Bcl-2、Bax在脑缺血再灌注与神经细胞凋亡中的作用*

董雅洁，王芳芳

(1.承德医学院病理生理学教研室，河北承德 067000;2.承德医学院附属医院)

Bcl-2、Bax在脑缺血再灌注与神经细胞凋亡中的作用*

董雅洁1，王芳芳2

(1.承德医学院病理生理学教研室，河北承德 067000;2.承德医学院附属医院)

Bcl-2;Bax;脑缺血再灌注;细胞凋亡

脑血管病是神经系统的常见病、多发病之一，因其高发病率、高致死率及高致残率，现已成为危害人类生命安全的巨大隐患之一。由于缺血所导致脑组织损伤后，经再灌注使可逆性缺血损伤加重，并最终使可逆性损伤转化为不可逆性损伤，因此，再灌注损伤是制约脑缺血再灌注疗效的重要因素。近年来，随着生物技术进展，更多证据表明，脑缺血再灌注后神经元死亡由凋亡和坏死共同引起[1]。细胞凋亡是程序性细胞死亡，在脑缺血再灌注损伤的病理过程中起重要作用[2]。目前，在众多的凋亡调控基因中，Bcl-2和Bax在脑缺血再灌注与神经细胞凋亡中的作用受到广泛关注，因此，本文对脑缺血再灌注损伤与Bcl-2，Bax的关系作一综述。

1 Bcl-2、Bax与细胞凋亡

1.1 Bcl-2与Bax基因及其产物 Bcl-2是细胞凋亡过程中的一类调节因子，是B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia 2,Bcl-2)的缩写，与秀丽隐杆线虫的生存基因Ced-9有高度同源性，是细胞凋亡信号转导途径中关键的凋亡调节因子。目前已发现有20余种Bcl-2蛋白家族包括两类功能相反的基因，一类是抑制细胞凋亡的基因，如Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W和AI等，另一类是促进细胞凋亡的基因，如Bax、Bak、Bok、Bod、Bid、Bik等。Bcl-2基因正常位于第18号染色体，编码分子量为25-26KD的蛋白质，它是一种亲脂性的跨膜蛋白，定位于线粒体内膜、核膜和内质网膜上。Bcl-2蛋白结构上无特殊性信号肽，但在氨基酸的C末端具有一个疏水性的跨膜结构域，故可通过该结构域定位或可转位于线粒体外膜、核膜及内质网表面，对Bcl-2蛋白的生化机能发挥起重要作用[3]。Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 Assaciated X protein,Bax)是Bcl-2家 族 中 最 具有促进死亡特征的基因，其被表达并转位于线粒体是对各种细胞死亡信号的反应[4]。1993年，Oltivi等[5]从人和鼠B细胞发现与Bcl-2共沉淀(21KD)蛋白，将其命名为Bax。Bax蛋白由192个氨基酸组成，相对分子量为21KD。Bax基因的转录物广泛分布于体内各组织,以神经元含量尤为丰富。Bax蛋白具有一个跨膜位点，其编码区含有与Bcl-2蛋白高度同源的BH1和BH2结构域，在该区，Bax自身形成同源二聚体或与Bcl-2形成异源二聚体，是参与细胞凋亡的主要结构基础。

1.2 Bcl-2与Bax的特性及在细胞凋亡中的作用 Bcl-2家族重要成员Bcl-2、Bax在细胞凋亡的基因调控过程中，通过激活一系列下游基因发挥调节凋亡作用。在细胞凋亡过程中，DNA的消化需要相关的Ca2+依赖性核酸内切酶的参与，而Bcl-2蛋白可阻断Ca2+从内质网中释出，使依赖Ca2+的核酸内切酶活性降低，从而阻断细胞凋亡。Bcl-2蛋白可能作用于线粒体与核孔复合体上的信号分子，控制细胞信号传导，延长细胞生存。Bcl-2阻止线粒体释放细胞色素C，减少细胞凋亡发生[6]。Bax基因的过度表达，则可对抗Bcl-2对细胞凋亡的抑制作用，为强有力的促凋亡分子。Bax以非活性的形式分布于胞质中或细胞骨架上，当从胞质中转位至细胞器的膜结构上(如线粒体膜)时，与膜上、膜内的抗凋亡蛋白发生相互作用，引起细胞器功能的丧失和各种促凋亡因子的释放，最终导致细胞凋亡[7]。

Bcl-2与Bax竞争结合，形成异源二聚体，封闭Bax形成孔道的活性，阻断这种钙流，从而抑制细胞凋亡。有研究发现，Bcl-2既能抑制p53和氧化剂H2O2诱导细胞凋亡，又能阻断促凋亡基因信号传递，或阻断促凋亡基因产物的表达而发挥抗凋亡作用[8，9]。有报道，Bcl-2高表达与抑制内质网释Ca2+有关[10]。Bcl-2蛋白抗凋亡的作用，与其属跨膜蛋白可抑制Ca2+超载，阻止凋亡基因信号的传递或基因产物的诱导及抑制自由基的产生有关。Hara等[11]研究表明，Bcl-2/Bax比率决定细胞受到凋亡刺激信号后是生还还是凋亡。Bcl-2对细胞凋亡的影响与Bcl-2及Bax之间比率大小有关，当Bax高表达时，可形成Bax-Bax同源二聚体，促进细胞凋亡;当Bcl-2高表达时，可形成较Bax-Bax更稳定的Bax-Bcl-2异源二聚体，从而中和了Bax-Bax二聚体诱导凋亡的作用，抑制细胞凋亡，即细胞内Bcl-2与Bax的比例决定了凋亡的发生。这一模式很可能是Bcl-2家族蛋白作用于凋亡过程的基本模式。

2 脑缺血再灌注与神经细胞凋亡

大量研究发现[12]，脑缺血再灌注可诱发细胞凋亡，脑缺血再灌注后脑组织中凋亡的细胞大多为神经细胞，少数为胶质细胞和血管内皮细胞。有实验表明[13]，大鼠全脑缺血再灌注后海马区延迟性神经元死亡是不同于坏死的一个过程，凋亡是其神经元丢失的重要原因。全脑缺血再灌注后，两种功能相反的凋亡相关基因Bcl-2和Bax的区域性表达很可能参与了延迟性神经元死亡的发生[14]。有报道，大鼠脑组织缺血10min不引起神经元凋亡，永久性脑缺血60min，其病理变化为坏死，缺血再灌注后则可造成神经元凋亡，细胞凋亡的数目随时间变化呈曲线波动，表明在脑缺血过程中，决定细胞凋亡或坏死的主要因素为缺血的严重程度及细胞的选择易患性，缺血后细胞丢失方式可能决定于损伤程度[15]。严重缺血引起能量衰竭，导致细胞内钠、钙升高，使细胞溶解、坏死，轻微缺血及再灌注损伤易触发细胞凋亡。研究表明[16]，缺血2h再灌注0.5h，视前区的缺血区有较多的凋亡细胞，随着再灌注时间的延长，凋亡细胞散在分布于视前区、纹状体、大脑皮质;再灌注12h，凋亡细胞数量达高峰;持续再灌注24h，此时可见凋亡细胞的各种形态。由此反映出神经元对缺血再灌注损伤的敏感性不一，也说明了细胞凋亡是一个动态的发展过程。

3 Bcl-2、Bax与脑缺血再灌注损伤

3.1 Bcl-2与Bax在脑缺血再灌注损伤中的作用 脑缺血后继发的病理生理改变对脑细胞造成的损伤是脑缺血损伤的重要原因之一。一般认为坏死与凋亡是受损脑细胞死亡的两大主要机制，当损伤达到一定程度时引起细胞坏死，而低程度的损伤则导致细胞凋亡[17]。大脑是对缺血缺氧十分敏感的组织。神经细胞凋亡是受各种基因调控的程序化死亡过程，病理生理机制非常复杂，其中线粒体通路为最普遍的凋亡机制和细胞凋亡核心[18]。脑缺血再灌注损伤与凋亡相关基因Bcl-2、Bax密切相关，其中Bcl-2和Bax是一对功能上相对的凋亡调控基因，在Bcl-2基因家族主要调控线粒体通路[19]。Bcl-2是抗凋亡基因，可阻止许多因素所诱导的细胞凋亡，而Bax是促凋亡基因，二者的比例是决定细胞是否发生凋亡的重要调控因素。Bax蛋白不但拮抗Bcl-2的抑制凋亡作用，而且有直接促进细胞凋亡的功能。Bcl-2/Bax镶嵌在线粒体膜上，调控凋亡诱导蛋白的释放和线粒体功能，两者间的平衡影响神经细胞凋亡的发生。

3.2 Bcl-2与Bax在脑缺血再灌注损伤的作用机制 定位于线粒体外膜的Bcl-2可能是线粒体PT孔道的组成成分，能调节线粒体膜对一些凋亡蛋白前体的通透性。线粒体外膜上的Bax能允许一些离子和小分子物质(细胞色素C等)穿过线粒体膜，进入细胞质，从而引起细胞凋亡;而Bcl-2的作用正好相反，它能封闭Bax形成孔道的活性，使一些小分子不能自由通透，从而保护细胞免于凋亡。Bcl-2还能将凋亡蛋白前提Apaf-1等定位到线粒体膜上，使其不能发挥凋亡作用。在细胞中的Bcl-2和Bax蛋白是以异二聚体的形式存在，组织Bax插入线粒体外膜，保护线粒体电势梯度，调节细胞内Ca2+的自我稳定状态和氧化还原状态来抑制凋亡。有研究表明[20]，在离体氧糖剥夺法缺血预适应模型中，下调促凋亡基因Bax水平，上调抗凋亡基因Bcl-2水平，提高Bcl-2/Bax比值抗凋亡作用，对脑缺血再灌注后细胞凋亡起重要作用。

4 结语

脑缺血再灌注后神经细胞凋亡是当前研究的热点，凋亡的执行需要凋亡基因的激活、线粒体和内质网的参与以及一些相关因子参与。Bcl-2、Bax在脑缺血再灌注损伤的发病过程具有重要地位，是脑缺血再灌注后神经细胞凋亡发生的关键凋亡调控基因。然而Bcl-2、Bax在脑缺血再灌注损伤发生发展中所涉及的许多传导通路、相关信号分子及其机制尚未完全阐明，有些问题尚需要进一步深入研究目前，有关Bcl-2、Bax的激动剂和抑制剂的研究也日益受到关注，这将有助于进一步明确二者在细胞凋亡过程中的作用，揭示细胞凋亡的复杂的分子机制，并可能为脑缺血再灌注损伤的治疗提供新的作用靶点，为设计出更有效的治疗手段提供重要的理论依据。

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R743

A

1004-6879(2014)03-0246-03

2013-12-19)

*国家自然科学基金项目(81072923);河北省高等学校科学技术研究青年基金项目(Q2012002)