细胞凋亡与淋巴细胞的克隆选择

细胞凋亡与淋巴细胞的克隆选择

高惠仙

关键词：细胞凋亡；淋巴细胞；克隆选择

作者简介：高惠仙，任教于太原师范学院生物系。

细胞凋亡是由基因编码的细胞主动结束生命的过程，又称程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD），它在机体生长、发育过程中具有重要作用，是维持机体内环境稳定的重要平衡因素。

一、细胞凋亡

Kerr于1965年最早发现细胞凋亡现象，并于1972年将这一现象命名为细胞凋亡(apoptosis)并确定了细胞凋亡的概念，是指细胞在基因控制下的一种有序的死亡方式，它是细胞衰老、死亡的一种主动过程，是按一定的程序进行的。其生物学意义在于强调这种细胞的死亡方式是自然的生理学过程，是受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为[1~3]。

1.细胞凋亡的形态学特征

细胞凋亡的过程从形态学上可分为3个阶段。首先是细胞凋亡的起始：该阶段的变化是细胞表面的特化结构、细胞连接消失，但细胞质膜依然完整，未失去选择透过性；细胞质中核糖体逐渐与内质网脱离，内质网扩张成泡状并与细胞膜融合；细胞核内染色质固缩，密度增高呈半月形，并凝聚在核膜周边。其次是凋亡小体的形成：细胞膜内陷并将细胞自行分割为多个凋亡小体(apoptoticbodies)，这些凋亡小体外有膜包围，内容物不外泄。因此，凋亡细胞的溶酶体、DNA及各种有害的内涵物不外泄，故不会引起炎症反应及周围正常细胞的损伤。细胞凋亡的第三阶段是凋亡小体被邻近的细胞所吞噬，凋亡小体的残余物质被消化后重新利用。

2.细胞凋亡的生化特征

(1)首先是DNA的有控降解。在染色质凝缩时，DNA双链在核小体联结部断裂形成不同长度的DNA片段，约为180~200bp的整数倍，其凝胶电泳呈梯状图谱。

(2)多数细胞凋亡时有新的蛋白质合成，作为调控因子。多数专家认为细胞凋亡的生化途径可能是多条的。

3.细胞凋亡的机制

在线虫、昆虫、鼠和人的细胞凋亡研究中已找到一些相当保守的基因。它们在凋亡过程中起着相同的作用，说明可能有共同的凋亡机制。各种信号通过复杂的传导将汇集到一点上，然后通过共同的最后通路导致细胞凋亡。大多数的细胞凋亡是Caspase依赖性的细胞凋亡。Caspase是一组存在于细胞质中的具有类似结构的蛋白酶,其共同特点是能特异性水解底物蛋白分子中Asp所形成的肽键，在细胞凋亡的过程中起着关键性的作用。绝大多数细胞凋亡都依赖于Caspase的激活。根据在细胞凋亡中的不同功能，可将其分为两类：第一类Caspase直接对细胞的功能蛋白进行水解执行细胞凋亡过程的称为效应Caspase，包括Caspase3、6、7；第二类Caspase参与上游事件的调节并启动蛋白酶解级联反应，称为启动Caspase，包括Caspase2、8、9、10。线粒体是细胞凋亡的控制中心，线粒体在细胞凋亡中起决定性的作用[4]。研究表明细胞色素C从线粒体释放是细胞凋亡的关键步骤[5]。释放到细胞质中的细胞色素C在dATP存在的条件下能与凋亡蛋白酶活化因子1（apoptosisproteaseactivatingfactor1，Apaf-1）结合[6]，活化Caspase9，启动细胞凋亡的内源性途径。当细胞外的凋亡信号FasL作用于细胞膜上的受体Fas时，活化Caspase家族的成员，借助凋亡信号结构域（DED、CARD）导致Caspase成员的相继激活，进而降解特定的靶蛋白，最终启动和执行细胞凋亡的外源性途径。

除上述依赖Caspase的细胞凋亡途径外，还存在着其他与细胞凋亡有关的信号传导途径。

二、细胞凋亡与淋巴细胞的克隆选择

细胞凋亡是一种生理性保护机制，能够清除体内多余、受损或危险的细胞而不对周围的细胞或组织产生损害。更重要的是对动物个体的正常发育，自身稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生理和病理过程具有重要意义。下面主要介绍细胞凋亡在淋巴细胞的克隆选择过程中所起到的作用：

研究发现在免疫系统中，细胞凋亡与淋巴细胞的发生、选择、功能发挥和及时终止密切相关，调节着体内免疫细胞群的合适比例并参与了淋巴器官中免疫细胞的成熟和淋巴细胞抗原受体谱的发育，赋予机体具有分辨自身和非自身的能力。细胞凋亡作为一种调节机制，直接制约着免疫应答的过程和强度，同时还决定着免疫耐受和免疫记忆的产生[7]。在免疫学上，细胞凋亡参与介导胸腺及周围T细胞耐受、细胞毒性T细胞介导靶细胞溶解等过程。细胞毒性T细胞（CTL）、K细胞、NK细胞和淋巴因子激活的杀伤细胞（LAK）杀死靶细胞的过程就是诱导靶细胞凋亡。

1.细胞凋亡在T细胞克隆选择中的作用

Pre-T淋巴细胞由骨髓进入胸腺后分化及重排TCR基因，不能成功重排TCR基因的细胞则不能进一步分化，从而以细胞凋亡的形式被选择清除[8~9]。表达TCR的细胞进一步成熟为CD4+、CD8+双阳性细胞，这些双阳性细胞与胸腺皮质上皮细胞表达的MHC-Ⅰ类或MHC-Ⅱ类分子结合则被选择继续分化发育，可分别分化发育成熟为单阳性CD4+-MHCⅡ类限制性T细胞和CD8+—MHC-Ⅰ类限制性T细胞。如果这些重排的TCR不能与MHC匹配，则不被选择，并发生程序性凋亡，这个过程称为阳性选择。这些具有T细胞受体的CD4+或CD8+的单阳性细胞，还必须继续接受胸腺教育，因为这些T细胞还不能识别并区分自身抗原和非自身抗原。这些单阳性T细胞在胸腺皮质和髓质的交界处与巨噬细胞和树突细胞相遇，这两种细胞表达高水平的MHC-Ⅰ类和MHC-Ⅱ分子，这些分子上都结合多种多样的自身蛋白衍生的抗原肽分子，当具有与自身MHC—肽结合反应潜能的T细胞克隆与之结合，则被选择程序性凋亡，自身反应性T细胞则被删除，这种选择称为阴性选择。经过阳性选择和阴性选择的单阳性T细胞离开胸腺，形成外周T细胞库[10]。

在外周淋巴器官中，T细胞被抗原激活后发生特异性的克隆扩增，扩增后的一部分T细胞由于表面大量的TCR分子被抗原激活而导致AICD被克隆清除，另一部分T细胞对细胞因子作出反应，这些细胞因子在生长的T细胞内通过信号转导诱导T细胞的定向分化[10]为Th1细胞、Th2细胞、Ts细胞、Tcl或Tc2细胞，从而使由胸腺输出的细胞数与进入外周循环池中的T细胞数一致。

在正常情况下，胸腺中90%以上的未成熟胸腺细胞要通过细胞凋亡机制被清除。其中包括自身反应性胸腺细胞，这是免疫耐受形成的主要机制之一。如果胸腺细胞在发育过程中细胞凋亡受阻，自身免疫性T细胞发育成熟后就成为多种自身免疫性疾病的一个重要病因。

2.细胞凋亡在B细胞克隆选择中的作用

B细胞在发育过程中也需要克隆选择。B细胞发育早期在骨髓中完成，骨髓中的造血环境是克隆删除和克隆选择的基本环境，前B细胞发育成为成熟的B细胞，免疫球蛋白基因要经过重排，才能形成多种多样的独特型免疫球蛋白分子，并表达于细胞表面，形成膜表面免疫球蛋白（SmIg），这些SmIg表达克隆必须经过自身抗原刺激引起自身反应性B细胞克隆凋亡，从而出现对自身抗原的耐受，这就是B细胞的阴性选择机制。

B淋巴细胞依据其抗原受体的特异性和亲和性在骨髓中经历第一次选择。早前期B细胞(或原B细胞，Pro-B)在完成Ig重链基因的重排后分化为前期B细胞(Pre-B)，Pre-B细胞启动轻链κ或λ的基因重排合成轻链多肽，重链和轻链结合并在细胞膜表面表达完整的IgM分子，分化成为未成熟B细胞。那些对自身组织的蛋白质具高亲和性的B细胞被选择性程序性凋亡，完成克隆清除。估计约92%前Ｂ细胞被清除，仅8%的细胞向成熟方向发展。成熟的B细胞离开骨髓，受抗原刺激后，在二级淋巴器官的滤泡中经历第二次选择，分化为浆细胞，产生并分泌抗原特异性的抗体。研究证明,[10]发育中B细胞的丢失是由凋亡造成的，B淋巴细胞在两个发育阶段发生凋亡最为明显：一是介于早前期B与前期B细胞之间；二是未成熟B细胞刚开始表达IgM时。

Bcl家族所参与的细胞凋亡在抑制淋巴细胞的寿命和维持体内平衡方面有非常重要的作用。敲除基因Bcl-2或Bcl-XL后，淋巴细胞的存活受到严重的影响，Bcl-2的缺失使得成熟淋巴细胞不能存活，而Bcl-XL的缺失导致不成熟淋巴细胞的死亡，结果显示Bcl-2及Bcl-XL对于淋巴细胞的发育成熟阶段非常重要。有研究证实Bcl-2家族蛋白在B淋巴细胞凋亡的信号传递通路中起着重要的作用[11]。

3.细胞毒性T淋巴细胞所致靶细胞的凋亡

细胞免疫是通过效应Ｔ细胞(即细胞毒性Ｔ淋巴细胞CTL)杀伤靶细胞而实现的。当CTL与靶细胞结合时，能分泌溶解颗粒到两细胞之间，溶解颗粒含孔形成蛋白(PEP)、穿孔素或细胞溶解素及丝氨酸脂酶等酶类。推测当PEP介导的细胞膜损伤达到一定阈值时，靶细胞即走向凋亡。但CTL溶解颗粒并不含核酸内切酶，也不能诱导核酸内切酶的活性，推测CTL向靶细胞传递了其它有关的酶或酶的激活剂或某种信号而触发了靶细胞的凋亡。此过程不需合成新的蛋白质，靶细胞DNA降解和细胞死亡的速度比其它凋亡快得多，还常伴有坏死，提示CTL使用了多种机制以保证迅速有效的清除靶细胞。有些CTL还能分泌TNF诱导靶细胞凋亡。现在已证实靶细胞的死亡主要还是细胞凋亡的过程。

总之，细胞凋亡不仅在淋巴细胞的克隆选择中起重要作用，而且在清除组织和器官重塑期间多余的、机体发育进程中不再需要的和已经癌变或病毒感染或以其他方式对机体有害的细胞等方面都起到重要作用，认识它无疑是生命科学中的巨大进步。近年来由于实验模型和检测方法的不断完善，细胞凋亡的研究取得了重大的突破。许多机制逐步被阐明，有关细胞凋亡的新基因不断被发现，以细胞凋亡理论为依据的治疗方案不断涌现。然而，细胞凋亡的生物学机制相当复杂，其分子调控是一个错综复杂的网络过程，其中有许多机制还有待进一步研究。随着分子生物学的发展，人们必将会弄清细胞凋亡的机制，从而有助于揭示胚胎发育、免疫以及肿瘤发生等重大生物学和医学问题的奥秘。

参考文献：

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[4]刘丽君，彭建新，洪华珠等.线粒体在细胞凋亡中的变化与作用[J].细胞

生物学杂志，2005(2).

[5]方希敏.细胞色素C与细胞凋亡[J].国外医学临床生物化学与检验学分册,2005(1).

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作者单位：太原师范学院生物系

邮政编码：030031