第21卷2013年第1期 3月 四JII解剖学杂志 SICHUAN JOURNAL OF ANAT0MY VO1.21 No.1 March 2013 细胞凋亡相关的信号通路 李晓婷 1(四川大学基础医学与法医学院,成都610041) 2(乐山职业技术学院,乐山614000) 【摘要】 目前研究较多的细胞凋亡信号通路有wnt及JNK两条。wnt信号通路有经典writ通路,wnt/PCP通路 和wnt/钙离子通路三个分支,引起细胞凋亡的机制主要有 连环蛋白/tcf的转录调节途径,APC激活途径两种。 JNK信号通路通过MKKKs—MKKs-MAPK转导。激活的JNK信号通路通过磷酸化转录因子、细胞骨架相关蛋白、 酶等多种底物来调节细胞的生理过程,最终导致细胞凋亡。 【关键词】细胞凋亡;wnt;JNK 中图分类号 R655 文献标识码 A 文章编号 1005—1457(2013)01—25 ̄03 The Signal Pathway of Cel 1 Apoptosis Li Xiaoting ’ 1(College of Basic and Forensic Medicine,Sichuan University,Chengdu 610041,China) 2(Leshan vocational and technical college,Leshan 614000,China) [Abstract]The present study of apoptotic signaling pathway most focus on wnt and JNK two pathways.The wnt pathway contain three branches,i.e.,classic writ pathway,wnt/PCl’pathway and writ calcium channel,.The main mechanisms of cell apoptosis are through B—Catenin/tcf transcription regulatory pathways and APC activation path— way.The JNK signal pathway is transducted through MKKKs—MKKs—MAPK.The activation of JNK signaling pathway perform through phosphory1ation of transcription factors,cytoskeletal associated proteins,enzymes and other substrates SO as to regulate cellular physiological processes,uhimately lead tO cell apoptosis. [Key words]Cel1 apoptosis;Wnt;JNK 细胞凋亡,1972年由Kerr提出,指的是细胞在 一胞的发育中起着重要的作用,其所调控的信号传导 系统即wnt信号途径。同其它的细胞间信号传导途 径一样,它也是由一种分泌的信号蛋白、跨膜受体蛋 白以及复杂的胞内多种蛋白将信号由细胞表面传导 至细胞核内 ]。 定条件下接受刺激信号并且受基因调控的一种自 主性、程序性的死亡过程。从2O世纪80年代末开 始,其就成为肿瘤学、病因学的研究热点,人们对其 认识越来越深入,对其发生的分子机理了解的也越 来越透彻。本文就对目前研究较多的两种介导细胞 凋亡的信号通路作一综述。 目前较公认的writ信号通路至少有三个分支: 1)经典writ通路,又叫wnt/ ̄一catenin通路,该通路 被激活后将导致胞质内B—catenin的稳定和积累,随 后进人细胞核内激活靶基因的表达【3]。2)wnt/PCP 通路(planar cell polarity pathway),通过激活Dsh 下游区、Rac、小GTP酶、Rho和Cde42等,从而激 1 writ信号通路 1.1 writ信号途径的组成 Wnt基因从小鼠的乳腺肿瘤被发现后,最初被 命名为int-1,经研究表明,它是果蝇的无翅基因 (wng)在小鼠中的同源基因。wng基因是最初在果 活c-jun N端激酶JNK来发挥作用,参与细胞极性 的建立:和细胞骨架重排,调节细胞骨架的不对称分 蝇中发现的发育调控基因,后来将wng与int一1结 合,提出了wnt基因的称谓[1]。wnt基因在胚胎细 作者简介:李晓婷,E-mail:lixiaoting8180@163.corn。 布和上皮细胞的协同极化[4]。3)wnt/钙离子通路, 主要由wnt5a和wntll激活,通过G蛋白激活PLC (phospholipase C)和PKC(protein kinase C),从而 引起胞内钙离子浓度增加和钙离子敏感信号成分的 四川解剖学杂志 第2l卷 激活,从而调节细胞运动和细胞粘着性[5],该通路可 与经典的wnt通路相拮抗。 在这里主要介绍一下经典的wnt通路。经典的 writ信号途径由wnt特异性跨膜受体卷曲蛋白 (frrizled)、散乱蛋白(dishevelled)、糖原合成酶激酶 3 ̄(GSK一3B)、轴蛋白(Axin)、大肠腺瘤样息肉基因 (APC)、8一连环蛋白(B—catenin)、T细胞因子/淋巴样 增强因子(Tcf/Lef)以及其他一些基因的表达产物 共同构成。其中G一连环蛋白是正向调节因素,GSK一 3G、轴蛋白、APC等是负向调节因素,位于1 ̄-eatenin 上游 。, 。 1.2 wnt信号的传导及功能 在正常胚胎发育过程中,在wnt信号或其它胞 外信号刺激下,wnt与细胞表面受体frizzled家族结 合,通过dishevelled使GSK一317失活,保证胞浆内B一 连环蛋白不被GSK一317降解。G一连环蛋白进入细胞 核与转录子结合,启动转录过程,进而调控相应基因 的表达。 wnt信号途径调控着大脑、脊髓和运动神经元 等形成过程。同时也调控着脑发育过程中的特殊前 体细胞。 1.3 wnt引起细胞凋亡的机制 细胞凋亡是神经系统受到破坏的重要原因之 一。很多疾病的发生发展都涉及到细胞凋亡的功能 缺失 ,引。 wnt信号通路引起细胞凋亡的机制主要有以下 几种:首先,通过G一连环蛋白/tcf的转录调节途径。 Rhee等研究发现,在一些受损细胞发生凋亡时, wntl通过B一连环蛋白/tel的转录调节来阻止细胞 凋亡。一些靶基因,比如c—myc通过激活B一连环蛋 白、环氧合酶一2等诱导细胞凋亡[7]。而外源性的 wntl过度表达就可以抑制这种凋亡,或者通过抑制 线粒体释放细胞色素C来抑制细胞凋亡[7]。其次, APC通过另一机制来控制细胞凋亡。在Tef/lef未 激活的情况下,APC基因可以激活半胱氨酸一3、半胱 氨酸一7、半胱氨酸一9,然后清除多聚合酶使得细胞发 生破碎,从而引起细胞凋亡[8]。 2 JNK信号通路 2.1 JNK信号途径的组成 JNK是位于胞质内的丝氨酸/苏氨酸蛋白激 酶,又被称为应激活化蛋白激酶(stress—activated ki— nases,SAPK),于1990年被发现,是促分裂原活化 蛋白激酶(mitogen—activated protein kinase, MAPK)家族的主要成员之一。其包含两个磷酸化 功能区thr—pro—tyr,通过与c-jun N末端活化区结合 并使其第63/73位丝氨酸残基磷酸化,JNK的活化 是通过其氨基酸残基磷酸化实现的,一旦被激活,胞 浆内的JNK将转移到细胞核内[g]。 在脊椎动物,JNK由JNK1、JNK2和JNK3三 个亚型组成,JNK1,JNK2的表达具有广泛性,JNK3 局限于脑、心和睾丸[g]。每个JNK基因都可以编码 46和54kD的蛋白产物。三种异构体通过不同的方 式与不同的蛋白底物相激活、结合以及磷酸化。 作为MAPK家族的主要成员之一,JNK同 MAPK一样,其信号通路是多级蛋白激酶的级联反 应,包括三个关键激酶:MAPK、MAPK的激酶 (MKK)和MAPK激酶的激酶(MKKK)。MKKK 对MKK的丝氨酸、苏氨酸双位点磷酸化将其激活; 进而MKK对MAPK进行丝氨酸、苏氨酸双位点磷 酸化 。。。 2.2 JNK信号通路的传导及功能 JNK的信号转导同MAPK的信号转导途径相 似,都是MKKKs-MKKs—MAPK[n]。 首先,MKKK对MKK的丝氨酸、苏氨酸双位 点磷酸化从而将其活化。目前已知的有MEKKs、 混合连接激酶(MLKS)、凋亡信号调节激酶(ASKs) 和TGF—B激活的蛋白激酶(TAK)等[1引。 其次,MKK对MAPK进行丝氨酸、苏氨酸双 位点磷酸化,主要是MKK4和MKK7。它们通过磷 酸化JNK的thr,tyr位点而激活JNK,是JNK的特 异性激酶[1 。研究已证实JNK的下游底物主要为 转录激活蛋白一1(activator protein一1,AP一1),如c— jun、junB、junD和ATF2。JNK接受上游信号后被 激活,可进一步使c-jun的氨基末端第63位和第73 位丝氨酸残基磷酸化,进而激活c—jun,从而增强其 转录活性。 最近的研究发现,胞质内的细胞骨架蛋白可能 也是其作用的底物,比如JNK相互作用蛋白 (JIPs)、juk相关亮氨酸拉链蛋白(JLP)、接头蛋白 Crkll、细丝蛋白(filamin)、抑制蛋白(I3一arrestin)、 JNK1相联系的膜蛋白(JAMP)、多结合域蛋白 POSH以及应激活性蛋白激酶相互作用蛋白1 (Sin1)等[1 。这些支架蛋白本身并没有催化功能, 但是能编码对接位点。通过与JNK及JNK信号通 路中的相关成员结合来调节它们的活性和细胞内的 定位,增强或者降低JNK信号通路及其与胞内其它 通路之问的相互作用,从而调节JNK信号通路的效 率以及特异性。 第1期 李晓婷等;细胞凋亡相关的信号通路 27 最后,激活的JNK信号通路通过磷酸化转录因 子、细胞骨架相关蛋白、酶等多种底物来调节细胞的 生理过程。 JNK信号通路组成复杂,直接参与某一信号通 路调节的成分同样也受到其他因素的调节,并且有 细胞特异性;由一种或者多种胞外刺激产生的其他 通路与JNK信号通路问的信号串活,同时出现在信 号通路的各级水平,最终起到增强或者抑制各自信 号通路的作用。 2.3 JNK与细胞凋亡 最近的许多研究表明JNK信号通路与细胞凋 亡有着密切的关系。在某些种类的细胞中,JNK 和/或p38的激活会促进炎症、细胞凋亡[1引。而在 有些细胞中,JNK的激活却会促进细胞的存活[1引, 这些表明,JNK在细胞中的激活作用除了与刺激信 号有关外,还与细胞的类型以及所处的发育阶段有 关。比如,紫外线辐射导致缺乏JNK1和JNK2的 大鼠纤维原未见凋亡[1阳;DNA损伤对JNK持续的 激活可以促进凋亡[1 。 JNK通过磷酸化c-jun和ATF_2激活转录因 子AP-1,Fas配体(FasL)的启动子包含有AP-1和 NF-JB顺式作用元件,结果FasL表达增强,促进细 胞凋亡。JNK介导细胞凋亡的另一途径是通过磷 酸化Bel一2和Bcl—xL,促进线粒体释放细胞色素C, 从而激活Caspase级联反应,最终导致细胞凋亡[183。 细胞凋亡是一个复杂,多样的过程,不同的应激 不同的细胞存在不同的信号途径。哺乳动物正常生 理活动的维持需要多种信号途径的参与,这些信号 途径之间相互作用,构成一个错综复杂的信号网络, 这种网络有利于维持机体内细胞对信号刺激做出反 应的完整性和协调性。 wnt与JNK信号途径,作为两条较经典的信号 通路,既相互独立又相互联系。在整个信号网络中, 它们虽然各自发挥着不同的作用,但在引起细胞凋 亡的途径中,又相互影响。每条信号通路的作用也 并不是一成不变的,例如,除了引起细胞的凋亡,wnt 途径也可以通过保护蛋白激酶B(Akt)来促进细胞 的存活与分化[g]。wnt可以激活GSK一3p来抑制口一 连环蛋白磷酸化,而B一连环蛋白又通过一些目标基 因的转录来保护细胞。Akt使GSK一38磷酸化,抑 制其活性,从而保护细胞。同时,短暂的JNK和p38 活化,可以提供一个生存信号,然而持续的活化则将 导致细胞的凋亡。由此可见,细胞的凋亡是这些信 号通路平衡协调的结果,但要阐明其明确机制仍需 进一步的研究。 参 考 文 献 [13 Bejsove A.Wnt pathway activation new relations and loea- tions[J].J.Cell,2005,120(1):I1-24. 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