凋亡(Paraptosis)研究进展
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2007年4月29日
作者：陈丽娜(北京大学)
前言
真核生物自稳态的维持依赖细胞存活和死亡之间的动态平衡，二者均为细胞的主动过程。关于程序性细胞死亡研究的报道很多，绝大多数学者将其分为如下几种类型1：凋亡(Apoptosis)，又称I型程序性细胞死亡；自噬(Autophagy)，又称Ⅱ型程序性细胞死亡；Paraptosis是Ⅲ型程序性细胞死亡中的典型代表，描述这种形式程序性细胞死亡方式的称谓还有“非溶酶体形式的空泡性细胞死亡” (Non-lysosomal vesiculate)2、“细胞质死亡”(Cytoplasmic death)3、“3B型死亡”(Type 3B death)2等等。
Asher等人首次提出了副凋亡(Para-apoptosis)的概念，其典型特征是由线粒体和内质网肿胀造成的胞浆空泡化4。与坏死不同的是，副凋亡并不出现细胞膜的破坏。最近，Sperandio等人对一种非凋亡形式的程序性细胞死亡进行了深入研究，他们将其称为Paraptosis5。Paraptosis这一单词由Para-和Apoptosis组成，Para-的意思是“紧邻的、相关的”，这说明Paraptosis是不同于凋亡的一种新的程序性细胞死亡方式。
Paraptosis的特点与机制
与凋亡相比，Paraptosis形式的程序性细胞死亡有着截然不同的形态学特点(表一)。发生凋亡的细胞表现为细胞皱缩、体积缩小；细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻，胞膜出泡，凋亡小体形成；细胞核染色质浓缩，DNA断裂、片断化；而当细胞发生Paraptosis时，细胞体积变大，电子显微镜下观察可见细胞内出现大量由线粒体和内质网肿胀形成的胞浆空泡。发生自噬性程序性细胞死亡的细胞在电镜下观察也可看到大量的胞浆空泡，但这种空泡来源于溶酶体，与Paraptosis中的空泡来源不同。关于对哺乳动物细胞胞浆空泡出现的可能意义的探讨早在上个世纪末就开始了6，然而遗憾的是，迄今为止，关于Paraptosis的研究报道还不是很多，并且缺乏Paraptosis与其它形式程序性细胞死亡如凋亡和自噬之间区别的详细比较7。
在生化机理方面，Paraptosis与凋亡发生的机制、调控及信号转导明显不同。Sperandio等人的研究发现，Paraptosis形式的程序性细胞死亡是TUNEL(末端脱氧核糖核苷转移酶介导的dUTP缺口断端标记，Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling)阴性的，Caspase抑制剂和Bcl-XL超表达不能阻断Paraptosis形式的细胞死亡；这种程序性细胞死亡可被酶活性缺失的Caspase-9突变体所诱导，并且是Apaf-1非依赖的5。另有研究提示，丝裂原活化的蛋白激酶(MAPK，Mitogen-activated protein kinases)可介导Paraptosis的发生8；胰岛素样生长因子Ⅰ受体8和TNF受体家族成员TAJ/TROY9可诱发Paraptosis的发生；AIP1/Alix是一种能和细胞中的钙结合死亡相关蛋白(Calcium-binding death-related protein)ALG-2相互作用的蛋白，它可抑制Paraptosis的发生8。上述研究均说明Paraptosis是一种完全不同于凋亡的程序性细胞死亡方式。因此，当细胞发生非凋亡形式的程序性细胞死亡如Paraptosis时，应用传统调控凋亡的遗传学或药理学方法对其进行调控是无效的，典型的例子见于某些种类的神经变性性疾病10,11。
Paraptosis形式的程序性细胞死亡与凋亡相比也有许多共同特点。二者均可出现细胞膜表面磷脂酰丝氨酸的外翻和线粒体跨膜电位的下降；当细胞发生Paraptosis或凋亡时，均可检测到细胞内程序性细胞死亡分子5(PDCD5)表达量的显著增加；并且在Paraptosis或凋亡诱导因素存在的情况下，PDCD5超表达可分别促进这两种方式程序性细胞死亡发生的程度。因此，PDCD5与Paraptosis或凋亡的关系非常密切9。
Paraptosis与疾病的关系
Paraptosis在神经系统病理生理过程中发挥重要作用。神经肽P物质(Neuropeptide substance P)及其受体神经激肽I受体(NK1R, Neurokinin-1 receptor)是首个被发现的可介导非凋亡形式程序性细胞死亡的受体-配体对12。超微结构观察表明这种程序性细胞死亡符合Paraptosis的形态学特点，无凋亡的特征性形态学表现；这种细胞死亡需要新基因的表达，并且不依赖于Caspase的活化。这种受体-配体相互作用广泛存在于中枢神经系统，在有关痛觉及抑郁的信号传导方面发挥重要作用。超表达膜型巨噬细胞集落刺激因子(mM-CSF)的人神经胶质瘤细胞既可被人单核细胞杀伤，又可被免疫缺陷小鼠所排斥，上述死亡均由Paraptosis所介导。电镜研究指出，死亡的肿瘤细胞明显肿胀，线粒体和内质网发生广泛空泡化13,14。Schneider D等人比较了抑制小脑颗粒神经元细胞表面钠泵造成细胞内酸中毒诱发的细胞死亡与钾撤除导致的细胞死亡方式的不同15。研究结果发现，尽管抑制钠泵可诱导细胞出现凋亡的形态学特点，包括染色质浓缩、TUNEL阳性和细胞皱缩，但并无DNA断裂和Caspase的活化。与钾撤除诱导的细胞凋亡相反，胰岛素样生长因子、环腺苷一磷酸、Caspase抑制剂和Bcl-XL超表达并不能阻断由钠泵抑制造成的细胞死亡。放线菌酮可以抑制上述两种方式的细胞死亡。因此，抑制细胞表面钠泵造成细胞内酸中毒导致小脑颗粒神经元细胞死亡的机制与Paraptosis的发生机制十分相似，尽管其形态学表现出凋亡的特点。
表一： 凋亡、坏死与Paraptosis的比较
| 凋亡 坏死 Paraptosis |
形态学特点 细胞核片断化 + — — 染色质凝集 + — ± 凋亡小体形成 + — — 胞浆空泡出现 — + + 线粒体肿胀 有时 + 较晚 其他特点 细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻 + — + 线粒体跨膜电位下降 + ？ + 对基因组的影响 TUNEL + 通常— — 核小体间DNA片断化 + — — Caspase 活性 DEVD-切割活性 + — — Caspase-3的加工 + — — 对PARP的切割 +(85kDa的片断) +(50-62kDa的片断) — 对抑制剂的敏感性 zVAD.fmk + — — BAF + — — P35 + — — XIAP + — — Bcl-XL + 通常— — 放射菌素D 有时 — + 放线菌酮 有时 — + 诱导剂 TNF, 细胞毒药物， 突变的Caspase-9； FAS, 高渗、低渗溶液等； MAPK、IGF1R、VP-16, TAJ/TROY等； 射线照射，化疗药物等； 抑制剂 zVAD.fmk ? AIP1/Alix |
在血液系统疾病中，有关Paraptosis的研究也正在引起越来越多研究者的重
视。在一项对骨髓纤维性硬化病的进展及预后和骨髓凋亡细胞比例之间相关性的统计学研究中，发现二者之间并无统计学差异。骨髓纤维性硬化病中的终末期巨核细胞-裸核巨核细胞在原位末端标记(ISEL, in situ end-labeling techniques)中的结果是阴性的，这说明其缺乏作为凋亡典型特征的DNA片断化，而更符合Paraptosis的形态学特点16。在对先天性血小板减少性紫癜患者骨髓巨核细胞形态学超微结构的研究中发现，四分之三以上的骨髓巨核细胞呈现出Paraptosis的典型形态学特点，将来源于先天性血小板减少性紫癜患者的血浆加入体外培养的巨核细胞，可诱导这些细胞出现Paraptosis的形态学特点。这说明存在于先天性血小板减少性紫癜患者血浆中的某种成分可能参与了其巨核细胞Paraptosis形式的程序性细胞死亡17。巨核细胞特异性调控序列GATA-1缺失或突变导致血小板生成缺陷，骨髓纤维变性，从而引起血小板减少症。最近的一项研究指出，GATA-1缺失或突变的巨核细胞被嗜中性粒细胞所包裹，其形态学特点与死于Para-apoptosis的细胞极为相似18。Centurione L等人推测，嗜中性粒细胞的侵入导致骨髓纤维变性的机制之一有可能是通过在局部微环境释放巨核细胞纤维化因子和中性蛋白酶。
Paraptosis在肿瘤的发生发展过程中可起促进作用。硫氧环蛋白或过氧化氢酶超表达的肿瘤细胞发生高频率的非凋亡、非坏死形式的细胞死亡，即Paraptosis，这种对氧化压力的高抵抗性大大促进了肿瘤的生长19。
展望
截至目前，科学家们对Paraptosis这种特殊形式的程序性细胞死亡的研究还不是很深入，有关Paraptosis完整的形态学描述、Paraptosis与其他形式程序性细胞死亡的区别与联系、Paraptosis发生的分子机制等方面的综述性文章几乎为零，这说明我们对Paraptosis的研究与认识还有很大空间。我们需要回答的另一个问题是：Paraptosis是一种单独的细胞死亡方式还是其他细胞死亡方式中的一种特殊形式？Paraptosis的病生理意义？对Paraptosis形式程序性细胞死亡的精确调控有助于神经变性性疾病、血液系统疾病、肿瘤等疾病的诊断和治疗。
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