细胞凋亡(Apoptosis)是由基因决定的几乎存在于所有的真核细胞中的一种生理过程,在维持正常有机体功能,包括胚胎发育,组织稳态和病理过程中发挥重要作用。细胞凋亡是精确调控的自杀程序,它将细胞在生理上清除,但是不会在死亡的细胞周围引起炎症反应。细胞凋亡是由转录和转录后水平严格调控的一个高度保守的进化过程。细胞凋亡是通过内源(线粒体)或者外源(死亡受体)途径来启动和传递信号的。外源途径是通过死亡受体来激活。激活的死亡受体诱导招募FADD蛋白和caspase-8形成死亡诱导信号复合物。
活化的caspase-8能够直接激活caspase-3或者通过切割Bid蛋白来间接激活caspase-3,从而把内源和外源凋亡途径联系起来。脊椎动物内源凋亡途径表现为线粒体外膜的通透性增加,随后释放线粒体成分和蛋白质(AIF,endonuclease G等)进入细胞质,包括细胞色素C(cyto-c)。释放出的cyto-c与Apaf-1和caspase-9形成凋亡复合体,然后激活caspase-3,引发细胞凋亡。本文综述了软体动物中细胞凋亡研究进展。
1 细胞凋亡在免疫防御中的作用
细胞凋亡在脊椎动物和无脊椎动物防御寄生虫,病原体和不同污染物以及毒性物质中发挥了关键作用。软体动物的免疫系统只有先天性免疫并且依赖于细胞的组成例如血细胞来行使杀菌的活性。
蜗牛(Lymnaea stagnalis)通过活性氧(ROS)含量的增多参与血细胞凋亡程序的激活,以此来应对如除草剂,杀虫剂等环境污染物的刺激。ROS可以导致线粒体膜电位的降低或者引起磷脂酰肌醇暴露于细胞膜表面,从而通过内源凋亡通路引起细胞凋亡。整联蛋白分子介导了血细胞对外来颗粒分子的粘附,当缺少整联蛋白时也可以通过直接激活caspase-3或者p53/Bax依赖的途径来诱导细胞凋亡。之前,已经有研究发现太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)的血细胞用一种整联蛋白的配体RGD多肽处理可以引起细胞死亡。
儿茶酚胺、去甲肾上腺素(NA)和多巴胺是由软体动物的神经内分泌系统和免疫细胞合成和分泌的。去甲肾上腺素可以在外界环境压力下(例如:低盐)诱导太平洋牡蛎血细胞发生凋亡。补充实验表明,丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)可以参与调节由NA诱导的凋亡。
另外,当团聚牡蛎(Saccostrea glomerata)血细胞在体外暴露于NA中,可以引起线粒体膜电位降低和DNA片段化。这些结果表明了在软体动物免疫细胞中存在外源介导的凋亡途径。用寄生虫来感染太平洋牡蛎和东方牡蛎(Crassostrea virginica)时,血细胞都出现了凋亡,但是太平洋牡蛎比东方牡蛎能更快得从感染中恢复,表明血细胞的凋亡可以有效的防御寄生虫感染。
2 细胞凋亡应对环境应激时的作用
基因毒性被认为是诱导凋亡相关的重要的步骤。重金属通过诱导单链断裂和产生自由基来导致DNA损伤。损伤的DNA累积突变从而对生物体造成威胁。因此,DNA受损的细胞经常通过细胞凋亡被清除。
有肺蜗牛(Helix pomatia)的饲料中添加低剂量的Cd,可使肝胰腺细胞发生凋亡,观察到细胞皱缩和染色质凝集。但是低剂量的Cd并没有很快对鳃细胞造成基因毒性,反而延缓了凋亡发生的过程,抑制了主要的防御机制。三丁基锡(trybutyltin,TBT)是紫贻贝鳃中检测的分子指标,通过检测来确定鳃中是否发生了凋亡。当紫贻贝经过TBT处理后,导致鳃中DNA断裂,引起细胞凋亡。杀虫剂可以损害谷胱甘肽氧化还原状态,这可使ROS生成增多,导致紫贻贝和扇贝(Flexopecten flexosus)的存活率下降。这可能是激活了多种死亡途径,包括线粒体膜电位改变,受体介导的caspase激活等。在哺乳动物中,氧化还原敏感转录因子(NF-κB,p53)和激活蛋白(AP-1)参与细胞凋亡。在蛤蜊(Mya arenaria)血细胞中p53转移到细胞核中,也引起了快速的凋亡。在众多参与环境应激的信号转导通路中,MAPK起到了很重要的作用。紫贻贝的鳃和外套膜经历温度和重金属的胁迫后发现了p38-MAPK的激活,并伴随着caspase-3的激活和DNA片段化等一系列凋亡特征的出现。
3 展望
目前获得的数据表明软体动物细胞凋亡信号通路与脊椎动物有着相似的分子特征。许多凋亡通路的分子组成在结构和功能上呈现出很高的保守性。凋亡可以作为一个生物指标为环境应激对软体动物的影响提供一个分子机制方面的信息。在未来,随着更多的关于凋亡信号通路机制的研究,将有助于我们更好地理解环境对软体动物的影响,为软体动物对环境的适应性提供一定的参考依据。
参考文献
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