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近年来的研究表明,在多种细胞凋亡模型中都发生溶酶体膜通透,并向胞浆中释放溶酶体内的多种蛋白酶(如组织蛋白酶cathepsins),引起或执行细胞凋亡。本实验室经过长期探索,发现溶酶体中存在胰凝乳蛋白酶B,该酶能够在中性条件下剪切Bid成为有活性的tBid形式并诱导线粒体释放细胞色素c。
长期以来,胰凝乳蛋白酶一直被认为是仅由胰脏外分泌的消化酶。在上述研究基础上,本论文分析了胰凝乳蛋白酶B在大鼠各组织中的分布,发现除胰脏、胃、小肠等消化器官外,胰凝乳蛋白酶B mRNA还广泛表达于大鼠大脑、小脑、肝、肺、肾、脾、心、骨骼肌、卵巢、睾丸中,在大鼠大脑、肝、卵巢中还可检测出胰凝乳蛋白酶B蛋白的表达。免疫荧光实验表明胰凝乳蛋白酶B富集在肝细胞、皮层神经元的溶酶体中。胰凝乳蛋白酶B广泛表达于肝、脑等重要器官,提示其可能具有更广泛的生理作用。
本论文研究还发现,在TNF-α诱导的鼠肝瘤RH-35细胞的凋亡过程中,溶酶体释放胰凝乳蛋白酶B是线粒体释放细胞色素c的上游事件;该酶的抑制剂TPCK可以抑制线粒体释放细胞色素c从而抑制细胞凋亡。这些结果表明胰凝乳蛋白酶B参与了外部途径介导的细胞凋亡。
除了外部途径介导的细胞凋亡外,胰凝乳蛋白酶B在H2O2诱导的细胞凋亡的内在途径中也起重要作用。在H2O2诱导的RH-35细胞的凋亡中,溶酶体释放胰凝乳蛋白酶B同样位于线粒体释放细胞色素c的上游。抑制该酶的活性或用RNAi方法下调胰凝乳蛋白酶B的表达可阻断H2O2诱导的RH-35细胞凋亡,而过表达该酶,则增加H2O2诱导的细胞凋亡。向细胞中转入重组胰凝乳蛋白酶B可以引起细胞凋亡,而下调Bid的表达可以抑制这一过程,提示胰凝乳蛋白酶B主要通过Bid介导细胞凋亡。
本论文的研究还发现,在H2O2诱导细胞凋亡过程的早期,溶酶体发生膜通透,并伴有凋亡酶8的激活及Bid的剪切。用凋亡酶8的抑制剂IETD处理细胞或下调Bid的表达均可显著抑制溶酶体膜通透、减少溶酶体释放胰凝乳蛋白酶B,并随之抑制线粒体释放细胞色素c。在TNF-α诱导细胞凋亡的体系中也得到了同样结果。体外实验表明,tBid可以与溶酶体结合并导致溶酶体内容物的释放。这表明凋亡酶8的激活及其对Bid的剪切是溶酶体膜通透的重要上游因素,从而形成“凋亡酶-8剪切生成tBid一溶酶体膜通透一胰凝乳蛋白酶B剪切生成tBid”自放大环路,胞浆内tBid浓度升高到一定阈值后引发线粒体外膜通透,最终导致依赖线粒体的细胞凋亡。