細胞死亡

一系列的蛋白水解酵素（Cysteine dependent aspartate specific protease）被活化 進而裂解及活化其他細胞酵素。正常生理狀態下，細胞中的caspase處於不活 化狀態，直到凋亡訊息啟動後產生自我分解而被活化，又利用本身的酵素活 性活化下一個caspase，又再進一步分解其他pro-caspase，啟動一連串的訊息 傳導- caspase cascade，導致細胞凋亡的發生。

Caspase相關作用功能如下：^{(63, 64)}

（1） 可造成細胞週期停滯及水解DNA和細胞骨架

（2） 抑制XIAP作用，XIAP是一種apoptosis抑制者

（3） 將細胞內PARP（poly（ADP-ribose）polymerase）裂解

Caspase 非依賴性路徑顧名思義不經由 caspase 傳遞訊息，而是藉由：

apoptossi-inducing factor（AIF）、Endonuclease G（Endo G）來傳遞細胞凋亡 訊 息⁽⁶⁵⁾。 AIF 、 Endo-G 會 進 入 細 胞 核 中 造 成 genome digestion 且 屬 於

caspase-independent pathway 誘發細胞凋亡⁽⁶⁶⁾。

（intermembrane space）釋放凋亡相關蛋白ex: cytochrome c、AIF、Endo-G等 到細胞質，改變粒線體外膜（outer membrane）滲透性，造成粒線體膜電位 的下降。cytochrome c會活化下游caspase-9然後水解其他細胞凋亡蛋白造成走 向apoptosis。在mitochondrial pathway中，Bcl-2 family protein為其最重要的調 節者。Bcl-2 family protein具有Bcl-2 homology （BH）domains，分別命名為 BH1、BH2、BH3、BH4，彼此之間在細胞凋亡之間又扮演不同的角色⁽⁶⁷⁾。 白因子⁽⁶⁸⁾；anti-apoptosis members如：Bcl-2會維持粒線體的完整而有效抑制 cytochrome c從粒線體釋出，而粒線體內容物的是放被認為與粒線體膜上的 粒線體滲透性轉運孔通道（MPTP）有關，此通道為PTPC蛋白質複合體，他 是由外膜VDAC、hexokinase、creatine kinase （CK）、peripheral benzodiazepine receptor（PBR）、內膜ANT和cyclophilin D構成⁽⁶⁹⁾，若此通道打開會造成粒 線體內膜兩側的H⁺梯度消失、粒線體膜電位下降、matrix滲透壓增高，造成 粒 線 體 漲 大⁽⁷⁰⁾。 Bax 可 與 PTPC 一 起 作 用 使 PTP 通 透 性 增 加 ， 繼 而 釋 放

cytochrome c⁽⁷¹⁾。或是當粒線體面臨過多的鈣離子累積；粒線體氧化壓力增 加或膜電位下降，都會打開MPTP因而引發粒線體膜上的凋亡相關蛋白的釋 放。例如：cytochrome c、AIF和Endo G且引發下游caspases反應，使細胞走 向細胞凋亡。另外還有一群蛋白分子稱為IAPs，具有高度保留性存在各種物 種中，人類的IAPs主要有XIAP、c-IAP1等，他們會抑制caspase-3、-7和-9。

其中以XIAP在細胞凋亡中抑制caspase最顯著，阻止凋亡小體的形成⁽⁷²⁾。AIF 是一種flavoprotein，當細胞走向凋亡過程中，AIF會從粒線體釋出至細胞質 中，再轉位入細胞核中，啟動caspase-independent pathway，使染色質濃縮、

粒線體膜電位去極化，最後使細胞走向凋亡⁽⁷³⁾。有研究指出，當細胞內鈣離 子濃度增加時會促使粒線體釋出AIF，造成細胞凋亡的啟動⁽⁷⁴⁾。

圖2-4 粒線體MPTP組成結構示意圖⁽⁷⁵⁾

圖 2-5 粒線體在細胞凋亡路徑中扮演的角色⁽⁶⁶⁾

2. 外在路徑 (extrinsic pathway)：

外在路徑又稱死亡受器路徑，目前有6種死亡受體接受器被發現-Fas

（CD95）、tumor necrosis factor receptor 1（TNF-R1）、tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand receptor（TRAIL-R1 or DR4）、TRAIL-R2

（DR5）、Death receptor 3（DR3）、Death receptor 6（DR6）⁽⁷⁶⁾。主要是 經由活化細胞膜上的死亡受器蛋白，死亡受器蛋白會其配體連結，再裂 解活化caspase-8，再活化caspase-3，造成細胞走向凋亡。

另一方面caspase-8也會活化Bid，Bid會再轉位至粒線體上，導致粒線體 膜電位下降，造成細胞死亡⁽⁷⁶⁾。

三、內質網壓力(ER stress)： Ca²⁺-ATPase轉運蛋白，另外還有許多鈣離子相關的分子伴護質 (chaperone)：

GRP78-HSP70、GRP94-HSP90，這些蛋白可以幫助其他蛋白穩定摺疊成形。若 是細胞受到許多外界因素干擾或壓力 (ex：缺氧、氧化傷害、高油脂飲食、高血 糖症、病毒感染…等等)，將會造成內質網上堆積許多未折疊完全的蛋白質 (unfolded protein)，而這些未成熟的蛋白質將會對細胞形成壓力並產生一種稱作 未摺疊蛋白反應UPR (unfolded protein respone)⁽⁷⁷⁾，ER stress所誘發的UPR又分為 三種effector功能:適應反應、警告反應、細胞凋亡⁽⁷⁸⁾。一開始的是想要維持ER內 mitogen-activated protein kinases (MAPKs)，Jun N-terminal kinase (JNK)，p38 MAPK，nuclear factor-κB (NF-κB)。最後ER stress所誘導的細胞死亡或凋亡可能 是經由caspase-dependent apoptosis and caspase-independent necrosis。

此外ER stress也會誘發細胞自體吞噬作用⁽⁸⁰⁾，在這裡我們探討UPR訊息傳遞 在細胞凋亡中各相關蛋白之表現量。當內質網中的未摺疊蛋白累積越多，便會產

生GRP78這類伴護質幫助蛋白質摺疊。當GRP78釋出即會啟動UPR。當UPR啟動 後可能直接活化一些未摺疊完全蛋白質。像PRKR-like endoplasmic reticulum kinase (PERK)、activating transcription factor 6 (ATF6)、inositol-requiring kinase1 (IRE1)，這些重要的轉膜訊息蛋白在ER stress下也有改善蛋白質摺疊錯誤的功 能。IRE1α可活化caspase-4以及轉錄後修飾XBP-1蛋白的表現，還有caspase-4已 被 當 成 是 ER stress-induced apoptosis 的 重 要 指 標 ， 最 後 造 成 細 胞 自 體 吞 噬 (autophagy)而死亡⁽⁸¹⁾。ATF4, XBP1 and ATF6這些蛋白都在C/EBP homologous protein (CHOP)-GADD153的基因上轉碼，而CHOP又調節著Bim、Bcl-2基因的表 現。且p38 MAPK、JNK也都可調控CHOP的活性^{(82, 83)}，故內質網確實與細胞死 亡有非常密切的關係。

圖 2-6 內質網壓力下，UPR (unfolded protein respone)相關訊息傳導路徑。⁽⁸⁴⁾