oppenheim

・专题讲座・

神经系统与细胞凋亡

刘蓉予1 苏家麟2 于常海1,2

(1上海生命科学研究中心神经损伤和再生实验室,上海200031;2香港科技大学生物系,香港)

目 录

一、PCD和细胞凋亡

二、神经细胞凋亡的特征和机制

(一)激活凋亡的因素

(二)凋亡的形态学特征

(三)与凋亡的形态学特征相关的机制

三、细胞凋亡与坏死

(一)相同的触发因子

(二)可能相同的第二信使及下游因子

(三)

Bcl22家族的作用

(四)线粒体通透性改变

(五)死亡细胞残骸的清除

四、PCD的分子机制

(一)凋亡的遗传学研究

(二)调控神经细胞凋亡的有关分子机

制

五、凋亡与神经系统发育和神经系统疾

病

(一)神经系统发育

(二)疾病时的神经元死亡

六、展望

细胞凋亡(

apoptosis

)是形态上明显区别于细胞坏死(

necrosis

)的另一种细胞死亡方式,在

神经系统的发育中起着重要的作用。例如,在大鼠、小鼠、鸡及人的胚胎发育过程中有大约

50%的处于分裂期后的神经元会自然死亡(

Oppenheim.1991

)。通常认为,神经元在这个阶段

自然发生的死亡为细胞凋亡。近来有证据表明,细胞凋亡也参与了由轴突损伤或神经退行性

疾病如肌萎缩性脊髓侧索硬化(

ALS

)、老年性痴呆(

AD

)等引起的异常情况下的神经元的死亡

过程(

Lo等.1995

)。本文将细胞凋亡和程序性死亡(

programmedcelldeath,PCD

)及坏死进行

了比较,概述了细胞凋亡分子机制的最新研究进展,讨论了凋亡在神经系统正常发育和疾病情

况下的作用。

一、PCD和细胞凋亡

PCD和细胞凋亡是两个概念不同但通常会被误认为是可以互换的名词,所以有必要将两

者首先加以区别。PCD一词最早出现在报道发现昆虫从幼虫变成蛾期间有一些特定的肌细

胞会逐渐死亡的文章里(

LockshinandWilliams.1964

)。从此PCD即指以发育为背景的细胞

死亡,与自然发生的死亡(

naturallyoccurringcelldeath

)或生理性的死亡(

physiologicalcell

death

)互为同义词。近来,PCD被一些研究人员增添了新的含义,PCD应该是由基因介导的,

即被编程(

programmed

)的细胞死亡。细胞凋亡来源于希腊语,原指季节性的叶子的脱落,它

被生物学家借来描述明显有别于细胞坏死,但仍以细胞死亡为最终结果的一系列形态学改变,

如细胞皱缩、染色质凝聚等等。细胞凋亡不一定要发生在发育环境下,而且,尽管细胞凋亡常

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与体内基因的表达,蛋白质的合成及核小体间DNA的断裂联系在一起,但是这些并不是凋亡

所必需的特征(比如细胞毒性T淋巴细胞杀伤靶细胞时)

,同样,尽管凋亡是许多PCD的特征

性生化标志,然而不是所有PCD都以凋亡的形式发生,一些非凋亡形式的细胞死亡可以在脊

椎动物的神经系统中找到(

Oppenheim.1991

)。由此看来,PCD和凋亡是两个不同的概念。

二、神经细胞凋亡的特征和机制

(一)激活凋亡的因素 在神经系统的发育过程中凋亡是一个正常而且重要的机体自我修

附图 脑缺血损伤后具有凋亡特征的培养星形胶质细胞

电镜照片显示,与正常的培养星形胶质细胞(上图)相比,脑缺血

损伤后的培养星形胶质细胞(下图,放大倍数是上图的2倍)呈

现出细胞核凝缩,染色质沿核膜凝聚等凋亡的典型形态学变化

正的过程。通过自然的细胞死亡可以去除

过量的神经元,清除表型异常的细胞,纠正

发育中出现的错误,使系统间更加匹配以

及形成二性异型[1]。现在认为当某些细胞

不再需要或遭受损伤时凋亡通路将被激

活,而激活凋亡的因素包括靶源性营养因

子如NGF

(

Montalcini等.1981,Perez2polo

等.1990

)

,BDNF

(

Oppenheim等.1992

)和

非靶源性因子如传入信息,胶质细胞源性

的营养因子,以及激素(

Oppenheim.1991

)。

某些疾病情况如脑缺血(

Natatoki等.1995;

Koistinaho等.1997

)

,神经系统的退行性疾

病也可以诱发神经细胞的凋亡(

Lo等.

1995

)。并且,凋亡的发生还与神经细胞的

类型、成熟度以及所处于的发育阶段有关

(

Milligan等.1996

)。

(二)凋亡的形态学特征 典型的凋亡

细胞的形态学变化过程包括:细胞体积减

少细胞皱缩,细胞器保持完整无损但紧密

压缩,细胞核收缩,染色体DNA断裂,染色

质沿核膜缩合。然后核裂解成碎块,胞膜

逐渐突起形成“大疱”。而后有完整胞膜,

包含着核碎片和细胞器的“大疱”从凋亡细

胞表面脱离出来,形成所谓的“凋亡小体”。

最后凋亡小体被聚集在凋亡细胞周围的吞

噬细胞吞噬(

Oppenheim.1991,Fleisher.

1997

)。对于凋亡的形态描述最早用于分

裂中的免疫细胞,就不同类型的细胞而言,

发生凋亡时的形态学变化可能不完全一致。例如并非所有的凋亡特征都能在神经细胞中出

现,但其中的某些重要指征,如核凝缩、DNA断裂可以在受到中风损伤而发生凋亡的神经

元[2],以及老年性痴呆患者的神经元中找到[3]。我们实验室也发现培养的星形胶质细胞暴露

在实验性脑缺血的环境下超过4小时后出现一些凋亡的形态和生化特征,如核凝缩,染色质沿

核膜凝聚(附图)并能检测到DNA梯度。

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(三)与凋亡的形态学特征相关的机制

1.细胞核的变化和DNA碎片:研究发现细胞凋亡时染色质凝聚,核膜破裂的现象是由于

lamin被凋亡激活的caspas分解而产生的不可逆结果(

Kaufmann.1989,Martin等.1995

)。

对于许多细胞来说相当于寡聚核小体大小(长度约为180～200bp的倍数)的DNA片段梯度

的形成是发生凋亡的典型生化标志,并标志着细胞死亡过程进行到了终点(

Campto等.1992

)。

这种大小的DNA片段的形成是由于DNA在核小体处被切割,从而产生了成倍于180～200bp

的DNA梯度片段。最近研究发现更大DNA片段(

30～50和200～300kb

)甚至DNA切割成

单链的现象。对凋亡时DNA被切割现象的推测之一是可能激活了内源性的,依赖于Ca2+、

Mg2+的核酸内切酶(如DnaI,DNuscII,Nuc218,Nuc21

)

;二是参与DNA修复的酶如PARP

在凋亡发生时被失活(

Hale等.1996

)。值得一提的是,并不是所有的凋亡都会有DNA梯度形

成。

2.胞质的变化:凋亡的另一个显著的形态特征是由于胞内微丝网络重新排列,细胞分裂成

凋亡小体。1991年Cotter发现将HL260细胞用可以破坏微丝的松胞素B进行预处理后再给

予足以引起凋亡的刺激,仍可以观察到核裂解和DNA切割现象,但看不到凋亡小体。这个实

验提示微丝对胞膜破裂至关重要。另外,还发现细胞凋亡时组织型或Ⅱ型的转谷氨酰胺酶在

胞内选择性聚集。此酶作用之一是将谷氨酰胺残基交连,而胞内蛋白的交连能稳定将要死亡

细胞的胞质,防止胞内有害物质外泄到胞外而引起炎症反应(

Hale等.1996

)。因此凋亡通常

不激活体内的免疫系统。

3.凋亡时细胞膜的改变:凋亡细胞不再与周围的细胞紧密联系,吞噬细胞在凋亡细胞周围

聚集。目前有关吞噬细胞在凋亡细胞周围聚集并发挥吞噬功能的机制并不太清楚。一方面可

能存在着某种化学趋化信号分子(

Milligan等.1995

)。这个被称为脑源性化学趋化因子(

BD2

CF

)通过与巨噬细胞上的受体作用而启动后者的趋化。就中枢神经系统(

CNS

)而言,有人认

为变性的神经元成分就可能充当吸引巨噬细胞的化学趋化性信号。另一方面,细胞与细胞之

间的相互作用也保证了只有正处于死亡状态的细胞将被吞噬。例如正常情况下位于细胞膜内

侧的磷脂酰丝氨酸(

phosphatidylrine

)在细胞发生凋亡时通过位置倒转暴露于细胞表面,从而

介导细胞的吞噬[4]。最近发现被介导的吞噬细胞在向被识别的凋亡细胞迁移,伸展并包裹的

过程中,需要在吞噬细胞内表达一类蛋白质———Dock180。Dock180与线虫ced25基因编码的

蛋白结构相似,可能两者都参与了细胞骨架重组,以便吞噬细胞向凋亡细胞伸展[5]。

三、细胞凋亡与坏死

在描述凋亡的形态学特征时不能不提到另一种更为常见的死亡———坏死。坏死是细胞在

受到致死性损伤时发生的不可逆转的死亡。细胞首先表现为细胞膜完整性的破坏,细胞水肿,

对胞外分子的通透性增加,细胞器变性,线粒体内质网肿胀并形成空泡;核固缩,染色质缩合,

最终染色质破碎成松散相连的颗粒,坏死细胞的细胞核消失。坏死的细胞发生由溶酶体参与

的自溶或异溶现象,细胞碎片由被趋化的炎症细胞吞噬清除。

长久以来研究人员都认为凋亡与坏死是截然不同的概念。然而这种观念正受到新的研究

结果的挑战。理由是:

(一)相同的触发因子 许多不同的信号如热休克、病毒、蛋白合成抑制剂、氧化作用、低

氧、射线、谷氨酸、一氧化氮等在神经细胞和非神经细胞中既可诱导凋亡又可导致坏死

(

Nicotera等.1995,Tsujimoto等.1996,Journot等.1997

)。在不足以产生细胞坏死的刺激诱发

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下,细胞可能发生凋亡。如处于45℃环境1小时后的培养细胞发生坏死,而在43℃条件下则

出现细胞凋亡。类似的,低浓度的过氧化氢诱导细胞凋亡而高浓度则产生细胞坏死。而且,细

胞类型和所处的发育阶段与细胞的反应也有关系。同样是去除NGF,发育中的背根神经节感

觉神经元发生凋亡,但对成熟的感觉神经元却无影响(

Breden等.1995

)。

(二)可能相同的第二信使及下游因子 在两种形式的死亡中都有Ca2+和应激依赖的转

录因子如c2Fos的参与。而且一些被认为是凋亡所特有的信号分子caspa2810也参与了坏

死过程(

Breden等.1995

)。另外还发现由凋亡受体之一的CD95介导的少突胶质的死亡也

并非凋亡(

Antel等.1995

)。所以,至少存在一些效应分子在两种死亡方式的比较上游的位置

起作用。

(三)

Bcl22家族的作用 以往一直认为Bcl22特异性抑制细胞凋亡,现在的研究证明过量

表达Bcl22也可以抑制诸如病毒、低氧、氧化刺激以及有毒物质引发的细胞坏死。另外令细胞

内过量表达Bcl22家族另一成员Bax可诱导细胞凋亡,但如果不使细胞内蛋白酶活化,细胞产

生坏死(

Breden等.1995

)。

(四)线粒体通透性改变 凋亡和坏死过程中都有线粒体通透性改变。凋亡信号在细胞内

转导的共同通路是线粒体通透性改变后引起线粒体跨膜电位丧失[6]。而坏死的特征之一就

是线粒体通透性改变同时伴有所有的细胞器变性肿胀。这样诱导线粒体通透性改变的刺激的

强弱可能就决定了细胞以凋亡和坏死中的何种形式死亡[7]。

(五)死亡细胞残骸的清除 以前的观点强调凋亡通过吞噬细胞或邻近细胞的识别和吞噬

作用清除死亡细胞,胞内物质不外泄因而不会引起体内的炎症反应。而坏死的细胞当胞膜破

裂后被体内炎症反应细胞清除。实际上,凋亡并不是绝对不引起炎症反应。有研究发现一种

称为shigellaflexneri的病原体就可引起细胞凋亡时产生炎症反应,其目的在于通过体内的免

疫系统来清除入侵的病原体[8]。

因此研究人员对凋亡和坏死是否是两种完全不同的死亡形式这一问题逐步有了新的认

识。Leist和Nicotera[9]认为如果细胞死亡程序在进行过程中不受干扰和抑制,细胞就主要产

生凋亡样的形态变化,反之,就表现为坏死。换言之,坏死是凋亡程序执行失败后的结果。而

Zamami[10]则提出“细胞死亡二部曲”之说。他认为线粒体通透性改变是死亡的第一步,死亡

过程第二步的结果有两种:凋亡和坏死,由刺激的强弱程度决定。当线粒体通透性改变迅速发

生,严重影响ATP产生,在与凋亡有关的蛋白酶激活前坏死就被激活,细胞表现为坏死;反之,

线粒体通透性改变发生缓慢,有足够特异的蛋白酶如caspas在ATP耗竭之前被激活,细胞

就进入凋亡。尽管可以肯定凋亡和坏死之间有联系,但目前还不清楚两者之间是怎样联系的。

对该问题的解答很大程度上依赖于死亡的分子机制和信号转导通路的研究结果。

四、PCD的分子机制

(一)凋亡的遗传学研究 对细胞凋亡的分子机制和信号转导途径的研究在过去短短的四

五年之间取得了极大的进展。1994年Horvitz首先宣布他们在基因突变的s体内发

现与PCD有关的遗传基础。正常情况下s发育为蠕虫过程中体内所有1090个细胞

中的131个细胞要死亡,有三个基因ced23、ced24和ced29的突变可抑制这131个细胞的自然

死亡。ced23、ced24为细胞死亡所必需的基因,ced29是阻断死亡的基因。进一步的研究发现,

在正常情况下ced23、ced24和ced29形成三联体。ced24在ced23从无活性的酶原———前ced23

转化为有活性的蛋白酶过程中起着关键作用(

Hengartner和Horvitz,1994

)

,而ced29与ced24

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结合使后者无法发挥作用。ced23受到ced29的负调节,ced29发挥作用时必需ced24存在。

ced24在ced23和ced29之间起桥梁作用[11]。所形成的ced23ced24ced29“凋亡体”现在被广

泛当成细胞死亡受调控的模型[12]。陆续还发现其它的基因影响着凋亡的其它方面,如ced21、

-2、-5、-6、-7、-10为凋亡小体被周围细胞识别和吞噬所必需,ces21和ces22在一定的细

胞中决定死亡通路的激活[2]。

ced23、ced24和ced29在哺乳类动物中有相对应的基因。ced29与人类基因bcl22有着很高

的同源性,如同ced29一样,bcl22能阻断细胞死亡(

Oppenheim等.1994

)。ced23与哺乳类半胱

氨酸蛋白酶ICE同源(

Yuan等.1993

)。刚刚找到的哺乳类基因Apaf21与ced24同源,与ced24

功能类似,Apaf21在哺乳类动物细胞caspa23从酶原转化为活性酶的过程中必不可少[7]。

ced25编码的蛋白质与人类蛋白Dock180相类似,这类蛋白与吞噬细胞的迁移和吞噬功能有

关[5]。

(二)调控神经细胞凋亡的有关分子机制

es在神经细胞死亡中的作用:克隆线虫ced23基因时发现ced23的表达产物与哺

乳类蛋白ICE结构类似。以后陆续发现了不下12种的与ICE相关的蛋白酶,大致可分成ICE

样的,CPP32样的和Ich21样的蛋白酶3个亚群。所有的ICE家族成员与底物作用和发挥催

化作用的序列相对保守,均在门冬氨酸后切割底物,所以又被称为caspa

(

cysteine2asparate

protea

)(

Alnemri等.1996

)。Yuan及同事(

1994

)首先提供了关于ICE在神经元死亡中作用

的证据。如果从鸡的背根神经节(

DRG

)注入ICE蛋白酶抑制剂,去除NGF后神经元仍能存

活。Gaglianrdin等(

1994

)则发现把ICEcDNA注入小鼠的DRG,即便给予NGF,神经元仍在

一天内死亡。caspa23缺失的小鼠表现为脑内细胞过度增生和细胞发育失去有序性(

Kuida.

1996

)

,而缺失caspa21的小鼠的表型却无明显异常(

Li.1995

)。最近Reed等[13]采用亲和性

标记技术对激活的caspa进行标记、分离、纯化和鉴定,证明了CPP32

(

caspa23

)是神经元和

星形胶质细胞凋亡通路中的主要效应分子。这些实验结果提示了caspa23在脑内某些细胞

的凋亡中起主要作用。

作为特异的死亡信号转导分子,激活后的caspas被认为是凋亡的执行者。caspas以前

体的形式存在于细胞中,传入细胞的死亡信号将这些前体转化为成熟的有活性的酶,活化后的

caspas又能激活下游的caspas。活化的caspas作用于各种底物,如PARP,Lamin,actin,

fodrin,引起细胞和细胞核的各种形态变化(

Martin.1995

)。其中,DNA梯度是凋亡特征性的

生化标志。Nagata等[14]刚发现了一种由caspa激活后具有DNA酶活性的蛋白,命名为

CAD

(

caspa2activatedDNa

)

,同时还找到CAD的抑制剂———ICAD。正常细胞中CAD与I2

CAD形成复合物,ICAD抑制着CAD的DNa活性。由凋亡信号激活的caspas作用于I2

CAD,使得CAD脱离出来而进入细胞核,从而发挥DNa的活性分解染色体DNA。目前尚不

清楚神经元的凋亡是否也有CADICAD的参与。

22家族:表达在哺乳动物中枢或外周神经系统的bcl22家族包括抑制凋亡的Bcl22、

Bcl2XL、Bcl2X、Bcl2l和促进凋亡的Bax、Bix、Bak、Bad和Bcl2xs。Bcl22家族成员自身和相互之

间形成二聚体,两者的比例决定了细胞是否发生凋亡。进一步研究发现Bcl22家族成员之间

形成异二聚体时复杂而有选择性,如Bcl22只与Bax、Bcl2xs、Bad、Bak,Bik作用,Bxl2xs与

Bak、Bik作用,而Bax是共同的伙伴[15]。这可以解释脑内对凋亡存在区域选择性,如蒲肯氏

细胞内表达相对高的bax和相对低的bcl22,因而对各种损伤特别敏感(

Breden等.1995

)。这

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种复杂而有序的相互作用决定了二聚体的稳定性,控制了细胞对死亡的易感性。

Bax是Bcl22家族中参与调节许多种神经元凋亡的重要成员(

Deckwerth等.1996

)。过度

表达Bax可引起神经细胞的凋亡,Bax缺失的小鼠出生时面运动神经元数目明显增多,并且可

以抵抗神经切断所引起的神经元死亡。相反,Bcl22过量表达可以抑制神经元的死亡过程

(

Zanjani等.1996

)。而bcl22敲除小鼠表现出部分面运动神经元和感觉神经元进行性丧失。

Bcl22缺失的小鼠于E13

(胚胎13天)时就会死亡,分析E12的胚胎发现在小鼠整个脑和脊髓,

包括背根神经节内有大量死亡的未成熟的处于分裂后期的神经元。这些都提示Bcl22家族成

员为神经元凋亡所必需[15]。

但现在还不清楚Bcl22成员是如何参与了细胞凋亡调控。Bcl22和Bcl2xl位于线粒体外

膜、内质网,以及核膜的胞质面上,已经有实验结果提示Bcl22和Bcl2xl可能是类似于某些细菌

毒素如diphtheriatoxin的“成孔”蛋白(

Reed.1997

)

,所以Bcl22和Bcl2xl可能具有调节离子流

和蛋白运输的膜转运功能。有证据表明Bcl22能阻断细胞色素c的释放[16,17]。发生凋亡之前

Bax位于胞质内,接收到死亡信息后Bax插入线粒体膜并形成Bax通道,以利于细胞色素c的

释放[6]。基于线虫ced23ced24ced29死亡调控模型,Reed认为哺乳类动物caspas激活也

存在类似的机制。Apaf21是寻找已久的与ced24同源的哺乳类基因。与ced24不同的是Apaf2

1需要辅助因子Apaf22,而Apaf22其实就是细胞色素c。正常情况下Bcl22或Bcl2xl与Apaf21

和前caspa形成复合物,死亡信号到达后,Apaf22首先释放到胞质,帮助Apaf21与Bcl22分

离,然后游离出来的Apaf21将无活性的前caspa转化为有活性的caspa,后者再激活下游的

caspa23。不久Li[18]和Pan[19]的实验结果支持了Reed的设想,他们还发现受到Apaf21激活

的caspa就是caspa29。另外,在凋亡过程中,细胞色素c激活caspa后,激活的caspa反

过来可能会促进更多的细胞色素c释放,两者之间可能形成正反馈环路[20]。

对于Bcl22家族成员的研究还有待于深入。而且目前的研究主要集中在发现位于线粒体

膜上的Bcl22成员的功能,对位于内质网和核膜上的Bcl22成员研究较少。这些都是今后研究

的方向。

五、凋亡与神经系统发育和神经系统疾病

(一)神经系统发育 在外周和中枢神经系统发育过程中约有15%～85%细胞死亡(

Op2

penheim.1995,Johnson.1993

)。不同类型的神经元,包括运动神经元,感觉神经元,中间神经

元,都有死亡的发生。而且,细胞死亡不仅可在神经元上观察到,在少突胶质细胞(

Knapp.

1986

)

,星形胶质细胞(

Krueger.1995

)中都有发生。在神经系统发生的各个阶段如神经管形成

阶段(

Kallen.1995,Greelen.1977,Jeffs.1992

)

,CNS发育的早期阶段(

Homma.1994,Graham.

1993

)胚胎发育阶段(

Silver.1979,Tosney.1985

)都可见死亡的发生。出生后的短期内仍然有

神经元丧失(

Ferrer.1992,Sidman.1965

)。研究表明发生在神经系统发育阶段的细胞死亡是

凋亡而不是坏死[20]。PCD缺陷的果蝇(

White.1994

)和CPP32

(

caspa23

)被定位打断的小鼠

(

Kuida.1996

)在发育阶段就会死亡,而且这种小鼠CNS堆积了大量过剩的细胞,证明PCD的

确是一种正常的细胞死亡方式。尽管这还是有待于进一步证实的设想,发生在发育早期的神

经元死亡可以是为了建立起某种早期模式和清除某种细胞系。机体过量生成神经元可能使得

形成复杂的神经网络的过程中有更大的可塑性。

(二)疾病时的神经元死亡 神经退行性疾病如AD、ALS、Huntington氏舞蹈症(

HD

)、帕

金森病(

PD

)以某一亚群神经元的死亡为这些疾病的共性。尽管对引起这些疾病的病原还不

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太清楚,目前已经提出了几种有关这些疾病病理机制的假说,包括神经元和其靶组织之间的营

养作用的不足甚至缺乏,过量的谷氨酸和钙离子,氧自由基的产生,自身免疫的发生或以上诸

因素的联合作用。不管病理机制如何,这些疾病导致的细胞死亡通路可能通过了凋亡[20]。已

经有越来越多的证据表明发生在神经退行性疾病中的死亡类似凋亡,而且从AD、ALS、HD、

PD患者得到的组织标本显示有凋亡的生化标志(

Sanders等.1995,Lo等.1995,Barinaga.

1998

)。

脊髓肌萎缩(

SMA

)是一种先天性、进行性、致死性的疾病。该疾病首先影响脊髓的前角

细胞,使其变性丧失,然后患者出现肌萎缩,瘫痪。已经找到了与SMA有关的有缺陷的两个

基因:促运动神经元存活基因(

SMN

)(

Lefebvre等.1995

)和编码神经元凋亡抑制蛋白(

NAIP

)

(

Roy等.1995

)的基因。虽然不能肯定这两个基因的缺陷是否就是病因,但研究缺陷的基因在

细胞内产生的影响也能为了解与SMA相关的运动神经元的死亡提供更多的信息。另外,

NAIP基因与IAP———一种凋亡抑制剂的基因序列有同源性,提示SMA患者的前角细胞可能

是以凋亡为死亡途径。

传统观念认为,脑缺血引起的神经元的死亡是坏死,然而近来研究发现,短暂性脑缺血和

脑外伤引起的神经元死亡有坏死也有凋亡(

Johnson等.1995,Nitatori等.1995

)。在脑缺血病

灶中央细胞发生坏死,而在病灶的周边,往往观察到的是具有某些凋亡特征的神经元(

Ben2Ari

等.1996

)。用蛋白合成抑制剂阻断凋亡可以减轻实验性脑损伤(

Hara等.1997

)。但进一步对

这些死亡细胞进行形态学研究却发现它们虽然有DNA断裂和染色体凝聚,但死亡细胞内容

物不完全象凋亡那样包裹在胞膜内,这些死亡细胞的细胞膜并不完整;而且,DNA断裂后形成

不平整的断端,而不是凋亡的钝性末端。所以这些神经元的死亡既不同于坏死,又不符合经典

的凋亡的特征[2]。尽管有实验表明caspas参与了缺血后神经元死亡,关于缺血引起的神经

元死亡是否是凋亡的问题至今还在争论之中。但是有一点可以肯定,就是对脑缺血和脑外伤

中细胞死亡问题研究越透彻,就越有希望找到治愈这些疾病的良药。

六、展望

细胞凋亡是当今生物学研究热点中的热点,每年发表的有关凋亡研究的文章以指数级增

长。对凋亡发生的分子机制和信号转导途径的研究吸引了大量的研究力量,随着生物技术的

发展,比如通过指印法克隆与凋亡有关的基因,不断找到新的Bcl22和ICE家族的成员和生长

因子;通过将外源基因转导入神经元和神经胶质细胞的方法对分子进行功能研究,人们对程序

性死亡和凋亡将会有更清楚的认识,并重新认识一些疾病的发生情况。这将有助于不断研究

开发出更新更有效的药物来治疗疾病。

参考文献

1 PeterME,HeufelderAE,2

tlAcadSci

USA,1997,94∶12736～12737.

2 2damagedneuronsmaycommit

e,1998,281∶1302～1303.

3 tosiskeyinAlzheimer’sdis2

ea?Science,1998,281∶1303～1304.

4 FadokVA,BrattonIX,KonowalA,etal.

Macrophagesthathaveingestedapoptoticcellsin

vitro,inhibitproinflammatorycytokineproduc2

tionthroughautocrineandparacrinemechanisms

involvingTGF2beta,n2

・971・

生理科学进展1999年第30卷第2期

©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,htsrerved.

vest,1998,101∶890～898.

5 WuYC,sphagocytosisand

cellmigrationproteinced25issimilartohuman

,1998,392∶501～504.

6 2formationdomainofhumanpro2

apoptoticBaxinducesmammanlianapoptosisaswell

asbacterialdeathwithoutantagonizinganti2apopto2

mBiophysResCommu,1998,

243∶609～616.

7 mmedcelldeath:amissing

Biol,1997,7∶467～469.

8 ycleandSwissarmyknives.

Nature,1998,387∶773～776.

9 LeistM,hroughandviews,the

mBiophysResCommu,

1997,236∶l～9.

10 ZamzamiN,HirschT,DallaportaB,2

chondrialimplicationinaccidentalandpro2

grammedcelldeath:apoptosisandnecrosis.

BioenergBiomem,1997,29∶185～193.

11 2

ture,1997,388∶714～715.

12 KroemerG,ZamzamiN,ondria

lToday,1997,19∶

44～51.

13 tionofCPP32duringapoptosisof

neuronsandastrocytes. JNeurosciRes,1997,

48∶168～180.

14 EnariM,SakahiraH,acti2

vatedDNathatdegradesDNAduringapoptosis,

,1998,391∶43～

50.

15 22genefamilyinthenervoussys2

vNeurosci,1997,20∶245～267.

16 KluckRM,Bossy2WetzelE,GreenDR,etal.

Thereleaofcytochromecfrommitochondria:A

2

ence,1997,275∶1132～1136.

17 YangJ,LiuX,BhallaK,tionof

apoptosisbyBcl22:Releaofcytochromecfrom

e,1997,275∶1129

～1132.

18 LiP,NijhawanD,BudihardjoI,2

tochromecanddATP2dependentformationofA2

paf2l/caspa29complexinitiatesanapoptotic

,1997,91∶479～489.

19 PanG,O’RourkeK,e29,

Chem,1998,273∶5841～5845.

20 LeistM,sis,excitotoxicity

lRes,1998,239∶

183～201.

衣原体与心脏病

研究发现,衣原体用所谓“分子伪装”的办法使细菌进入免疫系统,导致心脏炎症,其机制

包括宿主自身免疫紊乱。正如披着羊皮的狼,一些病原体表面携带几乎与宿主细胞的蛋白相

同的蛋白,使其逃避宿主的免疫系统。有时免疫系统不会为这种伪装所迷惑而向其发动攻击,

如果攻击过程同时损坏了宿主细胞本身,则自身免疫产生紊乱。研究者发现,衣原体表面带有

一种和鼠心肌中的肌球蛋白完全一样的蛋白。衣原体肺部或生殖器官的感染,引发局部免疫

反应,从而引起系统范围的免疫活动。宿主免疫细胞向心脏的肌球蛋白发起攻击,导致心脏自

身免疫失调。

(

Science,1999,283∶1335～1339

)(车 笛)

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生理科学进展1999年第30卷第2期

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