二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制.doc

二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制第23卷第3期20lo汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院journalofshantoauniversitymedicalc0缸egvo1.23no.32o1o二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制閆克棟,張建軍(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)教研室,廣東汕頭515041)【摘要二惡英類化合物是一類持久性環(huán)境有機(jī)污染物,由于其高毒性,難降解性,強(qiáng)脂溶性和生物蓄積性,對人類健康和環(huán)境安全構(gòu)成極大威脅.二惡英毒性作用研究主要涉及生長發(fā)育毒性,免疫毒性,內(nèi)分泌毒性,生殖毒性,以及致癌性等多方面.目前二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的研究有許多,但是,二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制研究較少,本文就二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制作一綜述.關(guān)鍵詞二惡英;細(xì)胞凋亡;線粒體;死亡受體;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中圖分類號r994.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼a文章編號1007-4716(2010)03.0178.04二惡英是指結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)相似的多氯代二苯-并-二惡英和多氯代二苯-并一呋喃的總稱,能與芳香烴受體(a職)結(jié)合,且對人類產(chǎn)生持久性危害.其中研究最多,毒性最強(qiáng)的二惡英類化合物是2,3,7,8.四氯代二苯.并一二惡英(tcdd).環(huán)境中的二惡英主要存在于城市的垃圾焚燒,礦石冶煉和含氯化合物及紙漿漂白等工業(yè)中.二惡英具有很強(qiáng)的親脂性和難降解性,通過食物鏈在動物和人體內(nèi)蓄積(主要分布在脂肪組織,其次是肝臟,腦組織,血液和胎盤等組織中).人體內(nèi)的二惡英90%是通過飲食(肉類,奶類及其制品,魚,貝類等n)攝入的.目前認(rèn)為研究細(xì)胞凋亡的途徑有線粒體介導(dǎo),死亡受體(dr)介導(dǎo)l2j及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)【3i.這3種途徑都是最終通過激活caspase蛋白家族成員引起細(xì)胞凋亡.本文就二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制作一綜述.1二惡英的作用機(jī)制ahr是存在于細(xì)胞質(zhì)中的信使蛋白,是一種內(nèi)源性的轉(zhuǎn)錄因子.當(dāng)二惡英進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后,與ahr結(jié)合.形成配.受體復(fù)合物.該復(fù)合物與細(xì)胞質(zhì)中的ahr核轉(zhuǎn)位蛋白(ah鼢)結(jié)合形成異源性蛋白質(zhì)二聚體,再將這一復(fù)合體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核中,并與核中位于5蔭上游區(qū)的dna特殊序列二惡英響應(yīng)因子結(jié)合,改變dna的構(gòu)象,引起下游特定的基因組表達(dá)紊亂.改變細(xì)胞的增殖與分化,產(chǎn)生相應(yīng)的毒性效應(yīng)及致癌性l4-5.目前已發(fā)現(xiàn)表達(dá)轉(zhuǎn)錄的主要有細(xì)胞色素p4501a12(cypiai一2),葡萄糖醛酸和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等.其他類型基因的表達(dá)也可能直接或間接地受ahr的調(diào)節(jié)l6j.cypia1基因的基礎(chǔ)表達(dá)水平極低,但經(jīng)過ahr結(jié)合誘導(dǎo)后,表達(dá)水平大大提高.二惡英通過激活ahr后對機(jī)體造成相應(yīng)毒性效應(yīng)的過程,稱為ahr依賴性途徑.隨著研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)ahr不僅介導(dǎo)二惡英的毒性作用.還參與其他許多重要的生化過程.圍產(chǎn)期暴露于tcdd,使得子代ahr雜交型雌鼠的空間記憶能力降低,提示ahr依賴是tc肋造成腦功能損傷的一個重要原因l17l.2二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制2.1二惡英經(jīng)線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡在細(xì)胞凋亡早期,線粒體形態(tài)無明顯改變,但已產(chǎn)生一系列功能變化.tcdd暴露引起細(xì)胞內(nèi)外ca2濃度紊亂,使細(xì)胞內(nèi)c濃度增加【8j.膜外過高的ca2濃度又可刺激線粒體攝入ca2,致使線粒體內(nèi)ca2超負(fù)荷.線粒體內(nèi)過高的ca2濃度促使其膜上的通透性轉(zhuǎn)換孔開放,導(dǎo)致線粒體破裂并釋放出細(xì)胞色素c(cytc),凋亡誘導(dǎo)因子等進(jìn)入膜外,進(jìn)而激活caspase蛋白,從而啟動細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)【9j9,導(dǎo)致細(xì)胞凋亡.其中,線粒體釋放的cytc是參與細(xì)胞凋亡的主要分子,cytc與細(xì)胞凋亡蛋白酶活化因子.1(apaf-1)結(jié)合,在datp或atp存在的條件下形成蛋白復(fù)合物,從而激活capase.9,再激活下游caspase受體,進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡p在線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡過程中也受到bcl一2蛋白家族成員的調(diào)控作用ll0.bcl-2與bax是機(jī)體內(nèi)最常見的抑,促凋亡基因,bc1.2主要表達(dá)于線粒體,細(xì)胞核及內(nèi)質(zhì)網(wǎng),其作用是清除損害dna及蛋白的氧自由基,調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ca2流量uu;bel-2對細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)主要通過直接調(diào)節(jié)線粒體膜上ptp的收稿日期:2010一o407作者簡介:閆克棟(1984一),男,山東省泰安市人,汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院在讀碩士生.通信作者:張建軍e-jmil:.ai旦塞笠二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)通透性,阻止cytc從線粒體內(nèi)釋放到胞質(zhì)中,bcl-2還直接與apaf-1結(jié)合,封閉其激活caspase一3的功能,抑制凋亡的發(fā)生.而bax表達(dá)水平高時則促進(jìn)細(xì)胞凋亡.通常情況下,這兩種蛋白表達(dá)量處于穩(wěn)定狀態(tài),由于受到tcdd的刺激,使得促凋亡蛋白量表達(dá)增加,進(jìn)而打破胞內(nèi)蛋白平衡,促進(jìn)細(xì)胞凋亡引.因此tcdd可以通過線粒體凋亡途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡.圍產(chǎn)期暴露tcdd可能損害環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(creb)的上游調(diào)控因子,導(dǎo)致海馬creb的活化降低.大腦在突觸的發(fā)育期暴露tcdd會抑制n.甲基.d.天冬氨酸(nmda)受體活性,引起神經(jīng)元凋亡以及神經(jīng)退行性疾病u3l.creb的轉(zhuǎn)錄活性主要依賴于第133位絲氨酸殘基(ser133)的磷酸化.磷酸化的creb(pcreb)能調(diào)節(jié)大量抑制神經(jīng)元凋亡基因的表達(dá),可促進(jìn)抗凋亡基因bc1.2以及腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(bdnf)和神經(jīng)生長因子的表達(dá),還可促進(jìn)nmda受體的活化【l4j.bdnf能與神經(jīng)元上特異性高親和力受體.酪氨酸激酶受體b結(jié)合,促進(jìn)酪氨酸激酶(trkb)同源二聚體的形成,激活受體,誘導(dǎo)trk受體特異位點(diǎn)磷酸化.活化的trkb通過信號級聯(lián)放大,調(diào)節(jié)基因表達(dá),激活多種蛋白和酶,包括轉(zhuǎn)錄因子creb,上調(diào)抑凋亡基因bcl-2表達(dá),抑制神經(jīng)元凋亡【15j.因此,在creb與bdnfmrna問形成了一個正反饋環(huán).creb的磷酸化可促進(jìn)bdnfmrna表達(dá),而后者表達(dá)升高又可誘導(dǎo)creb磷酸化,抑制神經(jīng)元凋亡.bcl一2及bdnf蛋白表達(dá)下調(diào),抑制神經(jīng)元凋亡作用減弱,tcdd可能通過抑制creb磷酸化,下調(diào)bdnf及bc1.2表達(dá),從而誘導(dǎo)新生大鼠海馬神經(jīng)元凋亡.creb的磷酸化不僅有環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶這一信號通路,還有其他信號通路,如鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶,蛋白激酶c和絲裂原活化蛋白激酶(mapk),這表明creb是一個多信號傳導(dǎo)通路的交匯點(diǎn)【16.所以,tcdd可能是通過多個信號傳導(dǎo)通路抑制creb的活化,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.2.2二惡英經(jīng)dr途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡dr(fas,tnfrl,dr35等)是指通過與相應(yīng)的配體結(jié)合后引起細(xì)胞凋亡的一類跨膜受體.研究發(fā)現(xiàn),tcdd能激活fas/fasl途徑誘導(dǎo)t細(xì)胞凋亡17.tcdd還可通過激活fas/fasl途徑,誘導(dǎo)att-20細(xì)胞凋亡【18.提示tcdd可通過dr介導(dǎo)的凋亡途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.fasl是同源三聚體,能與細(xì)胞膜上的3個fas分子結(jié)合,并通過其胞內(nèi)域與細(xì)胞質(zhì)中的fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白(fadd)的死亡結(jié)構(gòu)域(dd)結(jié)合,繼而通過fadd末端死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域(ded)與鄰近c(diǎn)aspase一8中的ded結(jié)合,使caspase一8寡聚化,自身裂解而激活caspase一8,進(jìn)而激活下游caspase一3,使核dna有序片段化,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.激活的caspase一8還能裂解bid,裂解產(chǎn)物的羧基端轉(zhuǎn)移到線粒體后,能誘導(dǎo)線粒體釋放cytc,激活caspase級聯(lián)反應(yīng),將dr介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路與線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路聯(lián)系起來,產(chǎn)生協(xié)同作用,能放大凋亡信號ll引.2.3二惡英經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ers)是指由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)ce平衡紊亂以及過量未折疊蛋白質(zhì)積累而造成的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)受到破壞的狀態(tài);由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非常敏感,葡萄糖/營養(yǎng)素缺乏,蛋白質(zhì)糖基化抑制,二硫鍵形成障礙,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)異常,ca2耗竭等刺激都可致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能失調(diào),發(fā)生ers.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在維持細(xì)胞內(nèi)ca2內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,以及膜蛋白的合成,修飾和折疊等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用l20j.研究發(fā)現(xiàn),tcdd暴露導(dǎo)致c57bl/6j小鼠滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹以及線粒體的擴(kuò)張改變,從而引起ers反應(yīng),導(dǎo)致ca2失衡,ca1.reticulin,calnexin,bip,grp94,chop等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白表達(dá)失調(diào)【21j.雖然ers途徑誘導(dǎo)凋亡的詳細(xì)機(jī)制目前還不清楚,但相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)出的凋亡信號在進(jìn)入凋亡的共同通路激活caspase3之前,可特異性地激活caspase.12,同時ca2異常也可直接激活caspase.12.進(jìn)一步激活caspase.9,3.最終引起細(xì)胞凋亡.同時caspase.9還可正反饋地激活caspase12,進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞凋亡作用.目前對二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的詳細(xì)機(jī)制尚不清楚,但tcdd暴露可通過多種通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,在多種情況下各凋亡通路之間是相互聯(lián)系的.如caspase-8可通過裂解bid把dr和線粒體通路聯(lián)系起來;體內(nèi)ca2的穩(wěn)態(tài)同時受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體的調(diào)節(jié)作用.因此細(xì)胞凋亡并非單一的凋亡通路所調(diào)控的,而是多種凋亡通路相互作用,相互聯(lián)系,共同調(diào)控了細(xì)胞凋亡.研究發(fā)現(xiàn),caspase在神經(jīng)保護(hù)中也起到了重要作用【9l.caspase.3是細(xì)胞凋亡信號中最關(guān)鍵的因子之一,凋亡信號激活caspase.3的同時也激活熱休克蛋白7o(hspto),caspase一3活化之后會進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,而hsp70的作用是保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞,因此兩者共同作用決定了細(xì)胞的生存或凋亡.這表第3期閆克棟等.二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制明細(xì)胞凋亡并非單一進(jìn)程,且細(xì)胞凋亡與細(xì)胞保護(hù)是同時存在的,細(xì)胞會同時激活相對立的凋亡和抑凋亡兩個過程,兩種作用的強(qiáng)弱對比決定細(xì)胞凋亡與否.3小結(jié)迄今對二惡英進(jìn)行了大量研究,但許多機(jī)制尚不清楚.其原因主要是二惡英的生物半衰期長,其作用期間受多種因素影響.研究發(fā)現(xiàn),線粒體在二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡中起重要作用,決定細(xì)胞生存或凋亡,眾多線粒體相關(guān)因素形成相互聯(lián)系,影響的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò).二惡英誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是多分子的級聯(lián)反應(yīng),是一個復(fù)雜的調(diào)控過程,還有許多凋亡通路目前我們沒有發(fā)現(xiàn),需通過進(jìn)一步研究凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)來發(fā)現(xiàn)這些凋亡通路及其調(diào)控機(jī)制.參考文獻(xiàn):1poianda,knuisonjc.2,3,7.8-tetmcldoredibenzo-p.dloxinandrelatedlmlogenateda.rolnatlchydrocarbons:exa-minatlonofthemechanismoftoxieityj.annurevpharma.coltoxicol,1982,22:517554.2】nm.pag,rolfem,harperjw.dragdiscoveryintileublqultln-proteasomesystemj.naturereviewsdrugdisco-very,2006,5(7):596613.3nakagawat,zhuh,morishiman,eta1.cpase.12mediatesendoplasmle-reficulum-specificapoptosisandcytotoxl-citybyamyloid-betaj.nature,2000,403(6765):98103.4harperp.tireahreceptorandthetoxicityofcldorinatedaromaticcompoandsa.injoseph),pdeds.moleculartoxi-eologyc.newyork&oxfo:oxforduniversitypress,l99r7.5okeyab,riddickds,harperpa.theahreceptor:mediatorofthetoxicityof2,3,7,8-tetraeldorodibenzo-p-dioxin(tcdd)andrelatedcompotmdsj.toxicollett,1994.70:122.6hoivikd,wilsonc,wangw,eta1.studiesonthere.1atlomhipbetweenestrogenreceptorcontent,glutatifiones-tralel-ase7cexpression,andinductionby2,3,7,8-tetra-ehloredibenzo-p-dioxinanddrugresistanceinhumanbreastcancercdj.archbiochembiopliys,1997,348:174182.7powersbe,lintm,vankaa,eta1.term.eldoredibenzo-p-dioxinexpesurealtersaltersradial咖lmazeperformanceandlfippocampalmorphologyinfemaleallr/.mieej.genesbrainbehav,2005,4:5159.8schenkgj,engelsb,zhangyp.eta1.apotential?l80?roleforcalcium/calmodulindependentproteinkinase-relatedpeptideinneuronalapoptosis:invivoandinvitmevidencej.eurjneuroi,2007,26(12):34113420.9jmclaughhnb,hartne/tka,erhmgtja,eta1.caspase3activationisessentialforneuroproteeloninprecon-ditioningj.proenailacadsci,2003,100(2):715720,10juanb,qidongy,linz,eta1.sh】dyofneuronalalxp-tosisandctmngesinexpressionoftheproteinsrelatedtothemitochondfialpathwayaftera1-42injectionintherathippecampusj.neuroembryolaging,2008,5:156160.11daisukek,shkela,masatoi,eta1.calcium/calmedulinsignalingehcitsreleaseofcytochromecduring2,3,7,8-tetracldorodibenzo-p-dioxin-inducedapoptosisinthehumanlymplioblastiet-cellllne,l-matj.toxicology,2009.258:2532.12hsusy,hsuehaj.tissue-specificbcl-2proteinparthersinapoptosis:anovarianparadigmj.pliysiolrev,2000,8o(2):593614.13jevidctv.eadyexposuretocommonanflletieagentscauseswidespreadneurodegenemtionintiledevelopingratbrainandpersistentlearningdeficitsj.jneurosci,2003,23(3):876882.14tiraboschie,tarditod,kasaharaj,eta1.sel.c.fivephospholylationof13udearcrebbyfluoxetineislinkedtoactivationofcamnase1vandmapkinasecascadesj.neuropsychoplmrmacology,2004,29:18311840.15fuw,luc,matisonp.telomerasemediatestilecellsurvival-promotingactionsofbrain?derivedneurotrophicfactorandsecretedanlyloidprecursorproteinindevelopingtrip-pi)cneuromj.jneurosci.2002,22:107101o719.16zhangc,shenw,zhangg.n-methyl-d-aspartatere-ceptorandl-typevoltage-gatedca2channelantagonists811-pressthereleaseofeytoclwomecandtheexpressionofpro-easpase一3inratlfippocampusafterglobalbrainiscllemiajj.neuroscilett,2002,328:265268.17dearsqtneea,kerkvi.jetni.mechanismof2,3,7,8-tetracla/orodibermo-p-dioxin(tcdd)一induceddecreaseinanti?cd3-activatedcimtceils:therolesofapoptosis,fas,andi啊j.toxiedogy,2002,170:139151.18pingh,roshant,miae,eta1.celldeathinducedby2,3,7,8-tetracldoroddbere.o-p-dioxin(2,3,7,8-tcdd)inatt-20pituitaryeeusj.toxicology,2005,207:391399.19goonesinghea,mundye,smithm,eta1.pro-apop?totiebidinducesmembraneperturbationbyinsettingselectedlysolipidsintothebilayerj.biliemj,2005,387(1):109118(下轉(zhuǎn)第183頁)筮塑里整笠:劍食昴與人類腫瘤的關(guān)系制加工方法.注意腌制時間和溫度以及食鹽用量以減少亞硝酸鹽的產(chǎn)生.在食品加工中要確保原料新鮮,防止微生物的污染.在食用腌制食品時,應(yīng)選擇蒸或煮的方法來減少亞硝基化合物的攝入.腌肉加工時可用vc,煙酰胺等抗氧化劑作為發(fā)色劑,從而減少亞硝酸鹽的用量.多食用富含vc的水果蔬菜(如獼猴桃,蘋果等),可有效抑制亞硝化作用.茶葉富含的茶多酚具有阻斷一亞硝基化合物致突變和致癌的作用.草莓和大蒜也能減少一亞硝基化合物的形成.此外,黃酮類物質(zhì)能清除亞硝胺類物質(zhì).抑制亞硝胺誘導(dǎo)腫瘤的生成l20j.另外,防止肥料污染,盡可能使用鉬肥以減少硝酸鹽在蔬菜中的蓄積量.積極進(jìn)行宣傳教育,提高人們對腌制食品的認(rèn)識,盡量不食用及少食用腌制食品從而減少亞硝酸鹽攝入量.參考文獻(xiàn):1huntj.ameodformeasuringnitriteinfleshvegetablesj.foodadditivesandcontaminants,1994,11(3):317325.2link,shenzy,lush,eta1.intakeofvolatilen-nitrosaminesandtheirabilitytoexogenouslysynthesizeinfiledietofinhabitantsfrom1h-skalaofesoplmgealcancerinsouthernchinaj.biomedicalandenvironmentalsciences,2002.15(4):277282.33honikelko.theuseandcontrolofnitrateandnitritefortileprocessingofmeatprodactsj.meatscience.2008,78(12):6876.4stuter.petiudisk,stheinhartg,eta1.biogenieaminesinfishandsoysaucesj.europeanfoodresearchteclmology,2002,215(2):101107.5孫國勇.曾慶孝,江津津.魚露中_亞硝基化合物及其前體物的研究現(xiàn)狀j.中國釀造,2007,177(12):58.6yurchenkos,molderu.theoccuyiiiccofvolatilen-nltrosamlnesinestonianmeatproductsj】.foodchemistry,2007,100(4):17131721.7jaeszp,gonzalezca.nitrosamineandrelatedfoodintakeandgastricandesophagealcallcerrisk:asystematicre-viewoftheepidemiologiealevidencej.woddjgastroenterol,2006,12(27):42964303.8jyuanjm,wangxl,xiangyb.eta1.preservedfoodsinrelationtoriskofnasoptmryngealcarcinomainslmnghai,chinaj.intjcancer,2000.85(3):358363.9jgaijjcchiol,matanoskig,taoxg,eta1.adult.hoodconsumptionofpreservedandnonpreservedvegetablesandtheriskofnasophm3mgealcarcinoma:asystematicreviewj.jcancer,2006,119(5):11251135.10jianl,zhangdh,leeah.eta1.dopreservedfoodsincreaseprostatecancerrisk?j.britishjournalofcancer,21304,90(9):17921795.11】link,si-if_wy,shenzy,eta1.estimationofthepo?tentialfornitresationanditsinhibitioninsubjectsfromhish-madlow-riskareasforesoptmgealcancerinsouthelt/ichinaj.intjcancer,2003,107(6):891895.12劉桂亭,劉天舟.河南食管癌病因?qū)W研究j.中國腫瘤,2002,9(5):220221.13lusx,linpz,wanggq,eta1.comprehensivepmventionandtreatmentforesoplmgealcancelj.chinesemedicaljournal,1999,112(10