細胞凋亡、壞死與病毒之間的關係

當病毒感染脊椎動物的宿主時，會因病毒的複製與病毒顆粒的增殖，而引發宿主一 連串的免疫反應。在病毒引發的先天性免疫反應中，包括了許多的Cytokine，例如：TNF、

INF等等，這些蛋白質可以引發一連串的訊號，而引起細胞的死亡（Helena, 1999.）。

細胞的免疫反應，在病毒感染時扮演很重要的角色；研究指出，經由先天性免疫反 應所造成的細胞凋亡，可用來做為抵抗病毒感染的第一線防禦。其原因如下：

（一）、細胞凋亡在早期發生，可藉由活化內生性的Non-lysosomal endonuclease來 摧毀病毒。

（二）、當細胞凋亡發生後，被細胞膜包覆住的細胞碎片，會引發巨噬細胞的吞噬

（Cluston, 1985）。在某些病毒感染的細胞中，誘發細胞的死亡可以限制病 毒的生產，甚至是降低病毒在宿主中的感染能力，因此有許多的感染動物的 病毒，都會透過抵抗細胞凋亡讓本身的複製增加。

二、細胞壞死與細胞凋亡介紹

細胞死亡之方式大致可分為二大類，細胞壞死（Necrosis）及細胞凋亡（Apoptosis）：

（一） 、細胞壞死（Necrosis）：

常見於一些急性的物理性或化學性的傷害，進而造成細胞質與胞器之間的 滲透壓不平衡，並導致細胞膜脹裂、細胞核和胞器瓦解、染色質被隨機切成不 規則的碎片、細胞內容物釋出，會誘發血液內淋巴球清除此類細胞碎片，因而 引發一連串的細胞發炎反應，最後導致整個區域的細胞壞死（Kerr, 1995；Guido et, 1998）。

（二） 、細胞凋亡（Apoptosis）：

又稱為程式性的細胞死亡（Program cell death），此作用在細胞的生長恆定 上，扮演相當重要的角色（Ellis, 1991），許多凋亡的細胞都有型態與生理上的共 同特徵（Wyllie, 1980），從基因體的角度上來觀察這些細胞型態獲生理上的特徵，

都源於自殺程式（Suicide program）的啟動，使得細胞內酵素被活化所呈現出來的 結果（Chinnayian, 1996）。

這些細胞凋亡的特徵包括了：細胞萎縮、染色質濃縮（Chromatin

condensation）、染色質在核中呈現邊緣化現象，細胞內的DNA被核酸內切酶以 180~200 bp為單位，切成小片段並可在DNA電泳膠上形成DNA規則片段化的階梯狀

（DNA ladder），以及凋亡小體（Apoptotic bodies）的產生(Brown, 1993； Samali, 1996)。

細胞凋亡的調控機制，主要是透過蛋白質降解來進行，因此對於細胞凋亡的進 行與否，細胞必須要有完善的機制來調控。細胞中有一群結構相近的蛋白質，稱為 Bcl-2 family，在細胞凋亡調控上扮演重要角色。這群蛋白質中，有些會抑制細胞凋 亡（Anti-apoptotic），如Bcl-2、Bcl-xl，有些則會促使細胞凋亡（Pro-apoptotic）的 發生，如Bax、Bak、Bid、Bim、Noxa、Puma 等。細胞在正常生長的情況下，抑 制細胞凋亡的蛋白質會發揮功能，而促進細胞凋亡的蛋白質則會受到抑制，當細胞 受到刺激而進行細胞凋亡時，抑制細胞凋亡的蛋白質會被抑制，而促進細胞凋亡的 蛋白質會開始活化而發揮功用，開啟一連串蛋白質的活化路徑，造成細胞凋亡。目 前已知的細胞凋亡路徑有：

1、 外在路徑 （Extrinsic pathway）

當細胞的死亡接受器（Death receptor）接受死亡訊號（Death signal）的刺激，

而活化Pro-caspases 3、Pro-caspases 8、Pro-caspases 9 酵素，使細胞發生細胞凋亡。

例如：Fas ligand 與 Fas receptor 結合並經由其 Death domain 使 Adaptor proteins

（FADD 和 TRADD）聚集，藉由 FADD 的 DED（Death effector domain）與 Caspase-8 結合形成DISC（Death inducing signaling complex）並促使 Caspase-8 活化（Boldin, 1996; Chinnaiyan, 1995；Hsu, 1995）。

2、 內在路徑（Intrinsic pathway）

此路徑也被稱為Caspase-dependent pathway，內在路徑是當細胞受到內生性因

子的刺激，例如：ROS（Reactive oxygen species）、鈣離子、以及 UV 光等，這些 內生性的因子會促使 Pro-apoptotic markers 的活化，此 Pro-apoptotic markers 包括 有：Cytochrome C、apoptosis inducing factor（AIF）以及 SMAC，這些 Pro-apoptotic markers 會自粒線體釋放到細胞質當中，其中 Cytochrome C 會與 Caspases 9 形成細 胞凋亡體（Apoptosome），而藉由 Caspase 9 與 Caspase 3 的活化可以促使下游的 Poly ADP-ribose polymerase（PARP）活化因而產生細胞凋亡現象（Liu, 2002）。

三、病毒感染引發宿主細胞凋亡及影響宿主細胞蛋白質表現

目前已有文獻指出，病毒僅利用本身的外鞘蛋白質（Capsid protein），即可令宿主 產生細胞凋亡，例如：登革熱病毒利用其外鞘蛋白質（Dengue virus capsid protein - DENVC）與人類的Death domin – Associated protein產生交互作用，並進一步的引發人類 細胞凋亡現象（Thawornchai, 2007）。另外，在西尼羅河病毒（West nile virus - WNV）

的研究中也發現，其病毒的外鞘蛋白質（WNV capsid - WNVCp）會引發藉由p53所調節 的細胞凋亡（Yang, 2008）。研究文獻中指出，感染魚類的神經壞死病毒（Nervous necrosis virus - NNV），該病毒所攜帶的α蛋白質會引發粒線體膜電位差（Mitochondrial membrane potential - MMP），進而誘發細胞凋亡（Chen, 2007；Wu, 2008）。

在病毒感染宿主因而引發宿主細胞凋亡的現象中，可以發現病毒往往藉由自身的蛋 白質，引發宿主細胞內某些目標蛋白質的過度表現或是抑制，最終達到令宿主細胞產生 細胞凋亡的目的。例如：2007年流感病毒（Influenza virus）的研究文獻中指出，當流感 病毒 CV-1 感染MDCK細胞株時，係藉由細胞內蛋白質Akt的訊號抑制，而引發細胞凋 亡現象（Oleg, 2007）。而病毒是否可以成功感染細胞，宿主細胞內的蛋白質亦扮演極 為重要之角色，例如：2002年SV40病毒的研究指出，Arf-1蛋白質是SV40是否能成功感 染宿主細胞的重要關鍵，當宿主細胞內的Arf-1蛋白質表現被抗體所抑制時，SV40病毒 便無法成功的感染宿主細胞（Richards, 2002）。

2008年的研究文獻中也指出，當Arf蛋白質的表現不受調節，則會引起細胞死亡的 情況（2008 ,Citterio）。