細胞凋亡

在多細胞生物中，細胞的死亡有兩種不同的形式：第一類是Necrosis(細胞壞 死)，第二類是 Apoptosis(細胞凋亡)。Necrosis 主要是因為外在因素如局部貧血、

高熱以及物理、化學損傷和生物的侵襲，造成細胞極速死亡而結束其生命。

Apoptosis 又稱為程序性的細胞死亡，它是用來描述伴隨細胞死亡的一系列形態學 上特定的變化[48]。在希臘文中apoptosis 為樹葉或花瓣凋落的意思[49]。它是指像 秋天樹葉凋謝一樣，細胞在一定的生理或病理條件下，遵循自身的程序，自己結 束生命的過程，最後細胞脫落離體或裂解為若干凋亡小體(apoptotic bodies)而被其 他細胞吞噬。

形態特徵

細胞凋亡的形態特徵與細胞壞死的形態特點不同。細胞壞死的形態特徵首先 是膜通透性增加，細胞外形發生不規則變化，內質網擴張，核染色質不規則的位 移，進而粒線體及核腫脹，溶酶體破壞，細胞膜破裂，胞質外溢。這種細胞死亡 過程常常引起炎症反應[50]。而細胞凋亡，是細胞內在的有規律的機制引起。主要 是受細胞本身之DNA 調控而作用，主要目的在消除老化、受傷及 DNA 受到破壞 的細胞。當細胞收當凋亡訊號時，細胞首先變圓，與周圍細胞脫離，胞質濃縮，

內質網擴張成泡狀病與細胞膜融合，粒線體無大變化，核染色質密度增高成半月 形，並凝聚在核膜周邊，核仁裂解，核固縮，進而細胞膜內陷將細胞自行分割為 多個外膜包裹，內含物不外洩的的細胞凋亡小體。由於這種過程不導致溶酶體及 細胞膜破裂，沒有細胞內含物外洩，固不引起炎症反應。生化特徵為細胞核內的 DNA 會被核酸內切酶分解 180-200bp(base pair)，細胞膜上的 PS 磷脂(Phosphatidyl serine)外翻，這是讓巨噬細胞辨識細胞凋亡的訊息，當此訊息出現時，巨噬細胞會 進行吞噬作用吞噬apoptotic bodies[51]。與壞死(necrosis)程序最大的區別在於細胞

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凋亡並不會引起周圍組織的發炎[52]。

訊號傳導路徑

細胞凋亡傳導路徑主要分為兩條(如 Fig. 1)[53]：第一條是Death receptor pathway，第二條是 Mitochondrial Pathway。而細胞凋亡最後的訊息傳遞最後都是 會匯集到caspase 蛋白來執行細胞自我凋亡。Caspase 蛋白(Cysteine-Aspartate Specific ProteASES)屬於 cysteine protease 蛋白家族，在哺乳動物主要是以沒有活性 的pro-enzyme (zymogen)形式存在，當 caspase 受到 pro-apoptotic 訊息刺激時，其 結構會發生改變而變成有活性的caspase[54]。已活化的caspase 會切斷細胞內的結 構蛋白質，也會破壞某些參與代謝的酵素和訊息傳遞的蛋白質。Caspase 大致上可 分為兩類:一類為執行者(effector)，如 caspase-3、6、7，它們可直接降解(degradation) 結構蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通過自我催化，或自我剪接的方式活化;

另一類為啟動者 (initiator)，如 caspase-8、9，當細胞受到凋亡訊息後，能透過自 我剪接的方式活化，然後引起caspase 連鎖反應，如 caspase-8 可依次活化 caspase-3、

6、7[55]。

1. Death receptor pathway

Death receptor pathway 是由胞外腫瘤壞死因子(TNF)家族的配體如 TNF-α、

FasL/CD95L、TWEAK、TRAIL 與細胞膜上的受體結合(分別是 TNF-R、Fas/CD95、

DR3、DR4/5)。配體與受體結合後會活化細胞膜下的 death domain，開始吸引 FADD(Fas-Associated protein with Death Domain)或 TRADD(Tumor necrosis factor receptor type 1-associated DEATH domain protein)，FADD 又會繼續吸引 pro-caspase 8 來結合形成複合物，稱為 death-inducing signaling complex，DISC。pro-caspase 8 在DISC 中局部濃度升高，會開始自我剪接並活化成 caspase 8，活化的 caspase 8 釋放到胞質中啟動caspase 的級聯反應，激活下游的 caspase 3，caspase 3 則會切割 ICAD/CAD complex，使兩者分開，讓 CAD 切割 DNA 形成降解導致細胞凋亡。而

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活化的caspase 8 能使胞質中的 Bid 斷裂成 tBID，tBID 會轉移到粒腺體上，誘導粒 腺體釋放cytochrome C 進入胞質，開啟 Mitochondrial Pathway，有效增加了細胞凋 亡的訊號。

2. Mitochondrial Pathway

Mitochondrial Pathway 除了由 Death receptor pathway 活化的 Bid 傳遞凋亡訊息，

另一條受控於Bcl-2 家族蛋白 (B cell lymphoma-2)。Bcl-2 家族蛋白群依據 Bcl-2 homology domain (BH)的不同可大致區分為：(1)antiapoptotic proteins (包括: Bcl-2、

Bcl-xL、Bcl-w、mcl-1)；(2)proapoptotic proteins (包括: Bax、Bcl-Xs、Bad、Bak、

Bid)[56]。當Bad 收到凋亡訊息，會被釋放出來與抗凋亡蛋白因子 Bcl-2 結合。若 促進凋亡蛋白多於抗凋亡蛋白時，粒線體膜會形成孔洞，在粒線體內的cytochrome C 會從中釋出。釋出的 cytochrome C 會與 Apaf-1 結合，並吸引 pro-caspase 9 剪接 活化出caspase 9，結合並漸漸形成 apoptosome，caspase 9 又會吸引 pro-caspase 3 剪接活化出caspase 3，從而誘導細胞凋亡。

Fig. 1 Two major apoptotic pathways in mammalian cells.

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細胞凋亡除了受到Death receptor pathway 及 Mitochondrial Pathway 的基因調控 外，p53 也是一個很重要的調控因子。p53 是一種分子量 53kDa 的轉錄因子，位於 人體第17 對染色體上。在正常的情況下，p53 的表現量很低，但當 DNA 異常時，

p53 蛋白及轉錄活動明顯增加，並刺激 p21 蛋白的表現，使細胞停留在 G0/G1 期 而不能進入S 期，以進行 DNA 修補[57]，直至 DNA 修復後才進入正常的週期。

若DNA 損傷嚴重無法修補時，則誘發細胞走向凋亡途徑，防止細胞癌化，因此 p53 有腫瘤抑制基因之稱。

大多數抗癌藥物，如拓撲異構酶抑制劑、抗代謝物和激素拮抗劑等，都可在 不同類型的腫瘤細胞中誘導細胞凋亡。抗癌藥物的療效不僅取決於這些藥物與各 自特意靶細胞的相互作用，也取決於這些藥物誘導細胞凋亡的能力。因此，腫瘤 細胞對細胞凋亡的敏感性是決定化療效果的關鍵因素，如何在治療中促進腫瘤細 胞凋亡已成為新的化療目標和篩選抗癌新藥的標準。

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