Bcl-2家族：關于細胞凋亡的原癌基因

撈星星星星 2023-02-16 發(fā)布于上海

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導讀

自1985年科研人員首次發(fā)現了B細胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)基因以來，又陸續(xù)發(fā)現了其他與Bcl-2高度同源的分子，這些分子都歸為Bcl-2家族，其作為抗腫瘤藥物靶點，現已被美國藥物管理局批準用于癌癥治療。^[1]

作為細胞凋亡研究中最受重視的癌基因之一，本文就Bcl-2整理了相關研究資料供各位參考。

Bcl-2的發(fā)現與研究

1985年

Tsuji-moto等研究克隆濾泡性非何杰金B細胞淋巴瘤最常見轉位t(14;18)過程中發(fā)現Bcl-2基因。

1988年

Reed等人發(fā)現Bcl-2具有致癌潛在能力，第一次確認Bcl-2是一個原癌基因。

1988年

Vaux等人發(fā)現Bcl-2具有抗凋亡活性，這是一個里程碑式的發(fā)現，奠定了未來20年關于Bcl-2的研究方向。

凋亡是細胞受到某種信號刺激后進行的一種程序化死亡，對于調節(jié)多細胞生物的個體發(fā)育，體內平衡具有重要作用。過度的調亡與神經退行性疾病等有關，而調亡受到抑制則與腫瘤等疾病的產生有關。^[2]

01 / Bcl-2結構與分布

圖源：basic apoptosis discoveries to advanced selective BCL-2 family

Bcl-2基因位于18q21，編碼26kd的Bcl-2α和22kd的Bcl-2β兩種蛋白質，定位于線粒體、內質網和連續(xù)的核周膜,在胚胎組織中廣泛表達。其C端的21個疏水氨基酸組成一個延伸的鏈狀結構。Bcl-2α具有抗凋亡作用，但Bcl-2β的特性尚未完全確定。^[3-4]

02 / Bcl-2家族結構與分類

bcl-2家族示意圖/圖源：cella

Bcl-2家族成員都含有1-4個Bcl-2同源結構域(BH1-4)，并且通常有一個羧端跨膜結構域。

其中BH4是抗調亡蛋白所特有的結構域，BH3是與促進調亡有關的結構域。這個鏈可以插到細胞的膜結構中，這一結構特點與Bcl-2調節(jié)細胞凋亡的方式和能力非常有關。已經證實Bcl-2存在于線粒體外膜、核膜和內質網膜上。

根據細胞凋亡過程中細胞發(fā)揮的生物學效應不同，Bcl-2家族可分為分為3大類：

抗凋亡蛋白，包括Bc-2、Bcl-x、Bcl-w、Mcl-1、A1，含有４個保守功能結構域(BH1、BH2、BH3和 BH4)，通過抑制促凋亡蛋白來保證細胞存活。

促凋亡蛋白，包含Bax、Bak和Bok，也含有4個保守功能結構域，發(fā)揮促凋亡功能時，會定位到線粒體膜上，形成線粒體膜通道釋放細胞色素C，從而激活下游caspases引起細胞凋亡。

促凋亡蛋白中的特殊成員（BH3-only），包括 Bim、Bid、Bad、Bik、Puma、Beciln-1和Noxa等，只含有BH3結構域，可直接結合并活化促凋亡蛋白，也可以通過抑制抗凋亡蛋白來間接提高促凋亡蛋白表達水平，引起細胞凋亡。^[5]因為BH3結構域的存在，此類蛋白可以與前兩類Bcl-2家族的蛋白相互作用，從而起到促凋亡的作用。

圖：bcl2蛋白調節(jié)細胞通路

抑制細胞內Ca2 的釋放

細胞內Ca2 濃度的升高是細胞凋亡的始動因素，Bcl-2定位于內質網膜中，高表達的Bcl-2蛋白可以通過質膜「Ca2 - ATPase」調控鈣離子的跨膜外排，減輕高濃度鈣離子對細胞的影響，防止氧化劑誘導細胞凋亡。

Bcl-2對細胞凋亡的抑制作用與內質網管內Ca2 有關，通過直接或間接地方式影響內質網內Ca2 的釋放而抑制細胞凋亡。^[6]

抑制細胞凋亡相關的信號傳導通路

細胞凋亡是一個受嚴格調控的能量依賴性的自殺程序，這就是為何細胞內發(fā)生一系列信號級聯式放大導致細胞死亡而不啟動炎癥反應，凋亡是通過兩個進化保守的信號傳導途徑而實現的，即內在途徑和外在途徑，內在途徑是通過線粒體實現的，而外在途徑則是通過死亡受體與相應配體結合，傳遞細胞凋亡信號。

過表達的Bcl-2基因可以通過抑制細胞凋亡信號傳導通路而發(fā)揮抗細胞凋亡的作用。免疫共沉淀和共聚焦的實驗結果證實，Bcl-2半胱氨酸能與胞外信號ERK調節(jié)激酶(ERK1/2)形成Bcl-2-ERK復合物而抑制細胞凋亡。^[7]

參與和氧自由基代謝

氧應激是細胞凋亡發(fā)生的重要原因，氧應激時生成的氧自由基可介導DNA損傷，激活poly-(ADP-核糖)轉移酶和造成p53增加，誘導細胞凋亡。

Bcl-2是細胞凋亡的強反應蛋白，在細胞凋亡中起到調節(jié)器的作用。Bcl-2能通過抗過氧化反應使細胞處于氧化還原狀態(tài)，提高細胞的谷胱甘肽水平，保護細胞脂質膜達到抑制細胞凋亡的目的。^[8]

與Bax的相互作用

Bax系Bcl-2家族中最具代表性的促細胞凋亡蛋白，定位于胞漿中，可以與Bcl-2結合形成同源二聚體和異源二聚體，前者能誘導細胞凋亡，而后者能抑制細胞的凋亡。

細胞凋亡的發(fā)生取決于促凋亡細胞和抑凋亡細胞的相對濃度，因而Bax和Bcl-2的構成比例形成了細胞凋亡的“分子開關”。

當細胞中異源二聚體（Bax/Bcl-2和Bax/Bcl-2)含量大于或等于50%時，則細胞耐受凋亡；而當細胞內Bax同源二聚體大于80%時且在適當信號誘導下則細胞出現凋亡。Bcl-2／bax比值對決定細胞是否進入凋亡狀態(tài)有重要意義。^[9-10]

Bcl-2基因的高表達與腫瘤尤其是血液、淋巴系統惡性腫瘤有關。Bcl-2家族蛋白可以通過阻止線粒體外膜通透化（MOMP）從而抑制腫瘤細胞凋亡，其過表達與癌癥的耐藥性的形成密切相關。

研究發(fā)現，其參與了包括淋巴瘤、慢性淋巴細胞白血病、頭頸部鱗癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。^[11-12]

Bcl-2的異常表達和非霍奇金淋巴瘤腫瘤(NHL)生物學行為關系密切，Bcl-2基因在包括小淋巴細胞性淋巴瘤在內的大多數NHL中廣泛表達。

研究報告提出Bcl-2表達情況與NHL惡性程度相關，低度惡性NHL中的Bcl-2表達要高于中高度惡性NHL，其原因可能系低度惡性向中至高度惡性轉變過程中，腫瘤惡性程度逐漸增高，細胞增殖更加活躍，發(fā)生細胞凋亡也相應活躍，為了在較高的水平上保持相對平衡，作為抗細胞凋亡的Bcl-2蛋白表達也相應減少。^[13-14]

曾麗平等應用免疫組化對214例DLBCL患者樣本組織進行檢測分析，其中106例(49.5%)Bcl-2蛋白表達陽性。對比分析得出Bcl-2蛋白表達患者生存期短〔Bcl-2表達者對應中位生存時間為(31.4±3.8)個月,而不表達者則為(40.2±4.2)個月〕，死亡危險度較高，可以作為獨立于臨床分期和免疫類型的DLBCL預后因子。^[15]

NCCN指南（2020年*版）中明確具有c-Myc和BCL-2或BCL-6重排的高級別B細胞淋巴瘤被稱為“雙打擊”淋巴瘤；同時具有c-Myc、BCL-2和BCL-6基因重排的，稱為“三打擊”淋巴瘤。這類淋巴瘤預后不良，目前缺乏有效的治療方案。

Bachmann HS等通過免疫組化對274例浸潤型乳腺癌的石蠟組織切片Bcl-2(-938C>A)基因多態(tài)性研究發(fā)現，在淋巴結陰性浸潤型乳腺癌患者中，10年生存率分析發(fā)現攜帶AA型基因者為88.6%，攜帶AC型基因為78.4%，攜帶CC基因為65.8%，在多因素Cox回歸模型分析中發(fā)現，Bcl-2(-938CC)基因型可作為淋巴結陰性乳腺癌患者死亡的一個獨立危險因素。

此外，運用免疫組化檢測臨床檢查淋巴結為陽性結果的浸潤性乳腺癌患者Bcl-2的表達與患者預后呈正相關，在淋巴結檢測為陰性患者中，Bcl-2(-938C>A)基因多態(tài)性及Bcl-2的表達與患者生存率也存在明顯相關性。這些結果均顯示Bcl-2基因（-938C>A) 多態(tài)性可作為浸潤性乳腺癌患者生存預后指標。^[16]

Bcl-2基因在各種肺癌組織中的表達均十分廣泛，但不同病理類型的肺癌組織中Bcl-2基因的表達具有明顯差別，肺鱗癌組織中Bcl-2基因蛋白陽性表達率明顯高于肺腺癌。

研究表明55%~90%的小細胞肺癌中Bcl-2存在過表達，Bcl-2的表達增強不僅改變細胞凋亡信號表達、促進腫瘤細胞的生長和存活，而且可能導致肺癌的化療失敗。^[17]

參考文獻：

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