細胞凋亡\\(Apoptosis\\)是由基因決定的幾乎存在于所有的真核細胞中的一種生理過程,在維持正常有機體功能,包括胚胎發育,組織穩態和病理過程中發揮重要作用。細胞凋亡是精確調控的自殺程序,它將細胞在生理上清除,但是不會在死亡的細胞周圍引起炎癥反應。細胞凋亡是由轉錄和轉錄后水平嚴格調控的一個高度保守的進化過程。細胞凋亡是通過內源\\(線粒體\\)或者外源\\(死亡受體\\)途徑來啟動和傳遞信號的。外源途徑是通過死亡受體來激活。激活的死亡受體誘導招募FADD蛋白和caspase-8形成死亡誘導信號復合物。
活化的caspase-8能夠直接激活caspase-3或者通過切割Bid蛋白來間接激活caspase-3,從而把內源和外源凋亡途徑聯系起來。脊椎動物內源凋亡途徑表現為線粒體外膜的通透性增加,隨后釋放線粒體成分和蛋白質\\(AIF,endonuclease G等\\)進入細胞質,包括細胞色素C\\(cyto-c\\)。釋放出的cyto-c與Apaf-1和caspase-9形成凋亡復合體,然后激活caspase-3,引發細胞凋亡。本文綜述了軟體動物中細胞凋亡研究進展。
1 細胞凋亡在免疫防御中的作用
細胞凋亡在脊椎動物和無脊椎動物防御寄生蟲,病原體和不同污染物以及毒性物質中發揮了關鍵作用。軟體動物的免疫系統只有先天性免疫并且依賴于細胞的組成例如血細胞來行使殺菌的活性。
蝸牛\\(Lymnaea stagnalis\\)通過活性氧\\(ROS\\)含量的增多參與血細胞凋亡程序的激活,以此來應對如除草劑,殺蟲劑等環境污染物的刺激。ROS可以導致線粒體膜電位的降低或者引起磷脂酰肌醇暴露于細胞膜表面,從而通過內源凋亡通路引起細胞凋亡。整聯蛋白分子介導了血細胞對外來顆粒分子的粘附,當缺少整聯蛋白時也可以通過直接激活caspase-3或者p53/Bax依賴的途徑來誘導細胞凋亡。之前,已經有研究發現太平洋牡蠣\\(Crassostrea gigas\\)的血細胞用一種整聯蛋白的配體RGD多肽處理可以引起細胞死亡。
兒茶酚胺、去甲腎上腺素\\(NA\\)和多巴胺是由軟體動物的神經內分泌系統和免疫細胞合成和分泌的。去甲腎上腺素可以在外界環境壓力下\\(例如:低鹽\\)誘導太平洋牡蠣血細胞發生凋亡。補充實驗表明,絲裂原活化蛋白激酶\\(MAPK\\)可以參與調節由NA誘導的凋亡。
另外,當團聚牡蠣\\(Saccostrea glomerata\\)血細胞在體外暴露于NA中,可以引起線粒體膜電位降低和DNA片段化。這些結果表明了在軟體動物免疫細胞中存在外源介導的凋亡途徑。用寄生蟲來感染太平洋牡蠣和東方牡蠣\\(Crassostrea virginica\\)時,血細胞都出現了凋亡,但是太平洋牡蠣比東方牡蠣能更快得從感染中恢復,表明血細胞的凋亡可以有效的防御寄生蟲感染。
2 細胞凋亡應對環境應激時的作用
基因毒性被認為是誘導凋亡相關的重要的步驟。重金屬通過誘導單鏈斷裂和產生自由基來導致DNA損傷。損傷的DNA累積突變從而對生物體造成威脅。因此,DNA受損的細胞經常通過細胞凋亡被清除。
有肺蝸牛\\(Helix pomatia\\)的飼料中添加低劑量的Cd,可使肝胰腺細胞發生凋亡,觀察到細胞皺縮和染色質凝集。但是低劑量的Cd并沒有很快對鰓細胞造成基因毒性,反而延緩了凋亡發生的過程,抑制了主要的防御機制。三丁基錫\\(trybutyltin,TBT\\)是紫貽貝鰓中檢測的分子指標,通過檢測來確定鰓中是否發生了凋亡。當紫貽貝經過TBT處理后,導致鰓中DNA斷裂,引起細胞凋亡。殺蟲劑可以損害谷胱甘肽氧化還原狀態,這可使ROS生成增多,導致紫貽貝和扇貝\\(Flexopecten flexosus\\)的存活率下降。這可能是激活了多種死亡途徑,包括線粒體膜電位改變,受體介導的caspase激活等。在哺乳動物中,氧化還原敏感轉錄因子\\(NF-κB,p53\\)和激活蛋白\\(AP-1\\)參與細胞凋亡。在蛤蜊\\(Mya arenaria\\)血細胞中p53轉移到細胞核中,也引起了快速的凋亡。在眾多參與環境應激的信號轉導通路中,MAPK起到了很重要的作用。紫貽貝的鰓和外套膜經歷溫度和重金屬的脅迫后發現了p38-MAPK的激活,并伴隨著caspase-3的激活和DNA片段化等一系列凋亡特征的出現。
3 展望
目前獲得的數據表明軟體動物細胞凋亡信號通路與脊椎動物有著相似的分子特征。許多凋亡通路的分子組成在結構和功能上呈現出很高的保守性。凋亡可以作為一個生物指標為環境應激對軟體動物的影響提供一個分子機制方面的信息。在未來,隨著更多的關于凋亡信號通路機制的研究,將有助于我們更好地理解環境對軟體動物的影響,為軟體動物對環境的適應性提供一定的參考依據。
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