The Bcl-2,Bax Gene With The Cerebral Ischemia Or Hypoxia Preconditioning
WEN-Dong CHEN1 , Li MA1 , Tian-yun TANG2
1Department of Anesthesiology ,The First Affiliated Hospital of Kunming Medical College, Kunming ,China,650032;
2Department of Anesthesiology, The First Hospital of Yunnan province ,Kunming ,China,650032;
ABSTRACT
The preconditioning phenomenon including cerebral anoxia or ischemic, drug and so on multi-factors create all have conspicuous protection of tissue and organ. The cerebral function protection constantly is core topic of anesthesiology investigation, there are a great deal of domestic and overseas investigation which through have deployed the ways of hypothermia, junk and technique et al to complete ambi-operation cerebral function protection of major operation. Nevertheless, there were still not to have evident break through. The existing investigation draw off that Bcl-2 family have important role, which they commonly constitute an extraordinary compliatily interacting network to control apoptosis. Following deeply research of biological function of Bcl-2 family of the Bal-2, Bax, Bcl-x et al ,which utilizing the mechanism of apoptosis interfere in ischemia brain injured is grave tendency of the nowadays ambi-operation brain protect. Because of apoptosis is a active process, The scientists may discover the important turning point of one end apoptosis in the net system of Bal-2 gene family, which may provide original pathway for major operation process originated the tolerance of cerebral ischemia and the prevention and cure of ischemical reperfusion injury as well as the protection of brain function.
key words: Bcl-2、Bax gene; Cerebral ischemia/hypoxia; Preconditioning
神经系统的细胞死亡可通过凋亡与坏死两种截然不同的方式发生,分别涉及主动和被动细胞机制[1] 。细胞凋亡是一个由基因调控的主动而有序的细胞自我消亡过程。凋亡的机制可能与凋亡细胞内活跃的基因表达有关。脑缺血预适应( Cerebral Ischemic Preconditioning ,CIPC) 是晚近提出的有关提高缺血耐受性及保护缺血性脑损伤的新概念,系指给予短暂的亚致死性缺血预处理后产生的适应反应,从而对后续长时间缺血损伤产生耐受及自身保护作用,减少最终梗死面积。短暂性脑缺血发作(TIA) 被认为是缺血性卒中的高危因素,但也可以诱导缺血耐受,启动CIPC 机制而保护大脑免受或少受脑缺血损害。近年来,越来越多的关于CIPC 的研究相继报道,但CIPC 是否通过影响神经元凋亡过程发挥保护作用以及CIPC--凋亡二者之间的关系研究,至今国内外尚未见报道。本文就目前的一些研究作一综述。
1． Bcl-2家族成员间的相互作用
Bcl-2家族内部成员之间可形成同源二聚体或异源二聚体，这种二聚体反应可以调节细胞的死亡和存活信号的平衡状态，是决定细胞存亡的关键事件。对二聚体形成的分子基础目前有了一定的了解。对Bcl-xL的三维结构进行分析，发现它含有一个由2个α-螺旋组成的核心结构，每个螺旋周围又被5个中性两极的螺旋包围着，3个Bcl-2同源区BH1、BH2和BH3在空间结构上互相靠近，形成一个疏水性的“夹子”（cleft），也许正是这个夹子成为其它Bcl-2家族成员结合的位点。BH2和BH3所形成的疏水“夹子”上，与Bcl-xL通过疏水性相互作用和静电作用形成一个α-螺旋，当Bak和Bcl-xL的疏水性残基，利用酵母双杂交系统，Bcl-2家族成员间异源二聚体的形成具有特异性，Bax和Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1、Al发生强烈的结合，表明Bax在调节细胞死亡中是这些分子的共同伴侣分子，而Bcl-xs只能与Bcl-xL和Bcl-2形成异源二聚体，Bak与Bcl-xL形成二聚体的能力比Bcl-2强，这种选择性目前认为与BH3区有关。这些结果表明 Bcl-2家族成员形成异源二聚体具有选择性，而且不同的伴侣分子间结合的强度也不同。因此，在一个特定的哺乳动物细胞，每个成员是否存在及其浓度决定了占优势的二聚体的类别，最终决定了细胞的命运。
2．Bcl-2家族对细胞凋亡的调控机制
2.1 Bax对细胞凋亡的调控：
Bax蛋白与Bcl-2具有53%的同源性，细胞中的Bax蛋白的高表达可加速细胞凋亡，Bcl-2与Bax的比例不同可调节细胞凋亡。在体内外，Bcl-2与Bax可形成二聚体，当细胞中Bax蛋白高表达时形成同源二聚体，这样可加速细胞凋亡。Bax基因调控细胞凋亡的分子机制目前尚不清楚，普遍认为，Bax基因的表达并不立即导致细胞凋亡，而是仅在细胞接受死亡信号之后Bax才开始发挥作用，通过抑制Bcl-2的作用而导致细胞凋亡[2]。
2.2 Bak对细胞凋亡的调控：
Bak作为新发现的基因，在细胞中对Bcl-2有抑制作用，类似Bax/Bcl-2。但Bak不能与Bcl-2形成异源二聚体，同样Bak蛋白也不能与Bcl-xs形成同源二聚体。Bak蛋白对Bcl-2的抑制可能是通过其它蛋白质信号传递途径为中介而起作用。在酵母细胞中，Bak蛋白与E1B19K和Bcl-xL蛋白形成异源二聚体。大量实验证明，引起异源二聚体的作用可能具有细胞特异性。由于Bcl-xL分布不及Bak广泛，在细胞中可能存在与Bak相互作用且至今尚未发现的Bcl-2家族新成员，由于Bak可与E1B19K蛋白相互作用，而后者参与核骨架中核纤层作用，因此认为Bak可能通过E1B19K蛋白或其它蛋白与核物质作用调控细胞凋亡。 2.3 Bcl-x对细胞凋亡的调控：
2.3 Bcl-x对细胞凋亡的调控：
Bcl-x分为2类：Bcl-xL与Bcl-xs。前者与Bcl-2有74%的同源性可调控细胞死亡，Bcl-xs较Bcl-xL少一段由63个氨基酸组成的Bcl-2和Bcl-xL有高度同源性的序列。研究发现Bcl-xs的作用与Bcl-2和Bcl-xL相反，并通过抑制后二者的作用而引起细胞凋亡。近来认为Bcl-xs可能是作为Bcl-2的结构抑制因子通过对其下游的调节而抑制Bcl-2的功能。
2.4 Bcl-2对细胞凋亡的调控：
2.4.1 Bcl-2蛋白的细胞定位：
Bcl-2是一种与细胞器特别是线粒体膜相关联的稳定蛋白，它主要位于线粒体外膜、被膜和内质网膜。电镜实验发现Bcl-xL的细胞分布与Bcl-2相似，提示两种蛋白以类似的方式在阻断细胞凋亡中起作用。Bcl-2定位于细胞器外膜，其生物学功能意义仍不清楚。去除Bcl-2的疏水C′-末端部分可破坏其许多保护功能[3]。
2.4.2 Bcl-2相互作用蛋白：
近来发现Bcl-2还可以与Bax结合，Bax表达水平增加可拮抗Bcl-2作用，促进凋亡。Bcl-2的BH1结构域的Glg145或BH2结构域的Trp88的置换可导致该蛋白功能丧失[4]，这些突变体不能结合Bax，但仍然形成Bcl-2同源二聚体，这一结果尚没有明确的解释。
2.4.3 Bcl-2与氧自由基代谢：
有人提出Bcl-2通过起一种氧化剂的作用或通过抑制氧自由基的产生而抑制细胞死亡[5]，在接受不同的凋亡信号后发生凋亡的造血细胞中，Bcl-2的过度表达与细胞组分氧化损伤的降低相关联，但与活性氧中间体生成减少无关[5]。然而，在因缺乏谷胱甘肽而发生坏死的神经元细胞中，Bcl-2的表达与氧自由基生成减少和对细胞组分的氧化损伤的降低均相关。因此，Bcl-2似乎起一种抗氧化剂的作用，但仍不清楚Bcl-2是否保护由活性氧物质特异地诱导的细胞死亡。 2.4.4 Bcl-2和细胞内钙离子：
Bcl-2可通过改变胞内细胞器的Ca２＋内流而抑制凋亡。在某些实验体系中，从位于内质网的可兴奋小池释放Ca２＋与凋亡有关。Bcl-2定位于内质网膜中。其过度产生可能干扰正在发生凋亡的细胞中的穿越膜的Ca２＋外流[6]。
2.4.5 Bcl-2与细胞转运：
Bcl-2在核转运中可能起某种作用，这种想法来自免疫组化研究，免疫组化提示Bcl-2可能定位于核孔。新近证明Bcl-2可改变p53和CDC2细胞周期调节蛋白的核-胞浆转运[7]。Bcl-2与p53基因的共表达延缓p53诱导的凋亡，但不影响p53诱导的生长停止，且不影响p53的共表达延缓p53至核的转运。Bcl-2和myc协同地封闭p53进入核中，从而阻断p53诱导的凋亡和生长停止。
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