jnk信號通路

內質網主導的細胞凋亡

1.細胞凋亡的概念

2.細胞凋亡的分類

2.1細胞凋亡的內部線粒體途徑

2.2細胞凋亡的內部內質網途徑

2.3細胞凋亡的外部死亡受體途徑

1.細胞凋亡的概念

細胞凋亡是指機體在生理或病理條件下，為了維持自身內環境的穩態，通過基因調控使細胞產生主動、

有序的死亡；同時伴隨著一系列形態和生化方面的變化，包括核固縮、DNA片段化、細胞膜重塑和起泡、

細胞皺縮、形成凋亡小體等，最后凋亡的細胞被巨噬細胞吞噬而消亡。細胞凋亡是細胞為了更好地適應其

內外環境而引發的死亡過程，它是一種正常的細胞死亡，涉及一系列基因的激活、表達及調控等。在細胞

凋亡整個過程中，質膜保持完整，細胞無內容物外溢，不引起炎癥反應。

2.細胞凋亡的分類

凋亡發生的途徑分為內源性線粒體途徑、內源性內質網途徑、外源性死亡受體途徑；或者某些條件下

的granzymeB介導的凋亡過程。

2.1細胞凋亡的內部線粒體途徑

細胞凋亡的內部線粒體途徑：當細胞受到內部凋亡刺激因子作用，如癌基因的活化DNA損傷、細胞

缺氧、細胞生長因子缺失等，可激活細胞內部線粒體凋亡途徑，引起細胞凋亡；內部線粒體凋亡途徑也可

以被死亡配體所激活。在該途徑中，Bcl-2家族蛋白通過調節膜電位從而控制線粒體外膜通透性。

2.1.1Bcl-2家族

Bcl-2家族蛋白是控制線粒體相關的凋亡因子釋放的主要調節因子。根據它們在細胞凋亡中的作用可分

為兩類：促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白，其中促凋亡蛋白還可以分為具有BH1-3結構域的蛋白和只具有BH3

結構域的蛋白。促凋亡蛋白成員中的Bak以及抗凋亡蛋白成員如Bcl-2，Bcl-xL等主要存在于線粒體膜上；

其他成員如Bid、Bad主要存在于胞質中。Bax一般存在于胞質中，當接收到凋亡信號時，Bax重新定位于

線粒體表面，在線粒體表面構成跨線粒體膜的孔，導致膜電位降低，膜通透性增加，從而釋放凋亡因子。

目前關于Bax、Bak的激活方式，存在兩種假說：直接激活模式和間接激活模式。間接激活模式：在

一般情況下，Bax、Bak的活性是被抗凋亡蛋白所抑制的。當BH3-only的家族成員接收到凋亡信號后，抑

制抗凋亡蛋白的活性，從而間接激活Bax、Bak的活性。

直接激活模式：BH3-only蛋白分為激活蛋白和激敏蛋白。未接受凋亡信號的激活蛋白和抗凋亡蛋白結

合抑制激活蛋白激活Bax、Bak，當接收到凋亡信號時，激敏蛋白與抗凋亡蛋白相結合釋放出激活蛋白，激

活蛋白直接激活Bax、Bak的活性。

總之，Bcl-2家族蛋白在細胞凋亡過程中由其促凋亡成員和抗凋亡成員之間的協同作用，通過線粒體途

徑共同決定細胞是否進入凋亡程序。

2.1.2線粒體介導的凋亡過程

當線粒體的膜電位下降，線粒體膜通透性增加，線粒體內促凋亡因子（例如：CytC、AIF、

SMAC/DIABLO、HTRA2/OMI、ENDOG）釋放到胞質中。CytC釋放到胞內以后，與Apaf-1相互作用，在

ATP和dATP的協助下形成凋亡復合體，凋亡復合體通過招募并激活Pro-Caspa9，形成Caspa9全酶。

Caspa9全酶進一步激活效應Caspa3和Caspa7，啟動Caspa級聯反應，切割細胞中如α-tubulin、Actin、

PARPA、Lamin等超過100種的底物，最終導致細胞凋亡。

凋亡抑制蛋白（IAPs）可以抑制Caspa3、Caspa7激活，從而抑制細胞凋亡。SMAC/DIABLO、

HTRA2/OMI從線粒體釋放到胞內后與IAPs結合后，解除IAPs的抑制作用從而間接促進凋亡。

隨著線粒體膜電位的改變，釋放到胞內的還有AIF、ENDOG。隨后AIF、ENDOG會被轉運至細胞核。

AIF、ENDOG引起細胞核中的染色體凝聚和DNA片段化，從而導致細胞凋亡。

線粒體介導的凋亡

2.2細胞凋亡的內部內質網途徑

內質網是蛋白質合成的主要加工廠，也是Ca2+重要的儲存庫。因此，內質網在維持細胞Ca2+離子的穩

定、蛋白的合成、加工中起到關鍵性作用。內質網腔內Ca2+離子失衡、錯誤折疊或未折疊蛋白增多，則會

引起內質網的應激反應（endoplasmicreticulumstress，ERS）。內質網應激反應可減少細胞中蛋白質的合成、

增加蛋白正確折疊、維持Ca2+穩態，但過度的應激反應會觸動細胞內的凋亡信號，促使細胞凋亡。

2.2未正確折疊蛋白介導的細胞凋亡

在真核生物體內，為正確折疊蛋白反應(unfoldedproteinrespon，UPR)是細胞對抗內質網應激的一種

重要的自我保護機制。當細胞中出現長時間或高強度的UPR時，三種內質網上的跨膜蛋白PERK、IREI、

ATF6在發揮修復作用的同時，也可以同時啟動由ERS介導的三種細胞凋亡途徑。

2.2.1.1PERK信號通路

PERK是分布于內質網膜上的一種蛋白激酶。當蛋白正常折疊時，其與分子伴侶如BIP/GRP78相結合

形成穩定的復合物；當有蛋白未正常折疊時，未正確折疊的蛋白與BIP/GRP78相結合，競爭性干擾Bip/Grp78

與PERK的相互作用。釋放的PERK通過低聚化和反向自身磷酸化的方式被活化，活化的PERK可以使翻

譯起始因子2的α亞單位（eIF-2α）磷酸化。在應激反應的早期磷酸化的eIF2α抑制蛋白質的翻譯與合成，

減輕內質網中蛋白折疊的負荷量，從而對細胞起到保護作用；隨著應激反應時間和強度的增加，磷酸化的

eIF-2α誘導激活轉錄因子ATF4的轉錄表達，ATF4可以促進凋亡信號分子CHOP/GADD153的表達，進而

促進細胞凋亡。

2.2.1.2IREI信號通路

IREI是分布于內質網膜上的另一種蛋白激酶。該信號通路的激活方式與PERK的激活方式相同。當未

正常折疊蛋白在內質網中累積時，IREI-BIP/GRP78復合物解離，釋放的IREI寡聚化和反向自身磷酸化后被

激活；激活的IREI可以傳導細胞存活信號和細胞凋亡信號。在凋亡的過程中，激活的IRE1招募胞漿調節

蛋白TRAF-2，間接招募和激活c—JunN端激酶，激活的c—JunN端激酶通過磷酸化抑制Bcl-2家族中抑

制凋亡蛋白的活性，促進蛋白凋亡；另一方面激活的TRAF-2同時激活Caspa12，啟動Caspa級聯反應，

介導細胞凋亡；此外IRE1還具有核糖核酸酶活性，切割XBP1mRNA，促進XBP1mRNA成熟，增強分子

伴侶蛋白和CHO的轉錄表達，從而促進細胞凋亡。

2.2.1.3ATF6信號通路

ATF6是內質網膜上的II型跨膜蛋白。ATF6的N端胞內區域包含了b-ZIP的DNA轉錄激活域和核定

位信號。在非應激狀態下，以酶原的形式分布于內質網膜上。當在內質網應激狀態下，ATF6以囊泡的方式

向高爾基體轉移。在高爾基體中被S1P和S2P剪切激活，然后再核定位信號的牽引下遷移至細胞核，在細

胞核中誘導包括CHOP/GADD153在內的內質網應激基因的轉錄表達。

PERK、IRE1、ATF6三條信號通路均可對誘導產生CHOP/GADD153，CHOP/GADD153的激活是內質

網應激反應的直接結果，CHOP/GADD153在生長停止和細胞死亡中起到重要作用。

2.2.2Ca2+失衡介導的細胞凋亡

在細胞正常運轉情況下，內質網主要通過RyR和IP3R通道將內質網腔內的Ca2+釋放入胞質，通過鈣

泵將胞內的Ca2+泵入內質網腔中，從而維持內質網Ca2+穩態。當內質網接收到應激信號時，內質網內的Ca2+

穩態被打破，大量的Ca2+進入胞內和線粒體內，一方面影響線粒體以及Bcl-2家族蛋白的活性，使細胞走

向凋亡，另一方面激活胞內的中性半胱氨酸內肽酶Calpain，活化的Calpain可能通過激活Caspa級聯反

應影響細胞凋亡。

2.3細胞凋亡的外部死亡受體途徑

死亡受體（DR）屬腫瘤壞死因子受體（TNFR）超家族，共同擁有富含Cys的胞外結構域和胞內死亡結構域（DD）。當死亡受體

與特定的死亡配體結合后，其接收胞外的死亡信號，激活細胞內的凋亡機制，誘導細胞凋亡。目前所知的死亡受體—配體主要有Fas

（APO-1、CD95）—FasL（CD95L），TNFR1（DR1）—TNF，TRAILR1（DR4）—TRAIL（APO-2L），TRAILR2（DR5）—TRAIL

（APO-2L），DR3（APO-3、TRAMP）—TL1A等。目前凋亡的死亡受體信號通路主要有3條：Fas、TNFR1、TRAIL。

2.3.1Fas信號通路徑

當FasL同源三聚體復合物與Fas結合時啟動Fas—FasL介導的外部死亡受體途徑的細胞凋亡。在信號傳導的過程中，與配體結合

的3個Fas受體分子形成三聚體，細胞內的DD聚集成簇募集FADD、Daxx、FAP-1、FLIP等相關蛋白。FADD通過死亡效應結構域DED

募集pro-caspa8形成死亡誘導信號傳導復合物（DISC），DISC中的pro-caspa8自我剪切成具有活性的Caspa8。FLIP包含DED，

能夠整合到死亡受體的DISC中，FLIP通過競爭性結合FADD上的DED或Caspa8上的DED從而抑制pro-caspa8的激活。

在不同類型的細胞中Caspa8激活Caspa3的途徑也有很大差異。在I型細胞中DISC復合物激活大量的Caspa8，Caspa8激

活Caspa3，Caspa3作用于各種可以引起細胞凋亡的底物，從而導致細胞凋亡；在II型細胞中只有少量的Caspa8被激活，活化的

Caspa8可以激活Bid轉化成tBid，tBid轉移至線粒體膜，激活Bcl-2家族促凋亡因子抑制Bcl-2家族抗凋亡因子，通過線粒體途徑接到

細胞凋亡。此外，Fas的DD結構域募集的Daxx還可以激活JNK信號通路，通過線粒體途徑和增強促凋亡基因例如p53、Fas、FasL的

轉錄表達介導細胞凋亡。

2.3.2TNFR1信號通路

TNF三聚體與TNFR1結合后誘導TNFR1的DD聚集募集銜接蛋白TRADD，TRADD可募集TRAF2、RIP和FADD等信號分子。

TRAF2和RIP可激活NF-κB和JNK/AP信號通路，而FADD可以激活Caspa級聯反應，銜接蛋白TRADD募集信號分子的差異，決定

了細胞的生存或死亡。

銜接蛋白TRADD與FADD結合后，FADD通過DED募集并激活pro-caspa8，形成具有活性的Caspa8，Caspa8引發Caspa

級聯反應介導細胞凋亡；FADD同時可募集FLIP，抑制釋放活性Caspa8。當銜接蛋白TRADD通過DD與RIP結合時，激活TNFR相

關因子（TRAF-2），TRAF-2可以結合TRAF-1，募集cIAPs，形成的復合物抑制Caspa8的活性和釋放，從而抑制細胞凋亡；此外TRAF-2

可以激活NF-κB誘導激酶（NIK），繼而通過磷酸化作用激活IκB激酶（IKK），IKK磷酸化IκB，釋放NF-κB，然后轉位至胞核，激活

抗凋亡基因例如cIAP、FLIP、Bcl-XL的表達，促進細胞生存。

2.3.3TRAIL信號通路

TNF相關的凋亡誘導配體（TRAIL）屬于II型跨膜蛋白。目前為止，發現至少5種TRAIL受體TRAILR1（DR4）、TRAILR2（DR5）、

TRAILR3（DcR1）、TRAILR4（DcR2）、OPG。TRAIL受體可分為兩類，一類為誘騙受體TRAILR3、TRAILR4、OPG，另一

類為死亡受體TRAILR1、TRAILR2。誘導受體主要存在于正常細胞中，當與配體TRAILR結合后，可形成無功能的復合物，阻

礙細胞凋亡。TRAILR1、TRAILR2在癌細胞中的表達量明顯增高，與配體TRAIL結合后，通過DD與FADD結合，募集pro-caspa8，

形成DISC，DISC中的pro-caspa8自我剪切成具有活性的Caspa8，Caspa8通過與Fas相似的Caspa途徑和線粒體依賴途徑激活

Caspa3，從而介導細胞凋亡。

▲死亡受體介導細胞凋亡的信號通路

參考文獻

[1]GreenDR,hophysiologyofmitochondrialcelldeath[J].Science,2004,305:626-629.

GroenendykJ,asmicreticulumqualitycontrolandapoptosis[J].ActaBiochimica

Polonica,2005,52(2):381-395.

[2]Bastida-RuizD,AguilarE,DitisheimA,asmicreticulumstressresponsinplacentation-Atrue

balancingact[J].Placenta,2017,57:163-169.

[3]Kang-shengLIU,Zheng-hangPENG,Weng-junCHENG,asmicreticulumstress-induced

apoptosisinthedevelopmentofreproduction[J].ReproductiveandDevelopmentalMedicine,2016,27(1):

51-59.

[4]LiJ,LeeB,asmicreticulumstress-inducedapoptosis:multiplepathwaysandactivationof

p53-up-regulatedmodulatorofapoptosis(PUMA)andNOXAbyp53[J].JournalofBiologicalChemistry,

2006,281(11):7260-7270.

[5]BurtonGJ,YungHW,ondrial-Endoplasmicreticuluminteractionsinthetrophoblast:

Stressandnescence[J].Placenta,2017,52:146-155.

[6]MarchiS,PatergnaniS,MissiroliS,ondrialandendoplasmicreticulumcalciumhomeostasisand

celldeath[J].CellCalcium,2017.

[7]BreckenridgeDG,GermainM,MathaiJP,tionofapoptosisbyendoplasmicreticulumpathways

[J].Oncogene,2003,22(53):8608-8618.

[1]DeclercqW,VandenBT,asatthecrossroadsofcell

deathandsurvival[J].Cell,2009,138(2):229.

[2]KantariC,e-8andbid:caughtintheactbetweendeath

receptorsandmitochondria[J].BiochimicaetBiophysicaActa,2011,1813(4):

558-563.

[3]KaufmannT,StrasrA,threceptorsignalling:rolesofBidand

XIAP[J].CellDeath&Differentiation,2012,19(1):42-50.

[4]LavrikIN,tionofCD95/FassignalingattheDISC[J].

CellDeath&Differentiation,2012,19(1):36-41.

[5]VanHF,FestjensN,DeclercqW,ecrosisfactor-mediatedcell

death:tobreakortoburst,thatsthequestion[J].CellularandMolecularLife

Sciences,2010,67(10):1567-1579.

[6]WajantH,1-inducedactivationoftheclassicalNF-κB

pathway[J].TheFEBSJournal,2015,278(6):862-876.

[7]YoonJH,eceptor-mediatedapoptosisandtheliver[J].

JournalofHepatology,2002,37(3):400-410.

[8]eceptors[J].EssaysinBiochemistry,2003,39:53-71.

[9]LavrikI,GolksA,eceptorsignaling[J].JournalofCell

Science,2005,118(2):265-267.

[10]SartoriusU,SchmitzI,larmechanismsof

death-receptor-mediatedapoptosis[J].Chembiochem:AEuropeanJournalof

ChemicalBiology,2001,2(1):20-29.

[11]SchmitzI,KirchhoffS,tionofdeathreceptor-mediated

apoptosispathways[J].InternationalJournalofBiochemistry&CellBiology,

2000,32(11-12):1123-1136.