运动、胸腺细胞凋亡与机制研究

杨贵明，王雪芹

(1.中山大学南方学院，广东 广州　510000；2.临沂大学，山东 临沂　276005)



运动、胸腺细胞凋亡与机制研究

杨贵明1，王雪芹2

(1.中山大学南方学院，广东 广州510000；2.临沂大学，山东 临沂276005)

主要通过文献资料法，对细胞凋亡的机制及运动与胸腺细胞凋亡的关系等进行了述评，其中细胞凋亡与死亡受体信号转导途径、细胞凋亡与线粒体凋亡途径和细胞凋亡与内质网凋亡途径是本文论述的重点。结果显示，有关胸腺细胞凋亡的死亡受体信号转导途径机制和线粒体机制研究不多，有关胸腺细胞凋亡的内质网机制甚少。现有研究显示运动诱导胸腺细胞凋亡与线粒体凋亡途径关系密切，其他有待进一步研究证实。

运动；胸腺；凋亡；死亡受体；线粒体；内质网

细胞的程序化死亡是1965 年被第一次提出，而有关细胞凋亡则是1972年第一次被提出[1][2]。细胞凋亡是细胞在基因调控下有序死亡的形式，是一个遗传性的程序性过程[3]。胸腺细胞的发育过程需要经过多次筛选，在筛选中，约有95%的胸腺细胞被筛掉，筛掉的细胞会发生凋亡，凋亡的情况直接关系到胸腺细胞的分化和成熟情况。从而推断筛掉细胞的量可能与免疫机能有关，比如在大强度运动刺激下，胸腺细胞的凋亡量增加，可能是引起机体免疫力下降的原因之一。有研究显示，大强度运动会导致胸腺细胞发育情况受阻，细胞失常，并伴有机体免疫功能紊乱等[4][5]。为了探讨运动对机体免疫机能的影响，本文从胸腺细胞凋亡及凋亡的机制出发，希望找到运动过程中胸腺细胞凋亡情况及胸腺细胞凋亡的机理，为运动免疫抑制及调理提供理论基础。

1　死亡受体信号转导途径与胸腺细胞凋亡的相关研究

死亡受体具有胞外结构域和胞内死亡结构域，是肿瘤坏死因子受体(TNFR)基因超家族的成员[6]。现已发现的死亡受体的种类很多，其中研究较多的是CD95(Fas)[7] [8] [9]。CD95(Fas或Apol)的配体是CD95L，TNFR1的配体是TNF、DR31的配体是淋巴毒素A、DR4的配体是Apo3L。细胞凋亡途径之一是死亡受体信号转导途径。死亡受体在诱导细胞凋亡中必须与特定的死亡配体结合[10]。死亡受体信号通路作用过程以Fas和FasL为例进行介绍。(1)死亡受体Fas启动凋亡过程；(2)死亡信号诱导复合体(DISC)的形成[11]；(3)FasL配体与三分子Fas结合；(4)然后接头蛋白FADD在细胞内聚集成簇，其C端的DD结合Fas，其N端招募caspase-8前体，结合caspase-8前体后，进行寡聚化，形成DISC。使caspase-8发生同源活化。进一步活化caspase-3、7和4等[12][13]。细胞DNA完整性被破坏，最终导致细胞凋亡。

死亡受体凋亡通路的各成分都能从大鼠胸腺中检测到[14]。有研究发现Fas途径参与了三丁基氯化锡(TBTC)诱导的胸腺细胞凋亡过程[15]。Liang等通过体外培养的胸腺细胞，发现脱氢表雄酮(DHEA)可使胸腺细胞Fas和FasL的表达提高，表明Fas/FasL的途径可能参与了DHEA诱导的胸腺细胞凋亡[16]。Yao等研究发现壬基酚可能通过改变Fas和FasLmRNA的表达介导细胞凋亡，进而影响免疫功能[17]。有研究发现Fas途径与不成熟的CD4+8+胸腺细胞凋亡有关[18]。体外、体内和原位实验已被证实，双阳性不成熟CD4+8+胸腺细胞最容易受到Fas诱导而出现细胞凋亡。Aquino Esperanza等在观察体内5-氟脲嘧啶(5-FU,一种抗癌药物)诱导小鼠胸腺细胞凋亡中，CF-1小鼠单剂量注射的5-FU(150毫克/公斤的IP )，实验持续10天，发现细胞死亡在第二天最多，此外，在第2天，Fas和Bax等促凋亡蛋白强烈上调，且伴随着在同一期间内caspase-3的激活[19]。Song等将40只SD大鼠随机分成对照组、吗啡戒断综合征1组(第21天处死)、吗啡戒断综合征2组(第27天处死)和吗啡戒断综合征电针刺组(EA，电针刺7天处死)，发现电刺激足三里能抑制吗啡诱导的Bcl-2下调和Fas和FasL表达上调，这可能有助于抵抗吗啡戒断大鼠胸腺细胞的凋亡[20]。以上的研究表明，Fas和FasL死亡信号通路在胸腺细胞凋亡过程中可能起着重要作用。

2　线粒体凋亡途径与胸腺细胞凋亡的相关研究

线粒体主要由基质、内膜、外膜和膜间隙组成，是三羧酸循环和氧化磷酸化的重要场所，犹如细胞的动力工厂。脊椎动物细胞的凋亡过程中线粒体起最基本的调节作用。即线粒体凋亡途径调节着脊柱动物细胞的凋亡，在caspase依赖线粒体凋亡途径中，Bcl-2家族成员(如Bax、 Bak等)能与激活的Bcl-2相应的家族成员Bid、Bad、Bim、Harikari和Noxa等作用，如Bax导致线粒体跨膜电位减弱甚至丢失，进而导致细胞中细胞色素C的释放等[21]。细胞色素C的释放在细胞凋亡过程中起着关键作用，是细胞线粒体膜电位通透性改变的结果[22] [23]。Bax寡聚体能整合到线粒体外膜上，使膜通透性增加, 使细胞色素C释放至细胞质[24]。在细胞质中，色素C会激活酶激活因子-1( Apaf-1)，并活化半胱氨酸蛋白酶procaspase-9及caspase-3 等导致细胞出现凋亡增加[25][26][27]。

已有研究发现，线粒体凋亡途径在小鼠胸腺的细胞凋亡中起着重要作用[28]。其中，嘌呤核苷磷酸化酶与胸腺细胞发育关系密切，嘌呤核苷磷酸化酶缺乏会导致胸腺DP细胞凋亡改变，并检测到了线粒体膜电位的丢失。即线粒体凋亡途径与DP胸腺细胞的凋亡关系密切[29]。Pálinkás等发现DP胸腺细胞凋亡与外源性糖皮质激素(GC)刺激有关， DP胸腺细胞线粒体功能作用减弱，胸腺细胞中Bcl-2显著减少等DP胸腺细胞的凋亡有关[30]。Xie等对(60)Coγ射线诱导细胞凋亡的机制进行了研究，发现紫薯素能显著抑制线粒体介导的细胞凋亡[31]。Han等也发现紫薯素能清除ROS，在非caspase依赖的线粒体途径中对细胞凋亡起着调节作用[32]。Yan等发现栉孔扇贝(PCF)能降低紫外线照射条件下的胸腺细胞凋亡，这个过程也检测到了线粒体凋亡途径上因子变化，说明线粒体凋亡途径参与了紫外线照射导致的胸腺细胞凋亡过程[33]。在胸腺细胞的发育选择过程中线粒体凋亡途径起着重要作用，调控胸腺DP细胞的分化方向与把握线粒体凋亡途径关系密切。

3　内质网凋亡途径与胸腺细胞凋亡的相关研究

运动等作为一种刺激，会导致机体缺血、缺氧和乳酸堆积等，而乳酸堆积等会导致机体内环境的改变，在内环境变化的基础上，内质网也会发生改变，内质网改变或功能失调的一个中重要状态我们称之为内质网应激[34]。当运动等刺激持续的时间够长或强度够大时，内质网应激反应越大，会导致细胞发生凋亡。内质网应激与凋亡关系途径包括(1)Caspase-12激活，这是内质网依赖性的细胞凋亡信号转导通路[35]。另有研究也发现核酶抑制Caspase-12后, 可有效减少内质网应激引起的细胞凋亡[36]。(2)CHOP/GADD153表达上调；内质网应激反应引起的细胞凋亡中，CHOP是最具代表性的分子。内质网应激后，ATF6、PERK/elF-2α和IRE1/XBP-1几条信号途径均被激活，激活后会导致细胞凋亡[37][38]。(3)c-jun氨基末端激酶激活(JNK)等[39]。JNK的激活与Ⅰ型雌激素受体跨膜蛋白激酶(IRE1)激活有关[37]。

当机体受到刺激而导致内质网应激时，与刺激的强度关系密切，内质网应激主要包括适度的应激和过度应激两种。当内质网应激适度时对机体的生理机能影响是正向的，有利于提高机体细胞的生理状态，但是内质网应激过度时对机体生理机能的影响是负向的，会导致机体细胞发生损伤，甚至出现凋亡[40]。如大强度运动是诱导内质网发生应激的刺激形式之一。研究发现给新生小鼠腹膜内注射MCF13MLV，MCF13MLV可使小鼠胸腺细胞中内质网伴侣分子GRP78和GRP58表达的升高，即逆转录病毒感染可诱导小鼠胸腺细胞内质网应激(ERS)的发生[41]。另有研究显示，小鼠的肌肉、肝脏、肾脏、脾脏和肺中坚持到了内质网应激介导细胞凋亡的一些主要因子[35][42]。但有关内质网应激凋亡途径介导胸腺细胞凋亡的研究非常少，需加强这方面的研究。

4　运动与胸腺细胞凋亡的相关研究

大量实验结果证实大强度运动对免疫机能有强烈的负性影响，其中会出现免疫细胞凋亡增加、免疫器官萎缩和免疫功能下降等[4]。有研究发现，大鼠力竭游泳后胸腺、脾和外周血淋巴细胞凋亡率都明显高于对照组[43]。Concordet J-P等发现胸腺细胞凋亡受糖皮质激素受体的介导，让Wistar大鼠进行力竭训练，发现胸腺细胞DNA都表现出凋亡特征[44]。另一研究发现小鼠在6%坡度跑台上以35m/min跑90min后能观察到小鼠胸腺细胞凋亡的早期信号[45]。Lin等以13.8m/min×60-90 min/d的运动强度，让大鼠连续运动两天，发现大鼠胸腺细胞出现凋亡特征，但是服用抗氧化剂后能改善细胞的凋亡特征，说明运动诱发的胸腺细胞凋亡的因素之一活性氧[46]。另有研究发现，在运动前30min给小鼠服用抗氧化剂N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)或生理盐水(SAL)，跑台运动90min，2°斜坡(EX,22m/min,25m/min,28m/min各30min)，分别于运动后立即处死(IMM)和运动后24h处死。发现EX + SAL +1MM组小鼠分离的胸腺细胞显示一个早期凋亡迹象[47][48]。以上研究显示，运动对胸腺细胞凋亡影响的机制研究甚少。

5　结论

5.1死亡信号通路参与了大鼠胸腺细胞的分化、发育和成熟过程。大鼠胸腺细胞内检测到了死亡信号通路的各种成分。力竭运动会导致胸腺细胞凋亡增加，但是否由Fas/FasL信号途径介导还需新的实验证实。

5.2线粒体信号通路与胸腺细胞凋亡有关已有研究证实，且抗氧化剂的服用能减缓胸腺细胞凋亡的发生。但运动状态下胸腺细胞凋亡的线粒体机制还有待于进一步证实。

5.3内质网凋亡信号途径与胸腺细胞凋亡的研究，内质网凋亡信号途径与运动状态下胸腺细胞凋亡的研究等都非常少，这将是今后胸腺细胞凋亡机制研究中重点关注的问题。

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Mechanisms of the thymocyte apoptosis induced by exercise

(1.Nanfang College of Sun Yai-sen University,Guangzhou 510000,China；2.Linyi University,Linyi 276005,China)

YANG Gui-ming2,WANG Xue-qin2

Intense exercise leads to post-exercise lymphocytopenia and immunosuppression, possibly by triggering thymocyte apoptosis. This article reviews the death receptor, mitochondria and endoplasmic reticulum apoptosis mechanism, and tries to find the main mechanism of thymocyte apoptosis. Results: 1) The thymocyte apoptosis are mediated by death receptor and mitochondrial mechanisms; 2) The endoplasmic reticulum adjustment mechanism study is very little in thymus. These results suggest that exercise-induced thymocyte apoptosis relates to mitochondrial apoptotic mechanisms closely, and the other need to be confirmed by further studies.

exercise; thymus; apoptosis; death receptor; mitochondria; endoplasmic reticulum

2016-06-18

杨贵明(1984-)，男，茂名市人，硕士，讲师

研究方向：体育教学与训练

G804.2

A

1007-323X(2016)04-0097-04