[关键词] 自噬，凋亡，Bcl-2
自噬（Autophagy）和凋亡（Apoptosis）是程序性细胞死亡的两种形式，都是在多细胞生物的生长、发育和死亡等过程中存在的一种自然现象，二者对维持细胞内环境稳态都起着极其重要的作用，但二者的作用不同。细胞自噬，亦成为自食，是细胞的一种自我保护机制,用于清除受损的细胞内含物或细胞器,对维持细胞内环境稳态起重要作用，有利于细胞生存；细胞凋亡是一种细胞自杀过程，最终导致细胞死亡，所有细胞成分均被其它活细胞降解和消化，以维持机体内环境的稳态。细胞自噬与细胞凋亡的关系是非常密切的。因此，细胞自噬在正常机体起着保护细胞的作用；而细胞凋亡则负责清除正常机体老化受损的或突变的细胞，二者相互协同，同时又相互制约，从而保证机体的健康发展，一旦细胞自噬或细胞凋亡中的任何一个出现异常，就可引发机体的一系列问题，使机体处于病态。二者既相互联系又相互区别，Bcl-2在细胞自噬与细胞凋亡中有着重要的作用，因此，本文结合近年来国内外研究进展对Bcl-2在细胞自噬与细胞凋亡中的作用进行综述。
1 细胞自噬与细胞凋亡的关系
1.1 细胞自噬 细胞自噬，即Ⅱ型程序性死亡，是一种吞噬自身的细胞器或者细胞质并将其包裹进入囊泡中，囊泡与溶酶体结合形成自噬溶酶体，最终内容物被降解，自噬过程高度保守，广泛存在于真核细胞中。自噬是由Christian de Duve于1963年首次提出的，其主要目的是降解内源性的生物大分子从而实现细胞中能量如单糖和氨基酸的循环，从而维持细胞内环境稳定，是保持细胞在如氧化应激、饥饿、辐射等状态下仍然存活的重要机制[1-2]。目前细胞自噬有两种分类方法：①根据底物的转运方式，将自噬分为由内质网或高尔基体的双层膜泡介导的巨自噬（Macroautophagy）、由溶酶体膜直接摄取胞浆中底物的微自噬（Microautophagy）及分子伴侣介导的自噬（CMA）。②根据自噬对降解底物的选择性分为选择性自噬和非选择性自噬，选择性自噬即对某一特定的底物进行降解，其中包括核糖体自噬（ribophagy）、内质网自噬（reticulophagy）、过氧化物酶体自噬（pexophagy）、线粒体自噬（mitophagy）、脂肪自噬（lipophagy）、细胞核的碎片状自噬（piecemeal autophagy of the nucleus）、异体自噬（xenophagy）及蛋白聚集体自噬（aggrephagy）等。目前分类主要以第一种为主。细胞自噬过程分为4个阶段：①起始，胞质中首先形成双层分隔膜，随后向两边延伸成自噬泡；②延伸：自噬泡将废弃的蛋白质或细胞器包裹收入泡中，然后封口，称为自噬体；③成熟：自噬体与溶酶体结合于一体，即形成自噬溶酶体；④降解：自噬溶酶体内的酶将蛋白或细胞器水解消化，释放出小分子营养物质；⑤循环利用与重建，降解底物释放的ATP和小分子物质被细胞重新利用或构成新的细胞结构。
1.2 细胞凋亡 细胞凋亡，即Ⅰ型程序性死亡，是细胞在正常生存过程中受基因调控的程序化自主性消融过程，而非被动的病理性坏死，因此又被称为“程序化的细胞死亡”[3]。1972 年Kerr 等[4]首次提出“凋亡”一词。细胞凋亡的作用不容小视，它在多细胞生物个体正常生长发育、内环境稳态、抵御外界各种不良因素、胚胎发育、造血及免疫系统的成熟等方面至关重要。细胞凋亡存在多种生化改变，包括线粒体外膜透化（MOMP）、Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7的激活以及分解代谢水解酶的活化。细胞发生凋亡后形态上也会发生一系列变化，如细胞核浓缩、片段化和质膜皱褶泡化、凋亡小体等。
1.3 细胞凋亡与细胞自噬的相互关系 自噬与凋亡的比较见表1。细胞自噬与细胞凋亡的相互关系主要为：①细胞自噬抑制细胞凋亡 自噬抑制凋亡的主要机制是选择性自噬中的线粒体自噬（mitophagy），线粒体是决定细胞生存或死亡的场所，MOMP的出现是线粒体受损的主要标志，也是细胞进入凋亡的开始，当线粒体出现MOMP时，会导致代谢水解酶和半胱天冬酶激活并从线粒体中释放，引发细胞凋亡，同时MOMP激活自噬活化因子，使细胞启动自噬，通过选择性的捕捉并修饰已经被凋亡机制泛素化的蛋白，达到抑制细胞凋亡的目的；②细胞凋亡抑制细胞自噬 当外界环境压力如长期饥饿或长期处于氧化应激状态，远超过了细胞承受力，自噬无法挽救细胞，就会启动细胞凋亡，导致Caspase活化，使细胞进入凋亡程序，同时，消化自噬蛋白，使细胞自噬程序瘫痪[5]；③细胞自噬介导的细胞死亡 可分为两类：一类为自噬引发的细胞死亡，这里自噬主要是指巨自噬；另一类为细胞自噬促使细胞凋亡激活导致细胞死亡。
2 Bcl-2在细胞自噬与细胞凋亡中的作用
Bcl-2蛋白家族主要分为三个亚类：存在共有BH1-BH4结构域的抗凋亡蛋白如Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1；共有BH1-BH3结构域的促凋亡蛋白如Bax、Bak；仅有BH3结构域的促凋亡蛋白如Bad、Bid、Bim、Noxa、BNIP3、Puma等[6]。其中以Bcl-2为代表的蛋白不仅参与细胞凋亡，而且参与细胞自噬，对二者起到关键性双重调控作用[7-8]。目前Bcl-2调控自噬与凋亡的经典理论是通过调节Beclin-1实现的。Beclin-1是与酵母菌ATG6/VSP30自噬基因同源的哺乳动物自噬基因，也是最早被发现的参与自噬调节的关键因子，是一种BH3-only蛋白。Beclin-1有三个重要的结构域：BH3、卷曲螺旋结构域(CCD)和进化保守结构域(ECD)。Beclin-1可通过这些结构域与多种蛋白结合，形成复合体，诱导自噬相关蛋白定位到自噬体膜上，调控自噬的形成与成熟[9]。参与该复合物组成的蛋白主要包括VPS34、UVRAG、Ambral和Bcl-2。其中VPS34是哺乳动物Ⅲ型PI3K的一种，可与Beclin-1的ECD结构域结合，形成Vps34-Beclin-1复合体，促进自噬体膜的形成与转运。UVRAG为抗紫外线相关基因的产物蛋白，若直接与Beclin-1的CCD结构域结合，可促进自噬体的成熟，而其亚单位Rubicon与Beclin-1结合，则抑制自噬体的成熟[10-11]。Ambral是新发现的一种蛋白，对依赖Beclin-1的自噬有正面调节作用，游离的Ambral与Beclin-1结合，能促进细胞自噬囊泡膜的集聚，诱导自噬的形成[12]。Bcl-2含有与Beclin-1相同的结构域BH3，Bcl-2可通过此结构域与Beclin-1结合，当Bcl-2与Beclin-1形成复合体后，可抑制自噬；当Bax竞争性结合Bcl-2后游离Beclin-1，从而发生自噬。当经典凋亡程序启动后，活化的Caspase-3剪切Beclin-1，从而抑制自噬[8]。但Lindqvist LM等均发现以Bcl-2为代表的Bcl-2家族抗凋亡蛋白并不直接与Beclin-1结合直接调节细胞自噬，而是通过抑制bax/bak介导的凋亡间接调节自噬，即在Bax和Bak不存在的情况下，Bcl-2不能显著诱导细胞自噬性死亡[13-14]。
3 Bcl-2在巨核细胞自噬与凋亡中的作用
在正常情况下，巨核细胞生成血小板的主要机制：肝脏产生的TPO与骨髓中巨核细胞膜表面受体C-MPL结合，该信号传入胞浆区结合的JAK2，使之活化，进而催化C-MPL受体自身的酪氨酸磷酸化，经由JAK/STAT和P13K信号传到通路，使巨核细胞的分化；血小板的成功生成有两个阶段：一是巨核细胞由原始巨核细胞到幼稚巨核细胞，再到颗粒巨核细胞；二是颗粒巨核细胞内依赖Caspase活化的凋亡通路激活，导致颗粒颗粒巨核细胞成熟为产板巨核细胞，引起产版巨核细胞脱胞浆形成血小板。有研究报道成熟巨核细胞中发现Caspase-3及Caspase-9的激活，抑制了这些Caspase活性，也就抑制了血小板前体的形成[15]，这充分证明巨核细胞凋亡产生血小板是依赖于Caspase的活化实现的。而在TPO与C-MPL受体结合后同时调节Bcl-xL启动巨核细胞抗凋亡机制，来保护细胞凋亡过激，这与早期巨核细胞表达抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL, 而在衰老巨核细胞和成熟血小板中却缺失的研究报道一致[16]。
巨核细胞凋亡的主要通过死亡受体介导的外源性凋亡通路和细胞线粒体介导的内源性凋亡通路发生凋亡[17]。Clarke MC等证实促凋亡因子Fas与其配体FasL结合可促进巨核细胞凋亡，导致Caspase活化，从而促进血小板前体的形成和血小板释放[18]，而抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xl在成熟巨核细胞上的过度表达则减少血小板的生成[19-20]。抗凋亡蛋白Bcl-2蛋白位于线粒体外膜，而大多数促凋亡蛋白如Bax则位于细胞质，当细胞受到凋亡因子的诱导，促凋亡蛋白可以向线粒体转位，由于大部分凋亡细胞中很少发生线粒体肿胀和线粒体外膜破裂的现象，所以目前普遍认为细胞色素C是通过线粒体PT孔或Bcl-2家族成员形成的线粒体跨膜通道释放到细胞质中的，从而激活一系列的Caspase，导致细胞凋亡[21-23]。线粒体PT孔主要由膜内腺苷转移因子(ANT)和外膜内电压依赖性阴离子通道(VDAC)组成。线粒体跨膜电位的降低和细胞色素C的释放是PT孔开放的直接结果，Bcl-2家族蛋白对PT孔的开放和关闭中起着重要作用。促凋亡蛋白Bax可通过ANT或VDAC的联合作用介导，抗凋亡蛋白如Bcl-2可与Bax竞争性结合，或直接阻止Bax与ANT和VDAC的联合作用发挥其抗凋亡作用。
随着自噬研究的深入，Bcl-2不仅参与细胞凋亡，还参与细胞自噬，在二者中的作用越来越受到科研工作者的关注，通过阐明Bcl-2在自噬与凋亡中的作用机制，以Bcl-2作为细胞自噬与细胞凋亡调控的分子信号靶点，可为我们在今后疾病的治疗，尤其是自身免疫性疾病或肿瘤的治疗，提供新的视角。
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论文作者:刘占术
论文发表刊物:《总装备部医学学报》2019年第08期
论文发表时间:2019/10/24
标签：细胞论文; 凋亡论文; 线粒体论文; 蛋白论文; 血小板论文; 作用论文; 溶酶体论文; 《总装备部医学学报》2019年第08期论文;