細胞凋亡(Apoptosis)

細胞凋亡是指細胞藉由特定的訊息路徑並有計劃性地邁入死亡之方式

(programmed cell death)，亦就是必需經由一連串的基因與訊息的傳遞，以及凋 亡相關蛋白質的活化(Hengartner, 2000; Vaux and Strasser, 1996)。細胞凋亡參與

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自然界中多細胞生物的生理調控機制，包含了在生物的發育(development)、細 胞之衡定(home-ostasis) 、清除過老或異常的細胞及免疫反應等等上扮演其重 要的角色(Steller, 1995; Jacobson et al., 1997; Wood et al., 2000)。而細胞凋亡一 詞在希臘文中意指花瓣或樹葉從枝頭掉落或凋零之狀態。於1956年，由英國的 病理學家在觀察組織切片的時，觀察出其某些死細胞具有以下之特徵，即細胞 萎縮(cell shrinkage)、細胞膜皺縮(cell membrane blebbing)、核內染色質縐縮 (chromatin condensation) 後並聚縮在核膜邊緣、染色質在核中呈現邊緣化現象，

同時細胞內的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)(Brown et al., 1993;

Samali et al., 1996)，於是細胞漸漸分裂成一個個形狀完整的小泡，裡面包含著 分裂後的部份核仁、細胞質等，此即為“凋亡細胞小體” (Bodnarchuk, 2003)。而 在正常組織中，這些凋亡細胞小體會被鄰近細胞或吞噬細胞吞噬而清除掉，因 此可避免發炎反應及減少組織的損害(Otsuki et al., 2003)。此現象即被命名為細 胞凋亡。

細胞凋亡主要過程依時間可分為三個主要階段(Kroemer, 1997)：第一階段 為初始階段(initiation phase)，在此時期之細胞由於受到外界環境刺激，經由細 胞膜上或細胞內之不同接受器接收並且傳遞訊號給細胞，促使細胞啟動死亡訊 號。第二階段為作用階段(effector phase)，此階段中包括許多蛋白質及核酸內 切酶的活化(Packard and Komoriya, 2008)，其酵素與受質之間的相互作用進而 造成細胞外觀上之變化及DNA 的裂解，此刻細胞會啟動正反兩方面與凋亡相 關路徑的活化，整合後進而決定細胞最終是否進入細胞凋亡或其他路徑，其中 Bcl-2 家族蛋白的調節以及caspase 3、9是否活化扮演很重要之角色。第三階段 為降解階段(degradation phase)，此為進入不可逆之時期，此時之細胞已因不同 部位的受損而開始出現許多凋亡特有的特徵，進而被鄰近細胞經由吞噬作用而 清除。在活體內，『細胞凋亡』 扮演著細胞數目恆定(homeostasis)的重要角色。

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目前臨床使用之抗癌藥物，有許多是針對細胞凋亡路徑產生誘導作用而達到抗 癌作用，因此已成為抗癌藥物重要的分子機轉(Tolcher, 2002; Ferreira et al., 2002; Schuchmann and Galle, 2004; Kundu et al., 2005)。

如圖 3 所示，細胞可經由兩種路徑進行細胞凋亡，分別是內生性路徑與外 在 性 路 徑 (Yoon and Gores, 2002) 。『 內 生 性 路 徑 』 又 稱 為 『 粒 腺 體 路 徑 (mitochondria pathway)』，當細胞內部受到損害時(例如氧化性傷害)，粒腺體中 的 cytochrome c 會釋出至細胞質中與細胞質之分子 Apaf-1 結合，進而將 procaspase-9 活化為 caspase-9，進而活化下游之 caspases，包括 caspase-3、-6 及 -7，以引起細胞凋亡(Hengartner, 2000; Sun et al., 2004)。『外在性路徑』 又 稱為『死亡接受體路徑(death receptor pathway)』，是經由活化死亡接受體，例 如 Fas(CD95Apo-1)及 TNF 接受體(DR3、DR4、TNFR1)的活化(Nagata and Suda, 1995; Kondo et al., 1997)，將訊息傳入細胞內而活化 caspase-8，再進一步活化 caspase-3，造成細胞凋亡(Enari et al., 1998)。另外，活化的 caspase-8 亦可以裁 切 Bid 使之變成 tBid 使訊號傳向內在途徑促使粒線體釋放出 cytochrome C。

Bcl-2 family 是 促 進 或 抑 制 細 胞 凋 亡 的 重 要 調 控 者 ， Bcl-2 家 族 中 Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-1, Nr13 和 A1 等，都是細胞凋亡的抑制蛋白。然而另一些基因，

如 Bad, Bak, Bax, Bik, Bid 和 Bcl-XS 等，則會引起細胞凋亡。藉由細胞凋亡 抑制蛋白與細胞凋亡促進蛋白彼此間的相互結合、作用與協調，作為是否進行 細胞凋亡的重要關鍵(Coultas and Strasser, 2003)。另外，p53 在細胞凋亡過程 中亦扮演十分重要的角色，其可經由調控促凋亡分子 bax 之表現，促使細胞走 向粒線體凋亡路徑而死亡，因此調控 Bcl-2 家族及 p53 之活性表現，也是抗 癌藥物的一項重要機轉(Yu and Zhang, 2003; Ghobrial et al., 2005)。

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圖 3、細胞凋亡之基因訊息傳遞路徑

擷取自（Cell Signaling Technology, http://www.cellsignal.com/）