1、凋亡相關基因Bax、Bad和Bcl-2與PTSD的相關性肖甄男 中國醫科大學 93期【摘要】 創傷后應激障礙(PTSD)是指由于異常威脅性或災難性心理創傷導致延遲出現和長期持續的精神障礙。PTSD患者有強烈的恐懼和驚嚇反應，血中糖皮質激素濃度反常低下，下丘腦一垂體一腎上腺軸(HPA)軸調節紊亂，激活糖皮質激素受體進而上調促凋亡基因Bax，Bad引起海馬神經元凋亡，海馬萎縮，體積縮小。從而影響記憶學習功能的發揮，造成不同的記憶損害甚至導致記憶缺失。杏仁核是大腦中的“恐懼中樞”，杏仁核和海馬的功能密切相關，海馬的功能受杏仁核的調節而實現。 PTSD導致凋亡相關基因Bax和Bcl一2比值增大，使杏仁

2、核神經元細胞出現凋亡，杏仁核變稀疏，功能減退。Bcl-2相關家族在海馬，杏仁核細胞凋亡中起到了關鍵性的作用The Relationship of Apoptosisrelated Genes Bax，Bad and Bcl-2 with Pathogenesis of Posttraumatic Stress DisorderXIAO Zhen-nan(93k, China Medical University)【Abstract】 Post-traumatic stress disorder(PTSD)is an anxiety disorder that can develop after

3、 exposure to one or more traumatic events threatened or caused grave physical harm PTSD patients have a strong sense of fear and startle response，abnormal low blood glucocorticoid concentration，disordered HPA axis, activation of glucocorticoid receptor and the expression of apoptosisrelated genes Ba

4、x，Bad is down-regulated. These changes cause neuronal apoptosis in hippocampus, hippocampus atrophy,volume decreased and affect the exertion of memory and learning function，inducing different memory impairment even memory lost. Amygdala nucleus is the brains “fear center”.The function of hippocampus

5、 is closely linked with amygdala and realized by the regulation of amygdala. PTSD increases the ratio of Bax/ Bc12 and induces neuronal apoptosis in amygdala, causing the amygdala sparse and hypofunction. Bcl-2 related family play an important role in the neuronal apoptosis in hippocampus and amygda

6、la.創傷后應激障礙(posttraumatic stress disorder，PTSD)是指由于災害、戰爭、恐怖事件、交通意外等引起的巨大痛苦或受驚嚇、遭受悲劇導致的精神、身心癥狀的持續狀態或焦慮綜合征。是應激疾病中最為典型的一種1，嚴重影響人們的生存質量 。PTSD患者有強烈的恐懼和驚嚇反應；其血中糖皮質激素濃度反常低下，HPA 軸調節紊亂。在嚴重創傷應激急性期，在中樞神經系統(CNS)皮質邊緣區，特別是杏仁核、海馬和下丘腦等處短期內神經可塑性改變，提示這些腦區可能為CNS應激應答敏感區。研究表明，PTSD大鼠海馬萎縮2 ，海馬神經元發生凋亡3，杏仁核和海馬的功能密切相關，海馬的部分功能

7、可由杏仁核的調節而實現4 ，杏仁核作為邊緣系統中重要的皮質下核團，在PTSD時也發生細胞凋亡5。杏仁核與海馬神經元細胞的凋亡可能與PTSD的發病密切相關。1. 細胞凋亡細胞凋亡是指為維持內環境穩定而由基因控制的，機體正常細胞在受到生理和病理性刺激后出現的一種自發的，在自身基因調控下進行的一種主動死亡，是機體維持自身穩定的一種基本生理機制。在生理條件下細胞凋亡主要是作為機體調節細胞群生長消亡平衡的重要手段，與細胞增殖一起維持機體細胞群的自身穩定。細胞凋亡與壞死有本質的不同，凋亡是一個有基因表達的主動死亡過程。細胞凋亡過程受到一系列相關基因的調節和控制：抗凋亡成員(又稱抗凋亡蛋白，antiapop

8、totic proteins)有Bcl-2、BclxL、Bc1-w、ced-9等，促凋亡成員(又稱凋亡前體蛋白，Proapoptotic proteins)有Bad、Bax、Bak、Bid、Bik、Bim、Bcl-xs等。促凋亡成員又分為兩類：僅含BH3同源區域(BH3 only Proreins)的成員，包括Bik，Bid，Bad，Bim，Bmf等；含多個同源區域(Bcl-2 homology domain，BH)的成員，包括Bax、Bak、Bcl-xs、Mtd。有研究者【6】將凋亡發生過程分為四個步驟，即誘導凋亡刺激信號的出現、凋亡誘導階段、凋亡執行階段和細胞死亡后解體階段。而凋亡基因Bc

9、l-2家族主要在凋亡執行階段發揮作用。2. 凋亡基因Bcl-2家族細胞凋亡途徑中存在FasFasL介導的死亡受體通路7-8和Bcl一2家族調節的線粒體通路【9】。細胞凋亡過程十分復雜，涉及不同基因及其產物的調控和細胞因子的調節。各種刺激凋亡發生的因素均可破壞線粒體膜，開放線粒體膜孔道、使跨膜電位下降及滲透性增加，并使線粒體內的細胞色素C(Cyt-c)等凋亡因子外溢而激活細胞質內特異性凋亡酶，即半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspases），進而導致細胞凋亡。近年來研究表明，Bcl一2家族成員的構成比例是上述兩種凋亡通路的核心機制之一，尤其這一家族的2個代表性成員Bax和Bcl-2， 是目前公

10、認的哺乳動物細胞凋亡過程中的正、負調控劑10。Bcl-2Bax基因主要在凋亡執行階段發揮作用, Bax基因與Bcl-2基因同源，二者可形成異二聚體或Bax與自身形成二聚體，通過轉基因動物和基因轉染實驗研究發現，Bc1-2對細胞凋亡具有明顯的抑制作用，而Bax拮抗Bc1-2，促進細胞凋亡。因此Bcl-2與Bax的比例決定著細胞受凋亡因素刺激后的生存與凋亡，一切促進或抑制凋亡基因對細胞凋亡的影響最終歸結為Bax與Bcl一2比值的改變。2.1 Bcl-2與BaxBcl一2家族成員含有14個同源結構域，現已至少發現19個同源物。根據蛋白在細胞凋亡中的功能可將Bcl一2基因家族分為兩類：一類是抗凋亡的，

11、如Bcl一2、Bclxl、BclW、Mcll；一類是促進凋亡的，如Bax、Bak、Bad、Bid、Bim 11。其中Bcl一2是B細胞淋巴瘤白血病-2(B-celllymphoma leukemia-2)的縮寫。定位于人染色體18q213，在正常組織中低表達。1985年,Tsujimoto等【12】研究濾泡性非霍奇金B細胞淋巴瘤時，從其染色體斷裂易位點初克隆而得。Bcl一2是第一個被確認有抑制凋亡作用的基因13，Bc1-2抑制氧自由基的產生或起到抗氧化劑的作用而阻斷細胞凋亡14。Bcl-2是一種直接調節細胞凋亡的線粒體膜蛋白，其C末端含有1個由l9個氨基酸組成的疏水跨膜區，作為信號錨定序列，負

12、責定位和插入到線粒體外膜，抑制細胞凋亡，其表達可對抗細胞內外的氧自由基對細胞的毒害與損傷作用，其在細胞內表達增強可以抑制或防止多種因素或因子誘發的細胞凋亡，延長細胞的壽命，是許多生理或病理凋亡的關鍵性調節因子。Bax是最早發現的促凋亡因子，其中21的氮基酸與Bcl一2同源。Bax分子結構中含有類似于抗凋亡成員的疏水C端，然而亞細胞分級和免疫組織化學實驗均表明Bax在正常細胞中主要定位于細胞漿。雖然在線粒體上也發現有部分Bax存在，但Bax分子并非插入線粒體外膜內而是附著于線粒體表面 15。Bcl-2家族成員復雜的相互作用通過控制線粒體外膜的透化作用(MOMP)而實現的。Bax在組織器官中的表達

13、比Bcl-2更加廣泛,主要分布在線粒體外膜上。正常情況Bax位于胞質，在凋亡信號誘導下，胞質內的Bax接到死亡信息使其構象發生改變，由胞質移位并插入到線粒體膜中，并在此形成微孔結構的低聚物BaxBa x同源二聚體，然后激動MOMP16，開啟線粒體通透性轉換孔引起線粒體跨膜電位下降，釋放凋亡前因子包括細胞色素C、omihtra2、SmacDIABLO和核酸內切酶G，釋放的細胞色素C與凋亡蛋白活化因子（apoptosis proteinase activating factor-1， Apaf-1)、dATP及 caspase一9前體結合形成凋亡小體而發生凋亡 17-19Bcl-2存在于線粒體外膜

14、，其表達可競爭性地與Bax蛋白結合，形成比Bax/Bax同源二聚體更穩定的Bax/Bcl一2異源二聚體，從而“中和”Bax/Bax誘導凋亡的作用，終止細胞凋亡的發生。Oltvai et al20認為，決定細胞命運的關鍵因素是抑制與促進二者間的比率，Bc1-2、Bax分別是凋亡抑制和促進因子，其比值與細胞凋亡的發生直接相關，如二者表達量平衡則細胞生存期正常;當Bcl-2表達量較高時,形成異源二聚體Bcl一2Bax,抑制細胞凋亡；當Bax表達量較高時，形成同源二聚體BaxBax，通過抑制Bcl-2的抗凋亡作用而促進細胞凋亡的發生【21】。因此有學者將Bc1-2和Bax的比值稱作“凋亡開關”【22】

15、。2.2 BadBad基因首先從鼠的cDNA文庫中克隆鑒定出 ，其后又克隆出人的同源基因，由Yang等于1995年發現，其編碼一個含204個氨基酸的蛋白質。雙雜交和序列分析發現，Bad可與Bc1-2和Bcl-xL結合形成異源二聚體，具有促進細胞凋亡作用，故名Bad(Bcl-xLBcl-2 associated death promoter) 。Bad游離于胞漿而不是固定于線粒體外膜，不含信號錨定蛋白的結構特點決定了它接受多種細胞外傳入的信號，并傳遞到線粒體外膜與其他Bcl-2家族成員相互作用，從而調節細胞的生長或凋亡【23】。Bad在內源性線粒體凋亡途徑中發揮了中樞作用24-26凋亡信號和藥物

16、處理信號都由Bad整理并轉呈至線粒體外膜，藉此觸發caspase依賴性凋亡進程【27-29】。Bad三個磷酸化部位在Ser112、Set136 和Ser155【30-32】 ,線粒體相關蛋白激酶（mitochondriaassociated protein kinase，PKA)、Ras一絲裂原激活的蛋白激酶(Ras-mitogen-activated protein kinase，RSK)及P21激活的蛋白激酶(P21 activated kinase 1，PAK1)誘導Ser112 磷酸化；PAKl或ATP依賴的酪氨酸激酶AKT（又稱蛋白激酶B)誘導Set136 磷酸化；RSK或PKA誘導

17、Ser155 磷酸化。在生理狀態下，磷酸化的Bad與伴侶蛋白14-3-3結合，干擾了Bad與Bcl一2或Bc1-xL的結合從而抑制細胞凋亡。接受凋亡信號刺激后,鈣調磷酸酶等誘導Bad去磷酸化，Bad發生構象變化并自轉位至線粒體外膜。去磷酸化Bad強烈干擾Bcl-xL-Bax聚合物的穩定性,將Bax從中置換出來。解離后的Bax作用于線粒體外膜形成通透性改變孔道，導致線粒體膜電位變化和Cyt- c 、AIF外流,Bax結合Apaf-1并與ATP、procaspase- 9、Cyt-c一起形成凋亡體，觸發整個凋亡事件的發生。Bad可以說是Bcl-2Bax和Bcl-xLBax異二聚體的負調控基因，依靠

18、自身的強結合力，以濃度依賴性方式替換Bcl-2Bax，Bcl-xl/Bax二聚體中的Bax，使Bax游離后成為二聚體而促進凋亡，當一細胞系所有細胞中的Bax同源二聚體含量>80，再加上適當的信號誘導，細胞就出現凋亡33，這表明Bad通過調節Bax同二聚體與異二聚體的比值介導凋亡。2.3 caspase細胞凋亡后期的共同途徑是半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspases）的激活。caspases 直接參與了凋亡早期啟動、凋亡信號的傳遞以及凋亡晚期作用于不同凋亡底物( 主要是一些D N A 酶和一些細胞骨架蛋白)并產生細胞皺縮、核分裂、DNA 斷裂等等凋亡特征現象。c aspases處于凋

19、亡誘導信號傳遞、caspases級聯反應、下游效應因子作用這一凋亡過程的中心位置。當凋亡起始信號作用于線粒體后，引起線粒體釋放細胞色素C(Cyt-c)，接著Cyt-c與凋亡蛋白酶活化因子1(Apaf-1)結合并使Apaf-1改變構象形成八聚體，后者與caspase一9結合并誘導其發生自我催化，活化的caspase一9進一步激活下游的caspase，使級聯反應進一步放大。因此，caspase-9是細胞線粒體依賴的凋亡途徑中重要起始因子而caspase一3被證明是凋亡的關鍵執行者，激活的caspase一3能裂解大量底物使細胞凋亡。 3. 凋亡基因與PTSD創傷后應激障礙(PTSD)是指由于異常威脅

20、性或災難性心理創傷導致延遲出現和長期持續的精神障礙。PTSD患者有強烈的恐懼和驚嚇反應。其特征性的癥狀為病理性重現創傷體驗、持續性警覺增高、持續性回避、對創傷性經歷的選擇性遺忘等的臨床精神癥狀. 是應激疾病中最為典型的一種，,嚴重影響人們的生存質量。海馬，杏仁核的損傷有PTSD的發生有著緊密的關系。海馬富含各種信使受體，是應激激素作用的一個靶區，因此是調節應激反應并受應激影響最重要的腦部結構之一。海馬是大腦的重要結構，在學習和記憶功能以及調節神經內分泌和自主神經活動中起重要作用。Bremner等【34】。用磁共振測量了26例診斷為PTSD越戰老兵的海馬體積，發現患者右側海馬體積較對照組縮小8，

21、而其他腦區體積未發現差異。在創傷性應激反應中海馬的形態結構發生了明顯的變化，主要表現：海馬體積縮小35 、功能減退36。李曉明等人的前期研究發現，PTSD樣大鼠海馬萎縮是由于海馬神經元發生凋亡，PTSD大鼠海馬神經元凋亡細胞數量隨時間的延長而逐漸增多，于SPS刺激后7d達高峰；Bcl-2蛋白于SPS刺激后4d達高峰；Bax蛋白于SPS刺激后7d達高峰，之后逐漸下降。Bcl一2Bax的比值于SPS刺激后一過性增加，以后隨時間延長比值下降。由此我們推測，Bc1-2和Bax蛋白含量增加以及兩者比值失衡可能是導致PTSD大鼠海馬神經元發生凋亡的機制之一。杏仁核是邊緣系統中重要的皮質下核團，主司恐懼,位

22、于中樞神經系統(CNS)皮質邊緣區，其功能和應激關系密切，因此杏仁核在PTSD的發病中可能起重要作用37。有研究報道PTSD杏仁核體積變小，杏仁核的變化與PTSD癥狀的嚴重程度成正相關38。丁金蘭等人通過大鼠PTSDSPS模型研究表明大PTSDSPS后，Bax、Bcl一2表達均增強，BaxBcl-2比值升高，超微結構改變39 ， PTSD大鼠杏仁核細胞凋亡率升高，杏仁核神經元發生了凋亡，杏仁核神經元凋亡導致杏仁核功能異常40,41。以上資料表明，凋亡相關基因Bax，Bad，Bcl-2等家族參與了PTSD的發生，在誘導海馬，杏仁核神經元細胞凋亡，引起實質萎縮，功能減退并進一步導致患者產生強烈的恐

23、懼和驚嚇反應，持續性警覺增高，對創傷性經歷的選擇性遺忘等臨床精神癥狀中，Bax，Bad的上調和Bcl-2的下調起到了關鍵性的作用。1.Vanitallie T BStress：a risk factor for serious illnessJMetabolism，2002，51(6)：40-452 Lindauer R J，Vlieger E J，Jalink M，et a1Effectsof psychotherapy on hippocampal volume in outpatients with post traumaticstress disorder：a MRI investig

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