細胞凋亡

維基百科,自由的百科全書
前往: 導覽搜尋

細胞凋亡英語apoptosis,源自希臘語απόπτωσις,有墮落,死亡之意),為一種細胞程序性死亡。相對於細胞壞死(necrosis),細胞凋亡是細胞主動實施的。細胞凋亡一般由生理病理性因素引起.而細胞壞死則主要為缺氧造成,兩者可以很容易通過觀察區分開來。在細胞凋亡過程中,細胞縮小,DNA核酸內切酶降解成180bp-200bp片段屬於有層次之斷裂,(可以通過凝膠電泳證明),而細胞壞死時,細胞腫脹,細胞膜被破壞,通透性改變。細胞器散落到細胞間質,需要巨噬細胞去清除,結果是該局部組織發炎。相比起細胞壞死,細胞凋亡是更常見的細胞死亡形式。

出現[編輯]

細胞凋亡是動物發育過程中的必經之路:

  • 正常人;正常組織中要使細胞內之新生與維持平衡(皮膚表皮細胞的更替)
  • 已知的例子:從蝌蚪到蛙的變態發育;昆蟲的蛻變
  • 高等哺乳動物指間蹼的消失;
  • 眼睛玻璃體晶狀體的細胞死亡,是眼睛對光通透重要的一步。
  • 自然殺手細胞(NK)對癌細胞的非專一性胞殺作用

在人體胚胎發育中,四肢的發育也是一個很好的例子。胚胎長到第5周時出現扁盤狀的肢體萌芽,手指和腳趾之間的蹼消失,四肢才能順利形成其最終形態。

就是在成熟的個體中,細胞凋亡也是必不可少的:

  • 細胞數目和組織大小的控制
  • 組織的更新(如鼻的嗅表皮)。
  • 免疫系統對喪失功能的或是有潛在危險的細胞進行選擇和清除。
  • 清除壞變的細胞
  • 賦予中樞神經系統可塑性。研究人員嘗試在胚胎期激活小鼠的bcl-2基因。該基因會阻止神經細胞的細胞凋亡過程。出生的小鼠腦部神經元數量因此比正常的小鼠多,容積變大。但在測試中顯得比正常小鼠遲鈍。
  • 生殖細胞進行選擇(大約95%的生殖細胞會在其成熟之前通過細胞凋亡被清除)

目前在細胞凋亡與癌症發生和各種自體免疫性疾病之間的關係有著很多研究。人們希望激發癌細胞的細胞凋亡,以達到消弭癌症的目的。另有為了維持人類大腦的體積,使細胞凋亡的基因在人類身上受到了抑制的說法[1][2]

細胞凋亡在神經退化性疾病中所扮演的角色(如阿茲海默氏症(失智症的類型之一)亨丁頓舞蹈症(Huntington's disease)帕金森病(Parkinson's Disease)肌肉萎縮性側索硬化症(ALS),是目前熱門的研究話題,人們在這個領域也進行著很多研究。

過程細節[編輯]

細胞凋亡過程可分為兩階段:開始階段和效應階段。在開始階段又可分為兩個途徑:外始式和內始式。

外始式途徑

外始式途徑是通過TNF受體家族(如CD95)的受體與配體結合開始的。這些配體有癌症壞死因子(TNF),和其他細胞因子,後者可以由如T淋巴細胞分泌。 在FADD(Fas偶聯死亡區域蛋白Fas-associated death domain protein)的協助下,受體不斷在細胞質中收集半胱天冬酶原8(Procaspase 8)。後者通過高密度自催化激活自身。活化的半胱天冬酶8(Caspase 8)將會引發所謂的Caspase級聯反應

因此在愛滋病人體內,很多未受感染的白血球也會凋亡:HIV病毒通過Nef蛋白質激發未受感染的防禦細胞的程序性死亡。抑制劑鹽酸法舒地爾可以阻斷這一機制。

內始式途徑

內始式途徑始於腫瘤抑制基因如p53,一個轉錄因子,它會受DNA損傷激發。P53能刺激Bcl-2家族中於細胞凋亡前起作用的成員(如Bax, Bad)的表達。這將導致線粒體內外膜間的物質釋放,如細胞色素C和Smac/DIABLO,它們都是作用於細胞凋亡前的物質。細胞色素C和胞質中的Apaf-1以及Procaspase 9共同組成所謂的凋亡體,其實就是Caspase 9的活化形式。它和Caspase 8一樣引起Caspase級聯反應。

Caspase級聯反應和效應caspase

所謂的效應caspase,指的是Caspase 3, 6和7這些能引起細胞的程序性死亡的蛋白酶。一方面它們通過有限的蛋白質水解酶激活下游的目標蛋白(如Caspase激活的去氧核糖核酸酶, CAD,或是其他的Caspase)。另一方面它們參與核纖肽(在細胞膜上)和肌動蛋白細胞骨架的成分)的分解過程。 另一方面,DNA的修復會為caspase介導的阻抗反應而受到抑制。

最後細胞慢慢地縮小為一小顆粒,並且為鄰近具有吞噬能力的細胞所吞噬。相對於細胞壞死,細胞膜在凋亡過程中保持完整。

細胞色素C從線粒體中溢出到細胞質,這是細胞凋亡的標誌之一。這在外始式途徑中是在凋亡過程後期才出現的,這裡它反而是凋亡的結果,而不再是在內始式途徑中所擔任的激發者的角色了。

在外始式途徑中,又分為主動(由受體的激活開始)和被動(由生長因子,如神經營養素的排出引起)兩種形式。

最重要的抑制細胞凋亡蛋白質有:Bcl-2家族中的抗細胞凋亡成員(Bcl-2和Bcl-xL),蛋白激酶B和Trk受體家族(參看神經營養素)還有IAP蛋白(inhibitor-of-apoptosis protein)。

組織中細胞凋亡過程[編輯]

Apoptosis-zh.png

獲諾貝爾獎的相關研究[編輯]

科學家雪梨·布倫納英國)、H·羅伯特·霍維茨美國)和約翰·E·蘇爾斯頓英國)在2002年因其研究發現對器官發育和程序性細胞死亡的基因調控所作的貢獻而獲得了諾貝爾醫學獎

參考文獻[編輯]

  1. ^ 人類癌症風險可能與大腦有關. [10 21, 2012]. 
  2. ^ Humans' Risk for Cancer May Be a Result of Our Large Brains Read more at http://www.medicaldaily.com/articles/12706/20121015/humans-risk-cancer-result-large-brains.htm#lGcHz5oVt2fGzcvi.99. [10 21, 2012]. 
  • Hubert Hug: Apoptose: Die Selbstvernichtung der Zelle als Überlebensschutz. Biologie in unserer Zeit 30(3), S. 128 - 135 (2000),
  • Stefan Grimm: Die Apoptose: Programmierter Zelltod. Chemie in unserer Zeit 37(3), S. 172 - 178 (2003),
  • Fritz Höffeler: Die Maschinerie der Apoptose: Chronik eines angekündigten Todes. Biologie in unserer Zeit 34(1), S. 16 - 23(2004)

外部連結[編輯]

參見[編輯]