《中华实验和临床病毒学杂志》 2000年第1期
     病毒致细胞程序性死亡分子机制的研究

    陈廷 李晶 陈莉

     关键词:细胞凋亡(Apoptosis) 病毒 细胞凋亡(Apoptosis)又称为细胞程序性死亡,是细胞自主死亡的过程,在组织发生、免疫系统克隆选择、机体内环境稳定等诸多方面有着广泛的生物学意义[1],在某些疾病,如肿瘤、艾滋病等发病机制中也具有重要意义。参与细胞凋亡基因很多,主要有bc1-2、c-myc、p53、ced-3、Fas/Apo-1等。近年研究发现,病毒感染是调节细胞凋亡的重要因素,病毒感染后不仅可通过自身基因的表达激活或抑制细胞凋亡的发生,也可与细胞凋亡调节基因一起共同参与凋亡的调控[2]。下面拟就细胞凋亡的主要相关基因、病毒诱导或抑制细胞凋亡发生的分子机制做一综述。

    1 细胞凋亡主要调控基因
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    1.1 细胞凋亡因子Fas/Apo-1 Fas抗原是介导细胞凋亡的细胞表面蛋白,由319个氨基酸组成,相对分子质量41 000,Apo-1经纯化和cDNA克隆证实与Fas为同一物质。Fas的结构表明,它属于肿瘤坏死因子β受体(TNF-R)家族,这个家族包括TNF-R1、TNF-R2、CD40、OX40、CD27、41BB和CD30。Fas蛋白位于细胞膜内的C端,结构上有一段80个氨基酸序列与细胞凋亡的信号传递密切相关,称为“死亡信号传递区”。人类Fas基因定位于第10号染色体长臂,长度为12 kb,包含9个外显子。Fas在不同组织、不同细胞株的表达不一样,胸腺细胞表达较少,而在肝、心、肺、肾和卵巢均有丰富的表达[3]。Rouvier等[4]研究小鼠细胞毒T淋巴细胞(Tc)和大鼠淋巴瘤细胞杂交而成的细胞亚株pc60-d10s(简称d10s)时发现,d10s可使表达Fas的靶细胞发生凋亡,而不能杀死不表达Fas的细胞,并且这种杀伤作用可被可溶性Fas抑制,说明d10s细胞表达Fas配体(Fas L)而且Fas L在d10s介导的细胞毒中起重要作用。研究发现,Fas L是一个相对分子质量为40 000的蛋白质,对表达Fas的细胞有很强的杀伤作用,它在氨基端没有信号序列,但在分子中间有一疏水区,是羧基端在外的Ⅱ型膜蛋白分子。由此可见,Fas L与Fas结合后,可诱导细胞凋亡[5]
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    1.2 c-myc基因与细胞凋亡 c-myc基因属于原癌基因或凋亡调节基因的范畴,这种基因的表达与否在细胞增殖还是凋亡的选择中至关重要,成纤维细胞在低水平表达c-myc时,并不产生生长抑制,可以正常生长,但却发生凋亡,提示c-myc可以促进细胞生长,但如果缺乏生长因子或第二种癌基因,则引起细胞自杀,即凋亡。进一步研究证明,c-myc表达对于凋亡可能是必要的一环,而且在没有有丝分裂原刺激的情况下的表达是不正常的,通常可引发凋亡[6]

    1.3 p53基因与细胞凋亡 野生型p53(Wt p53)是一种抑癌基因,在正常细胞中它可能参与细胞从G0期进入G1期的负调节,从而控制细胞的增长。同时发现它还具有促进细胞死亡的功能,可诱导细胞的程序性死亡。研究其机制可能与调节转录的功能有关。正常细胞中p53表达水平很低,但在细胞周期控制中作用很大,尤其是对于因DNA损伤而诱发的细胞凋亡,p53的表达是必不可少的。而突变型p53(mt p53)则相反,它可抑制细胞的程序性死亡。将野生型p53基因经细胞转染至无p53基因的白血病细胞中,发现细胞出现凋亡,当p53突变后则丧失了启动凋亡的能力,如用抗mt p53的单克隆抗体与之结合,使mt p53失活,则又能非常有效地介导培养中白血病细胞出现凋亡。可见失去正常p53功能的突变型p53,相当于获得了抑凋亡基因bc1-2的功能,可抑制细胞凋亡的发生[7]
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    1.4 抑凋亡基因bc1-2与细胞凋亡 bc1-2是一种原癌基因,位于18q21,由3个外显子组成,编码239个氨基酸组成的相对分子质量为26 000的bc1-2蛋白及205个氨基酸组成的相对分子质量为22 000的bc1-2蛋白,这两种蛋白除c-末端完全相同外,bc1-2基因的重排是染色体易位t(14∶18)的结果,易位使18号染色体上的bc1-2基因与14号染色体的免疫球蛋白重链(IgH)基因并列,形成头尾结构,这一错误融合的bc1-2/IgH基因导致bc1-2蛋白的过度表达,它影响到细胞的程序性死亡[8]。bc1-2基因及其产物不仅存在于B及T淋巴细胞中,也可出现在未成熟的造血细胞、腺上皮细胞、神经原及多种癌细胞中。bc1-2基因在调控细胞程序性死亡中有重要作用,其产物并不加速细胞分裂、增殖,而是促进细胞生存。作为生存基因保护正常细胞和癌细胞免于受各种诱导剂诱发的细胞凋亡[9]。研究发现,bc1-2基因对细胞调亡具有明显的抑制作用,这种作用受一个21 000的bc1-2相关蛋白bax调节,bax/bc1-2比值决定了细胞接受刺激信号后存活与否,如bc1-2过度表达则细胞存活,而bax过量表达则细胞凋亡。bc1-2基因作用与其它癌基因(c-myc等)和抑癌基因(如p53)不同,bc1-2基因对细胞的作用与细胞周期无关,它的作用在于抑制细胞的丢失而不是刺激细胞增生[10]
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    2 病毒致细胞凋亡的分子机制

    2.1 病毒作用Fas系统与细胞凋亡 Hiramatus等[11]通过免疫组化方法对急性、慢性丙型肝炎患者的病例切片研究,发现Fas主要存在于HCV核心抗原阳性肝细胞的胞质和胞膜,这些Fas阳性的肝细胞主要分布在碎屑状坏死边缘的浸润淋巴细胞中,而正常人肝细胞没有发现Fas表达。Fas阳性的切片,其门脉和门脉周围炎症较Fas阴性切片严重,半定量分析表明,活动性炎症的肝细胞Fas抗原表达高于非活动性炎症组,HCV阳性组Fas表达高于HCV阴性组,在活动性肝炎中这种现象更加明显。提示Fas表达在肝细胞凋亡中有重要作用。Yoshida等[12]为确定Fas抗原在巨细胞病毒(CMV)感染时诱导细胞凋亡中的作用,检测了T细胞和B细胞的Fas抗原表达,结果发现未感染小鼠的CD3+、CD4+、CD8+和B220+细胞均无Fas抗原表达。感染CMV后5 d除CD8+细胞外,其余细胞Fas抗原的表达均有增加,说明Fas系统参与了CMV感染诱导小鼠的T细胞凋亡。由于实验中B220+细胞Fas抗原的表达增加,推想B细胞也发生了凋亡,因淋巴组织增长(lpr)位点的突变影响了其位点附近Fas抗原的表达,因此C57BL/6-lpr/lpr鼠比正常C57BL/6鼠对死亡不敏感。同时用3×103PFU CMV感染小鼠,5 d后用空斑试验检测,小鼠脾中的病毒效价为0.8×103~1.0×103PFU。而用PCR方法扩增CMV的IE基因,有5×103个T细胞可明显检出IE基因。说明T细胞中含有大量的CMV基因,但大多数病毒是不进行复制的。因此认为,CMV感染作用Fas系统可导致细胞凋亡并能阻止病毒的复制。将鼠乙型肝炎病毒感染的J774-1细胞与病毒特异性的CD8+CTL共同培养,在电镜下,J774-1细胞发生细胞凋亡,随着凋亡小体的增多,病毒滴度也逐步下降。提示细胞凋亡可能是机体清除病毒的一种手段。
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    2.2 病毒调控bc1-2基因与细胞凋亡 无论在生理或病理条件下,bc1-2基因都是调节细胞凋亡的关键基因,研究发现许多病毒编码蛋白与bc1-2具有同源性,并可阻止细胞凋亡的发生,如EB病毒编码的BHRF-1蛋白,非洲猪瘟病毒编码的LMW5-HL蛋白等[13]。EB病毒感染正常B细胞,表达lmp-1基因,后者又诱导细胞表达bc1-2基因,bc1-2蛋白发挥抗细胞凋亡作用。将lmp-1基因和bc1-2基因分别导入病毒阴性细胞,证实了以上推断。Sinderbin病毒感染绝大多数脊椎动物细胞都能诱发细胞凋亡,但感染成熟的神经原细胞却并不发生反应。可能与该处bc1-2蛋白并不是在病毒蛋白诱导下产生有关。导入外源性bc1-2基因也同样可让细胞获得抵抗Sinderbin病毒引起的凋亡,提示bc1-2基因参与了病毒感染后的细胞抗凋亡作用。Sinderbin病毒某些基因突变则可消除细胞这种抗凋亡能力。研究发现,Sinderbin病毒E2糖蛋白中一个氨基酸改变即可使病毒有能力杀死神经原细胞和其它表达bc1-2基因的细胞。bc1-2蛋白的抗凋亡作用可能与抑制细胞的过氧化、减少氧自由基的生成有关。此外,bax蛋白与bc1-2蛋白的理想配比,bc1-2蛋白与bax蛋白是否能形成有效的二聚体结构均与bc1-2的抗凋亡能力有关[14]
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    2.3 病毒感染与p53基因突变 对80例肝细胞癌患者HBV基因序列和p53基因变异检测发现,病毒x基因与p53变异密切相关。p53基因为抑癌基因,正常情况下,p53在体内维护细胞内基因组的完整。如果DNA受损,p53蛋白的积累可使细胞周期停滞在G1期,使细胞在DNA复制开始前,对已有损伤的DNA进行修复。如果修复失败,p53使已有DNA损伤的细胞通过凋亡方式“自杀”。由于p53基因的变异,病毒蛋白与p53基因结合,导致p53的灭能,细胞周期进入S期。HBV对野生型p53的作用,导致野生型p53的变异,抑制肝细胞的凋亡,与肝细胞癌的发生有关[15]。腺病毒感染细胞后能表达E1A和E1B两种活性截然相反的蛋白,前者能促使细胞增殖,但同时又诱导细胞凋亡,后者则能阻止E1A诱导的凋亡。研究认为,E1A和E1B蛋白的作用机制可能与p53有关。在HeLa细胞实验中,E1A蛋白减少乳头瘤病毒E6蛋白引起的p53蛋白降解而促使p53积聚,诱发细胞凋亡。bc1-2蛋白过度表达则抑制这种过程,提示E1B可能是腺病毒中与细胞bc1-2蛋白相应的物质。
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    2.4 病毒致细胞凋亡其它分子机制 感染HIV的艾滋病患者,其病程最后阶段往往表现为CD4 T细胞进行性耗竭及免疫功能丧失。研究发现Tat蛋白可能是HIV所产生的程序性死亡信号,作者将3株HIV tat基因转染并稳定表达的tat T细胞株(Jurkat-tat)与未转染的Jurkat T细胞进行了比较,当将其转入含0.1%FCS的培养液中48 h后,3株Jurkat-tat T细胞均出现细胞凋亡,而Jurkat T细胞则为阴性,在10%FCS培养液中淋巴细胞死亡率显著下降,说明tat蛋白诱发的细胞凋亡可被细胞因子所抑制。体外实验表明,重组tat蛋白也可诱导正常人外周血单个核细胞(PBMC)发生程序性死亡。真核细胞的细胞周期进程受依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶(Cdks)调控,Cdks的活性与某些细胞株的程序性死亡密切相关。Jurkat-tat细胞株中依赖细胞周期蛋白A(Cyc-A)的蛋白激酶活性比正常Jurkat细胞高4~5倍,由Jurkat-tat细胞分泌Tat蛋白可在体外显著增强依赖Cyc-A的k2和c2激酶活性;外源性的Tat蛋白还可显著增强PBMCs的总Cdk活性,且不影响细胞的细胞周期进程;采用细胞周期蛋白特异性的反义脱氧核苷酸可抑制Jurkat-tat T细胞的程序性死亡,而非特异性脱氧核苷酸对照则无此作用。上述结果说明,感染细胞的Tat蛋白可通过活化非感染细胞的Cdks而导致其发生程序性死亡[16]。HIV感染引发CD4+T细胞PCD也可能与超抗原的存在有关。HIV胞膜蛋白基因的一些区段具高度特异性,不同毒株之间这些区段的核苷酸序列有明显差异,变异的HIV可能编码一类超抗原,这类超抗原可以诱导表达Vb-TCR分子的CD4+T细胞发生PCD,继而导致T细胞数明显降低[17,18]
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    近年来有关病毒致细胞凋亡分子机制及信号传递系统的研究已为人们广泛关注,病毒作为细胞凋亡的一大诱因,研究病毒与凋亡的关系必将有利于弄清一些病毒感染性疾病的发病机制,对从细胞凋亡新角度探讨病毒性疾病的治疗并最终控制病毒感染有重要意义。

    作者单位:陈廷(272113 济宁,济宁医学院病毒研究室)

    李晶(272113 济宁,济宁医学院病毒研究室)

    陈莉(临沂市中医院儿科)

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