紫外线诱导细胞凋亡分子机制的研究进展
【关键词】 UV诱导细胞
由于近年来大气中臭氧层的破坏，辐射到地面的紫外线（ultraviolet,UV）增多。近年来研究发现UV不仅能引发日光性皮炎、皮肤老化、免疫抑制、白内障和皮肤癌等疾病，还能诱导细胞发生凋亡。机体通过凋亡这种方式清除受损的细胞，从而避免癌症的发生。因此，有关UV诱导细胞凋亡的分子机制成为此领域研究的热点。
1 UV诱导细胞凋亡的可能机制
UV诱导凋亡的机制具有细胞特异性，科研人员对UV诱导的凋亡作过大量的研究提出了如下几种可能的机制。
1.1 依赖于DNA损伤的细胞凋亡
当UV照射细胞后，细胞内的生色团将光能转化为生物化学信号，从而行使生物学功能。DNA作为UV的一个主要靶标，可以引起DNA损伤。当DNA受损伤后P53增多，介导细胞停滞在G1期以修复损伤；不可逆损伤发生时P53则通过诱导凋亡启动细胞死亡。Henseleit等发现当HaCaT KC经UV照射后，P53蛋白以时间和剂量依赖形式上升，并先于凋亡的发生。这种升高不能被蛋白合成抑制剂抑制，而阻断P53可部分阻滞KC的凋亡，从而证实P53在UV诱导凋亡中的作用。 研究发现凋亡的角质形成细胞的发生涉及到P53的表达，经紫外线处理后的小鼠、P53功能缺损的小鼠与正常小鼠相比，“晒伤细胞”明显减少[1]。经过紫外线处理的角质形成细胞，如果DNA修复功能没有实现，那么这些细胞将以 “晒伤细胞” 的形式凋亡，从而避免了恶性肿瘤的发生。在表皮细胞中，由于凋亡的发生率与“晒伤细胞”的数目相关，这些暗示着“晒伤细胞”的形成被DNA的损伤所调节。因此，经紫外线处理的角质形成细胞，如果DNA损伤修复率提高，那么凋亡率的发生就明显下降。Kulms等研究发现，经紫外线处理的Hela细胞，通过脂质体介导的光复活酶转染细胞，通过光复活作用使嘧啶二聚体减少，在一定程度上可抑制细胞凋亡发生[2]。在鼠和人体内实验也得到了同样的结果，通过脂质体介导的T4N5转染细胞，在一定程度上减少了“晒伤细胞”的数目[3]。
由此可见，细胞基因组DNA的损伤在紫外线诱导的细胞凋亡中扮演重要角色。然而，经紫外线处理后一方面可促进P53表达并伴随着细胞凋亡，防止肿瘤的发生；另一方面可造成P53基因的突变，提高肿瘤发病率。经UV处理后的角质形成细胞大约有4%发生P53基因的突变，然而，非常少的细胞发生癌变,由此可见还涉及其他的途径诱导细胞凋亡。Kulms等在体外实验证实通过光复活作用提高DNA的修复，并没有完全抑制凋亡的发生，表明还存在其他的通路起始细胞凋亡[2]。
1.2 死亡受体介导的细胞凋亡
死亡受体家族是从属于TNFR/NGF2R超家族的一个亚家族。TNFR/NGF2R超家族都具有特征性的2～5个富含半胱氨酸的细胞外重复序列。死亡受体具有细胞内死亡区域(death domain,DD),这一区域是转导细胞凋亡信号所必须的。目前已知的死亡受体亚家族成员有6个,分别命名为TNFR1(CD120a)、CD95(APO?1/Fas)、DR3(APO?3,LARD,TRAMP,WSL1)、TRAIL?R1(APO?2,DR4)、TRAIL?2(DR5，KILLER，TRICK2)、DR6。在这些死亡受体当中,Fas与TNFR1是目前研究较为清楚的2个。Fas受到FasL或其它激动性抗体的激活后形成三聚体,并先后募集衔接蛋白分子FADD/Mort?1,pro?caspase8(FLICE,MACH,MCH5)等,形成死亡诱导信号传导复合体(death?inducing signalling complex,DISC),pro?caspase8在DISC中发生蛋白水解而活化形成有活性的四聚体,从而启动细胞凋亡的信号。
紫外线处理人角质细胞株HaCaT后，免疫沉淀显示UV诱导其凋亡的机制是直接激活CD95，通过连接器蛋白FADD，启动凋亡通路[4]。激光共聚焦扫描显微镜显示，经紫外线处理的细胞CD95受体在细胞表面簇集。相反，未经处理的细胞只有很少的CD95在细胞表面存在。
Rosette等报道用紫外线处理细胞可直接活化细胞表面一些受体（如：表皮生长因子、TNF、干扰素?1），活化的受体可激活胞内JNK信号通路[5]。如果将细胞置于10℃条件下用紫外线处理，那么将阻止JNK信号通路的活化，因为这样的条件可抑制这些受体在细胞表面的群集，因此，较低的温度下用紫外线处理HaCaT细胞，几乎可完全抑制CD95群集，从而降低凋亡率。以上的结果表明紫外线诱导的细胞凋亡可由膜表面死亡受体介导。
如果紫外线诱导的细胞凋亡存在两条途径：一条途径由DNA损伤而诱发的细胞凋亡，另一条途径是由细胞死亡受体介导的细胞凋亡，那么通过抑制这两条通路将导致细胞凋亡率的降低。为了阐明这个问题Kulms等在4℃条件下用紫外线处理HeLa细胞，然后通过光复活作用进行DNA修复。低温条件下，使死亡受体的群集受到抑制，从而在一定程度上降低了凋亡率；通过光复活作用提高DNA的修复，细胞凋亡明显被抑制。因此，只有两条通路同时被阻断，才能抑制凋亡的发生[2]。以上的研究表明，DNA损伤和死亡受体两条通路既相互联系又相互独立。然而，即使阻断死亡受体通路，同时减少DNA损伤，也不能完全阻止细胞凋亡的发生。由此可见在紫外线诱导的细胞凋亡中可能还存在第三条途径。
1.3 线粒体损伤介导的细胞凋亡
线粒体是细胞内主要的ATP生产中心，在细胞凋亡、人的衰老、癌症、信号转导的发生过程中起着非常重要的作用。近年来，线粒体被视为细胞凋亡的关键元件。越来越多的研究表明，在紫外线、电离辐射等凋亡信号的刺激下，线粒体的膜电位会丢失，线粒体的通透性会发生变化，各种凋亡因子会从线粒体释放到细胞质中，它们或激活caspase，或独立地破坏核染色质，从而表现出细胞凋亡的各种形态特征，即胞质浓缩，DNA的大规模片段化，最后细胞膜内陷形成凋亡小体[6]。
Bc?2家族与凋亡密切相关。研究表明,在线粒体对凋亡的调控中,Bcl?2家族的表达产物对线粒体内一些促凋亡因子的释放具有调控功能,因此在决定细胞生死中也具有十分重要的作用。研究发现UV可以使Bcl?2的表达下调，从而诱发凋亡，同时伴随着Smac/DIABLO从线粒体释放到胞质[7]。活化型Smac/DIABLO蛋白N2末端的IAP结合域是调节凋亡的功能区,该区一旦与凋亡抑制蛋白(IAPs)相结合,即解除IAPs对caspase?9及caspase?3活性的抑制作用,从而促进凋亡[8]。并且研究发现在某些UV诱导的凋亡中线粒体途径和死亡受体途径同时存在[9]。
2 其他机制
2.1 神经酰胺介导的细胞凋亡
大量的研究表明，鞘磷脂的代谢产物可能参与某些细胞凋亡信号传递途径。在TNF?α等启动的众多信号途径调节子中，神经鞘磷脂的代谢产物—神经酰胺可能是凋亡启动的关键调节子。经紫外线处理的细胞能激活神经鞘磷脂酶（ASMase）通路，它能水解鞘磷脂而产生神经酰胺，神经酰胺作为第二信使启动细胞凋亡[10]。神经酰胺调节UV诱导的JNK的活性，对于凋亡基因的转录激活是必须的，抑制JNK的活性，将阻断UV诱导的293细胞凋亡。研究发现在ASMase缺失的细胞株，UV诱导的JNK的活性被阻断。然而，Adam等研究发现，类脂组织细胞增多症病人的成纤维细胞在缺失ASMase的情况下，用紫外线处理细胞可激活JNK信号通路。由此可见，ASMase和神经酰胺在UV活化的JNK通路与细胞凋亡之间的作用还有待阐明。Madhumita等研究发现，UV可诱导的凋亡被神经酰胺调节具种属特异性[11]。
2.2 SAPK/JNK信号通路
紫外线引起的凋亡受JNK、细胞色素C、Apaf?1／procaspase?9、caspase?3基因缺乏抑制。外界的刺激作用于细胞，通过MAPKK、MKK4和MKK7激活了JNK信号转导通路，而后作用于线粒体，促使细胞色素C的释放，细胞色素C释放后和procaspase?9／Apaf?1结合，最终作用于caspase?3，激活的caspase?3同凋亡底物结合，引起细胞凋亡；JNK还可以通过磷酸化Bc1?2和Bc1?x，促进线粒体释放细胞色素c，激活caspase级联反应，导致细胞凋亡[12]。另外，JNK还可以通过Bim／Bmf介导线粒体途径的凋亡，JNK可以通过AP?1提高两者的表达量，也可以直接磷酸化激活Bim／Bmf，再通过Bax／Bak来发挥作用[13]。
JNK可介导细胞凋亡，但有些激活JNK的刺激物并不引起凋亡，部分是由于JNK依赖性的调亡信号被存活信号通路阻断所致。因此，JNK诱导细胞凋亡的确切分子机理仍不清楚。
2.3 蛋白激酶C（PKC）
蛋白激酶在调节表皮分化中起着重要作用，近年来还发现其参与UV诱导的多种细胞类型的凋亡[14]。正常人PKC经UV辐射，可使PKC在其亲水端产生一催化区域，这一变化可提高PKC的活性，而抑制PKC的活性能阻滞UV诱导凋亡的发生。
UV诱导细胞凋亡的信号通路是一个综合的生化反应过程，紫外线诱导的细胞凋亡的信号通路是极其复杂的，受到多种因素调控，往往是几条信号通路相互联系、“相互对话”，从而执行其生物学效应。随着对凋亡机理的不断揭示，对紫外线的生物学效应也将会有更深入地了解。：
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