现已报道,有25个癌基因与细胞凋亡有关。与自由基尤其是氧化关系最密切的是bcl-2基因,bcl-2基因是人类发现的第一个死亡抑制基因。已证实,bcl-2基因表达能抑制多种因素(电离辐射、高温、GSH合成抑制剂、生长因子缺乏)引起的细胞凋亡,其机制不清,Kane等报导,bcl-2的表达并不能增加细胞SOD活性,可能是通过阻断电子传递链中ROS的产生,或者起了ROS清除剂的作用而调节细胞的氧化还原状态,从而调节细胞凋亡。
三、细胞凋亡相关基因
细胞凋亡相关基因大致可分为两大类,即凋亡促进(apoptosis on)基因和凋亡抑制(apoptosis off )基因。它们分别起着促进凋亡和抑制凋亡的作用,彼此之间还存在一定的相互关联。
1.凋亡促进基因
凋亡促进基因有ced-3,4、p53、ICE、Bax、bcl-Xs、TGFβ等。其中ced-3,4是在线虫索中发现的,而p53、ICE等存在于哺乳动物中。p53为肿瘤的抑制基因,分为两型,一型是使细胞周期停止在GI期,抑制细胞繁殖的野生型;另一型是具有突变能力的变异型。野生型p53可诱导易感细胞发生凋亡。白介素1β转换酶(interlukin 1-β-converting enzyme, ICE),与线虫细胞凋亡相关基因ced-3有较高的同源性,具有直接诱导细胞凋亡的作用。Bax和bcl-Xs均为bcl-2基因家族成员,两者可结合形成二聚体或异体二聚体,两者之间的比例决定了细胞的命运。若Bax占多数,则bcl-2被抑制,诱导细胞死亡;反之,则Bax受到抑制,细胞得以生存。
2.凋亡抑制基因
凋亡抑制基因包括bcl-2、ced-9、bcl-X,其中最主要也是当前研究最多的是bcl-2,bcl-2是癌基因的一种,在人体多种形态的肿瘤中过度表达,可抑制由多种剌激包括化疗和放疗引起的细胞凋亡。bcl-2常在淋巴细胞系统(胸腺、脾、淋巴结)和神经系统(右脑、中脑,小脑)中表达,抑制该部位的细胞凋亡。淋巴性白血病细胞中bcl-2也是过度表达的。Bcl-X1也是bcl-2家族成员,是由bcl-X编码的两种不同bcl-XmRNA而产生。bcl-X1有抑制神经细胞凋亡的作用。
四、细胞凋亡与脂质代谢紊乱的关系
Forrest等[3]发现H2O2诱导的细胞凋亡中,让H2O2作用于细胞膜两h后,用膜保护剂Trolox(VitE类似物)能阻止细胞凋亡的发生。由于ROS很容易与膜的多聚不饱和脂肪酸(PUFA)和胆固醇反应,引起氧化链式反应,因此膜脂质过氧化以后才有DNA损伤、细胞损害。最近Isabelle等[5]报道,氧化低密度脂蛋白(OxLDL)可诱导细胞凋亡。
自由基尤其是ROS具有很强的生物活性,很容易与生物大分子反应,直接损害或者通过一系列过氧化链式反应而引起广泛的生物结构的破坏。为了减少有氧代谢过程中自由基对细胞的损害,细胞内有一系列有效的抗氧化防御机制,包括清除ROS的SOD、过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPX)、硫氧还原蛋白(phioredoxin)等和阻断过氧化链式反应的生育酚、胡罗卜素和抗坏血酸等。通常细胞处于氧化与抗氧化平衡中而维持着正常的功能。一旦氧化与抗氧化作用失衡,细胞的功能将会受到影响,细胞凋亡可能就是这种失衡的结局之一。