jnk信号通路

内质网主导的细胞凋亡

1.细胞凋亡的概念

2.细胞凋亡的分类

2.1细胞凋亡的内部线粒体途径

2.2细胞凋亡的内部内质网途径

2.3细胞凋亡的外部死亡受体途径

1.细胞凋亡的概念

细胞凋亡是指机体在生理或病理条件下，为了维持自身内环境的稳态，通过基因调控使细胞产生主动、

有序的死亡；同时伴随着一系列形态和生化方面的变化，包括核固缩、DNA片段化、细胞膜重塑和起泡、

细胞皱缩、形成凋亡小体等，最后凋亡的细胞被巨噬细胞吞噬而消亡。细胞凋亡是细胞为了更好地适应其

内外环境而引发的死亡过程，它是一种正常的细胞死亡，涉及一系列基因的激活、表达及调控等。在细胞

凋亡整个过程中，质膜保持完整，细胞无内容物外溢，不引起炎症反应。

2.细胞凋亡的分类

凋亡发生的途径分为内源性线粒体途径、内源性内质网途径、外源性死亡受体途径；或者某些条件下

的granzymeB介导的凋亡过程。

2.1细胞凋亡的内部线粒体途径

细胞凋亡的内部线粒体途径：当细胞受到内部凋亡刺激因子作用，如癌基因的活化DNA损伤、细胞

缺氧、细胞生长因子缺失等，可激活细胞内部线粒体凋亡途径，引起细胞凋亡；内部线粒体凋亡途径也可

以被死亡配体所激活。在该途径中，Bcl-2家族蛋白通过调节膜电位从而控制线粒体外膜通透性。

2.1.1Bcl-2家族

Bcl-2家族蛋白是控制线粒体相关的凋亡因子释放的主要调节因子。根据它们在细胞凋亡中的作用可分

为两类：促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白，其中促凋亡蛋白还可以分为具有BH1-3结构域的蛋白和只具有BH3

结构域的蛋白。促凋亡蛋白成员中的Bak以及抗凋亡蛋白成员如Bcl-2，Bcl-xL等主要存在于线粒体膜上；

其他成员如Bid、Bad主要存在于胞质中。Bax一般存在于胞质中，当接收到凋亡信号时，Bax重新定位于

线粒体表面，在线粒体表面构成跨线粒体膜的孔，导致膜电位降低，膜通透性增加，从而释放凋亡因子。

目前关于Bax、Bak的激活方式，存在两种假说：直接激活模式和间接激活模式。间接激活模式：在

一般情况下，Bax、Bak的活性是被抗凋亡蛋白所抑制的。当BH3-only的家族成员接收到凋亡信号后，抑

制抗凋亡蛋白的活性，从而间接激活Bax、Bak的活性。

直接激活模式：BH3-only蛋白分为激活蛋白和激敏蛋白。未接受凋亡信号的激活蛋白和抗凋亡蛋白结

合抑制激活蛋白激活Bax、Bak，当接收到凋亡信号时，激敏蛋白与抗凋亡蛋白相结合释放出激活蛋白，激

活蛋白直接激活Bax、Bak的活性。

总之，Bcl-2家族蛋白在细胞凋亡过程中由其促凋亡成员和抗凋亡成员之间的协同作用，通过线粒体途

径共同决定细胞是否进入凋亡程序。

2.1.2线粒体介导的凋亡过程

当线粒体的膜电位下降，线粒体膜通透性增加，线粒体内促凋亡因子（例如：CytC、AIF、

SMAC/DIABLO、HTRA2/OMI、ENDOG）释放到胞质中。CytC释放到胞内以后，与Apaf-1相互作用，在

ATP和dATP的协助下形成凋亡复合体，凋亡复合体通过招募并激活Pro-Caspa9，形成Caspa9全酶。

Caspa9全酶进一步激活效应Caspa3和Caspa7，启动Caspa级联反应，切割细胞中如α-tubulin、Actin、

PARPA、Lamin等超过100种的底物，最终导致细胞凋亡。

凋亡抑制蛋白（IAPs）可以抑制Caspa3、Caspa7激活，从而抑制细胞凋亡。SMAC/DIABLO、

HTRA2/OMI从线粒体释放到胞内后与IAPs结合后，解除IAPs的抑制作用从而间接促进凋亡。

随着线粒体膜电位的改变，释放到胞内的还有AIF、ENDOG。随后AIF、ENDOG会被转运至细胞核。

AIF、ENDOG引起细胞核中的染色体凝聚和DNA片段化，从而导致细胞凋亡。

线粒体介导的凋亡

2.2细胞凋亡的内部内质网途径

内质网是蛋白质合成的主要加工厂，也是Ca2+重要的储存库。因此，内质网在维持细胞Ca2+离子的稳

定、蛋白的合成、加工中起到关键性作用。内质网腔内Ca2+离子失衡、错误折叠或未折叠蛋白增多，则会

引起内质网的应激反应（endoplasmicreticulumstress，ERS）。内质网应激反应可减少细胞中蛋白质的合成、

增加蛋白正确折叠、维持Ca2+稳态，但过度的应激反应会触动细胞内的凋亡信号，促使细胞凋亡。

2.2未正确折叠蛋白介导的细胞凋亡

在真核生物体内，为正确折叠蛋白反应(unfoldedproteinrespon，UPR)是细胞对抗内质网应激的一种

重要的自我保护机制。当细胞中出现长时间或高强度的UPR时，三种内质网上的跨膜蛋白PERK、IREI、

ATF6在发挥修复作用的同时，也可以同时启动由ERS介导的三种细胞凋亡途径。

2.2.1.1PERK信号通路

PERK是分布于内质网膜上的一种蛋白激酶。当蛋白正常折叠时，其与分子伴侣如BIP/GRP78相结合

形成稳定的复合物；当有蛋白未正常折叠时，未正确折叠的蛋白与BIP/GRP78相结合，竞争性干扰Bip/Grp78

与PERK的相互作用。释放的PERK通过低聚化和反向自身磷酸化的方式被活化，活化的PERK可以使翻

译起始因子2的α亚单位（eIF-2α）磷酸化。在应激反应的早期磷酸化的eIF2α抑制蛋白质的翻译与合成，

减轻内质网中蛋白折叠的负荷量，从而对细胞起到保护作用；随着应激反应时间和强度的增加，磷酸化的

eIF-2α诱导激活转录因子ATF4的转录表达，ATF4可以促进凋亡信号分子CHOP/GADD153的表达，进而

促进细胞凋亡。

2.2.1.2IREI信号通路

IREI是分布于内质网膜上的另一种蛋白激酶。该信号通路的激活方式与PERK的激活方式相同。当未

正常折叠蛋白在内质网中累积时，IREI-BIP/GRP78复合物解离，释放的IREI寡聚化和反向自身磷酸化后被

激活；激活的IREI可以传导细胞存活信号和细胞凋亡信号。在凋亡的过程中，激活的IRE1招募胞浆调节

蛋白TRAF-2，间接招募和激活c—JunN端激酶，激活的c—JunN端激酶通过磷酸化抑制Bcl-2家族中抑

制凋亡蛋白的活性，促进蛋白凋亡；另一方面激活的TRAF-2同时激活Caspa12，启动Caspa级联反应，

介导细胞凋亡；此外IRE1还具有核糖核酸酶活性，切割XBP1mRNA，促进XBP1mRNA成熟，增强分子

伴侣蛋白和CHO的转录表达，从而促进细胞凋亡。

2.2.1.3ATF6信号通路

ATF6是内质网膜上的II型跨膜蛋白。ATF6的N端胞内区域包含了b-ZIP的DNA转录激活域和核定

位信号。在非应激状态下，以酶原的形式分布于内质网膜上。当在内质网应激状态下，ATF6以囊泡的方式

向高尔基体转移。在高尔基体中被S1P和S2P剪切激活，然后再核定位信号的牵引下迁移至细胞核，在细

胞核中诱导包括CHOP/GADD153在内的内质网应激基因的转录表达。

PERK、IRE1、ATF6三条信号通路均可对诱导产生CHOP/GADD153，CHOP/GADD153的激活是内质

网应激反应的直接结果，CHOP/GADD153在生长停止和细胞死亡中起到重要作用。

2.2.2Ca2+失衡介导的细胞凋亡

在细胞正常运转情况下，内质网主要通过RyR和IP3R通道将内质网腔内的Ca2+释放入胞质，通过钙

泵将胞内的Ca2+泵入内质网腔中，从而维持内质网Ca2+稳态。当内质网接收到应激信号时，内质网内的Ca2+

稳态被打破，大量的Ca2+进入胞内和线粒体内，一方面影响线粒体以及Bcl-2家族蛋白的活性，使细胞走

向凋亡，另一方面激活胞内的中性半胱氨酸内肽酶Calpain，活化的Calpain可能通过激活Caspa级联反

应影响细胞凋亡。

2.3细胞凋亡的外部死亡受体途径

死亡受体（DR）属肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族，共同拥有富含Cys的胞外结构域和胞内死亡结构域（DD）。当死亡受体

与特定的死亡配体结合后，其接收胞外的死亡信号，激活细胞内的凋亡机制，诱导细胞凋亡。目前所知的死亡受体—配体主要有Fas

（APO-1、CD95）—FasL（CD95L），TNFR1（DR1）—TNF，TRAILR1（DR4）—TRAIL（APO-2L），TRAILR2（DR5）—TRAIL

（APO-2L），DR3（APO-3、TRAMP）—TL1A等。目前凋亡的死亡受体信号通路主要有3条：Fas、TNFR1、TRAIL。

2.3.1Fas信号通路径

当FasL同源三聚体复合物与Fas结合时启动Fas—FasL介导的外部死亡受体途径的细胞凋亡。在信号传导的过程中，与配体结合

的3个Fas受体分子形成三聚体，细胞内的DD聚集成簇募集FADD、Daxx、FAP-1、FLIP等相关蛋白。FADD通过死亡效应结构域DED

募集pro-caspa8形成死亡诱导信号传导复合物（DISC），DISC中的pro-caspa8自我剪切成具有活性的Caspa8。FLIP包含DED，

能够整合到死亡受体的DISC中，FLIP通过竞争性结合FADD上的DED或Caspa8上的DED从而抑制pro-caspa8的激活。

在不同类型的细胞中Caspa8激活Caspa3的途径也有很大差异。在I型细胞中DISC复合物激活大量的Caspa8，Caspa8激

活Caspa3，Caspa3作用于各种可以引起细胞凋亡的底物，从而导致细胞凋亡；在II型细胞中只有少量的Caspa8被激活，活化的

Caspa8可以激活Bid转化成tBid，tBid转移至线粒体膜，激活Bcl-2家族促凋亡因子抑制Bcl-2家族抗凋亡因子，通过线粒体途径接到

细胞凋亡。此外，Fas的DD结构域募集的Daxx还可以激活JNK信号通路，通过线粒体途径和增强促凋亡基因例如p53、Fas、FasL的

转录表达介导细胞凋亡。

2.3.2TNFR1信号通路

TNF三聚体与TNFR1结合后诱导TNFR1的DD聚集募集衔接蛋白TRADD，TRADD可募集TRAF2、RIP和FADD等信号分子。

TRAF2和RIP可激活NF-κB和JNK/AP信号通路，而FADD可以激活Caspa级联反应，衔接蛋白TRADD募集信号分子的差异，决定

了细胞的生存或死亡。

衔接蛋白TRADD与FADD结合后，FADD通过DED募集并激活pro-caspa8，形成具有活性的Caspa8，Caspa8引发Caspa

级联反应介导细胞凋亡；FADD同时可募集FLIP，抑制释放活性Caspa8。当衔接蛋白TRADD通过DD与RIP结合时，激活TNFR相

关因子（TRAF-2），TRAF-2可以结合TRAF-1，募集cIAPs，形成的复合物抑制Caspa8的活性和释放，从而抑制细胞凋亡；此外TRAF-2

可以激活NF-κB诱导激酶（NIK），继而通过磷酸化作用激活IκB激酶（IKK），IKK磷酸化IκB，释放NF-κB，然后转位至胞核，激活

抗凋亡基因例如cIAP、FLIP、Bcl-XL的表达，促进细胞生存。

2.3.3TRAIL信号通路

TNF相关的凋亡诱导配体（TRAIL）属于II型跨膜蛋白。目前为止，发现至少5种TRAIL受体TRAILR1（DR4）、TRAILR2（DR5）、

TRAILR3（DcR1）、TRAILR4（DcR2）、OPG。TRAIL受体可分为两类，一类为诱骗受体TRAILR3、TRAILR4、OPG，另一

类为死亡受体TRAILR1、TRAILR2。诱导受体主要存在于正常细胞中，当与配体TRAILR结合后，可形成无功能的复合物，阻

碍细胞凋亡。TRAILR1、TRAILR2在癌细胞中的表达量明显增高，与配体TRAIL结合后，通过DD与FADD结合，募集pro-caspa8，

形成DISC，DISC中的pro-caspa8自我剪切成具有活性的Caspa8，Caspa8通过与Fas相似的Caspa途径和线粒体依赖途径激活

Caspa3，从而介导细胞凋亡。

▲死亡受体介导细胞凋亡的信号通路

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