全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 17卷 第 5期
2005年 10月
Vol. 17, No. 5
Oct., 2005
Bcl-2家族中唯BH3域蛋白的研究进展
赵小平，钱关祥*
（上海第二医科大学生物化学和分子生物学教研室人类基因治疗研究中心，上海 200025）
摘　要：Bcl-2家族蛋白质在细胞凋亡的调控机制中起着重要的作用，该家族包括唯BH3结构域的蛋白
质(only BH3 domain protein)，如 Bid、Bik、Puma、Nova、Bmf等。随着凋亡研究的深入，在哺
乳动物中现已发现 10 多种唯 BH3 结构域的蛋白质，并且在凋亡中发挥重要的作用。本文主要论述唯
BH3域蛋白的作用机制及其应用的研究进展。
关键词：细胞凋亡；B H 3 结构域；线粒体
中图分类号：Q255; Q51　　文献标识码：A
Advance in research on BH3 -only protein of Bcl-2 family
ZHAO Xiao-Ping, QIAN Guan-Xiang*
(The Research Center of Human Gene Therapy, Department of Biochemistry and Molecular Biology, Shanghai Second
Medical University, Shanghai 200025, China)
Abstract: Apoptosis is the physiological process used by an organism to selectively eliminate cells that are no
longer needed, or have been damaged, or are dangerous. A central role in the control of apoptosis is played by
the Bcl-2 family of proteins.This family includes a kind of protein which has only BH3 domain, such as Bid,Bik,
Puma,Bmf and so on.Now researchers have found more than ten kinds of only BH3 domain protein.Meanwhile,
these proteins are key members in Bcl-2 family to regulate apoptosis.
Key words: apoptosis;BH3 domain;mitochondria
文章编号 ：1004-0374(2005)05-0411-03
收稿日期：2005-03-14；修回日期：2005-07-21
基金项目：国家自然科学基金( 3 0 4 0 0 5 3 6 )；上海科学技术委员会科研计划项目( 0 4 J C 1 4 0 4 1 )；“9 7 3”项目
(2004CB518804)
作者简介：赵小平( 1 9 7 9 —)，男，博士生；钱关祥( 1 9 4 8 —)，男，博士生导师，教授，* 通讯作者。
凋亡是一种受到高度调节的细胞死亡机制，在
正常细胞生长和组织平衡中起到关键的作用，通过
这种细胞的程序性死亡维持机体的稳态。这种机制
的失衡可能导致许多疾病的产生，如肿瘤的发生以
及神经退行性变等。许多肿瘤之所以能抵抗化疗等
常规治疗措施，原因之一是由于细胞凋亡机制无法
正常发挥作用[1]。在细胞的凋亡调节中，Bcl-2家
族成员发挥着关键的作用。Bcl-2家族成员都含有
1~4个 Bcl-2同源结构域(BH1~4)，并且通常有一个
羧端跨膜结构域(transmembrane region，TM)，其
中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3是与促
进凋亡有关的结构域。该家族主要由两类蛋白质组
成：( 1 )诱导凋亡的蛋白质，如 B a x、B ik、B a k
和 Bad等；(2)抗凋亡的蛋白质，如 Bcl-2和 Bcl-Xl
等。近几年将只含有BH3结构域的蛋白质归为第三
类——唯 BH3域蛋白(only BH3 domain protein)，如
Bcl-2相互作用杀伤蛋白(Bcl-2 interacting killer, Bik)、
BH3结构域凋亡诱导蛋白(BH3 interacting domain
death agonist, Bid)、“损伤蛋白”(Noxa)、p53正
向细胞凋亡调控因子(p53 upregulated modulator of
apoptosis, Puma)等。BH3结构域普遍存在于Bcl-2家
族的成员中，如Bax和Bak即通过BH3结构域介导
412 生命科学 第17卷
蛋白质与蛋白质间相互作用促进细胞凋亡。因此，
BH3结构域是一种能使诱导凋亡蛋白质与抗凋亡蛋
白质相结合的重要结构域。
1　唯BH3域蛋白的作用机制
1.1　唯BH3域蛋白与其他抗凋亡蛋白质
1.1.1　定位　目前研究认为，Bcl-2家族的成员多
数定位于线粒体、内质网等细胞器，唯 BH3域蛋
白也不例外。唯 BH3域蛋白定位到相应的细胞器
后，通过蛋白质与蛋白质间的相互作用抑制或激活
凋亡相关的蛋白质，达到对凋亡的调节作用[2]。
1.1.2　活化机制　唯BH3域蛋白在同Bcl-2或Bcl-Xl
结合之前有可能需要先转变为活性形式，如 Bik，
其33位的苏氨酸和35位的色氨酸被酪蛋白激酶2磷
酸化，磷酸化的 Bik是其活性形式，而且 Bik磷酸
化后与抗凋亡蛋白质的亲和力也明显提高[3]。Bid在
磷酸化后反而成为失活的状态，Bid的激活是通过
Caspase的剪切成为具有活性的 tBid(truncated Bid)[4]。
因此，不同的唯BH3域蛋白激活方式不尽相同，其
下游的信号转导途径也可能不同。
1.1.3　蛋白质间相互作用机制　唯BH3域蛋白在激
活后主要通过蛋白质－蛋白质相互作用来调节凋亡。
Bik通过 BH3结构域能同 Bcl-2、Bcl-X1、Bcl-w、
EBV-BHRF1和腺病毒的EIB-19K等抗凋亡蛋白质形成
稳定的聚合物，抑制这些蛋白质的抗凋亡作用[5]。
将BH3结构域从Bik中去掉后，Bik即失去诱导凋亡
的作用。对 Bcl-Xl三维结构的研究显示，Bcl-Xl通
过 BH1~4结构域形成一个疏水性袋，而 Bid、Bik
利用其BH3结构域形成一个两性的α螺旋结构，在
α螺旋－疏水性袋的介导下两者结合[3,6~7]。BH3结
构域不但介导蛋白质间的聚合，而且拮抗凋亡[3]，
可见在 Bcl-2家族中 BH3结构域是个关键的“死亡
结构域”。BH3结构域在Bcl-2家族是个普遍存在的
结构域，部分抗凋亡蛋白质或者诱导凋亡蛋白质也
含有该结构域，但发挥的作用各不相同。有可能该
结构域与蛋白质三维结构的形成密切相关，BH3结
构域在结构中位置不同，发挥的功能也相应改变。
1.2　唯BH3域蛋白与线粒体
在细胞凋亡中一个关键的事件，线粒体的细胞
色素 c释放入胞质，同时也伴随着线粒体促凋亡蛋
白质(second mitochondrial activator of caspase, Smac)
和凋亡诱导因子(apoptosis-inducing factor, AIF)的释
放。这些凋亡相关的物质主要通过线粒体通透性转
移孔道(permeability transition pore, PTP)释放到胞质。
Bcl-2家族中的抗凋亡蛋白质Bcl-2和BCL-Xl能阻止
PTP的开放。包括唯BH3域蛋白在内的诱导凋亡的
蛋白，促进 P TP 的开放。 抗肿瘤药物多柔比星
(Doxorubicin)的研究表明，在Doxorubicin诱导的肿
瘤细胞凋亡过程中，Bik作为一种上游的调控信号
促使 Bax和 Bak转变为活性形式，Bax和 Bak被激
活后定位于线粒体，通过开放 PTP释放细胞色素 c
激活 Caspase9，继而激活下游的信号转导途径。在
Caspase8的剪切作用下，Bid被加工为活性形式
tBid。不同的唯BH3域蛋白激活线粒体 PTP开放的
机制各不相同。
1.2.1　Puma、Noxa的诱导机制　Puma、Noxa被
激活后移位到线粒体，促进位于线粒体外膜上的
Bcl-2家族中促凋亡分子 Bax、Bak等形成 PTP，细
胞色素 c，AIF等物质可以由此通道从线粒体的内外
膜间隙到达胞质，激活下游信号转导途径。
1.2.2　Bik的诱导机制　Bik诱导细胞色素c的释放不
同于其他唯 BH3域蛋白。Bik的 C末端含有一个跨
膜结构域(transmembrane domain, TM)，TM结构域
将Bik定位于内质网，Bik通过内质网间接的诱导线
粒体细胞色素 c的释放。Germain等[8]将该 TM结构
域换为内质网选择性的膜锚着结构域细胞色素 b5
后，Bik仍然具有诱导细胞色素 c的释放及促进凋亡
的作用。另外 Bik诱导线粒体释放细胞色素 c不能
被 Bcl-2所阻断。PTP抑制剂 BKA(bongkrekic acid)
不能阻止Bik诱导的细胞色素 c的释放，说明Bik诱
导的细胞色素 c可能在其他孔道的介导下离开线粒
体。Bik诱导细胞色素 c的释放也不依赖于Bax移位
或嵌入线粒体的外膜，当然也不排除 Bax的类似物
Bak发挥作用，因为 Bak组成性的定位于线粒体的
外膜。
1.3　唯BH3域蛋白与Caspases
唯 BH3域蛋白被激活后通过线粒体细胞色素 c
的释放激活一些 Caspases上游信号,如 Caspase8，9
和 10，这些激活的Caspases转而激活下游的执行分
子，如 Caspases3，6，7，导致对一些细胞关键
成分的降解。Tong等[1]利用腺病毒携带的 Bik转染
PC-3(前列腺癌细胞)和HT-29(结肠癌细胞)，试验显
示在完整的Bik诱导下可以观察到Caspase的活化及
多聚ADP核糖聚合酶——PARP(Poly ADP-ribose
Polymerase)的剪切等，如果去掉 Bik的 BH3结构域
则无法诱导凋亡的作用，同时也没有 PARP 的剪
切，说明Bik发挥诱导凋亡的作用是依赖Caspase途
径的。 Wang 等[6]在一个提高蛋白质对细胞膜通透
性的蛋白质(cell permeable moiety, CPM)的辅助下，
将Bak来源的BH3结构域导入HL-60细胞后，观察
到 Caspase3的激活及对 PARP的剪切，研究发现如
果用 Caspase广谱的抑制剂，如 zVAD－ fmk，可
以抑制CPM-BH3蛋白质的诱导凋亡的作用。因此，
413第5期 赵小平，等：Bcl-2家族中唯 BH3域蛋白的研究进展
BH3结构域功能的发挥可能依赖于 Caspase途径。
一些诱导凋亡的蛋白质的激活也需要 Caspase
的辅助，Bid是通过 Caspase8的剪切成为活性形式
—— tBid。至于其他的唯 BH3域蛋白 Bik和 Bim等
的激活也有可能是通过这种方式。
1.4　唯BH3域蛋白与p53
p53作为一种抑癌蛋白，在调控细胞死亡及细
胞周期方面有着重要的作用。p53在DNA损伤或者
表达特定癌基因的情况下被激活，作为一种转录因
子调控许多下游基因的表达。 Bcl-2家族的许多成员
也在 p53的调控下，Bik、Puma、Nova 就在 p53
的诱导下表达上调。Hase等[9]通过研究BCR(B细胞
受体)诱导的细胞凋亡与CD24、CD27及 p53间的关
系，证明由BCR介导的B细胞凋亡过程中， p53激
活 Bik诱导 B细胞的凋亡。Germain[8]等已经证明，
在p53突变的H1299细胞用腺病毒载体导入p53，促
使 Bik表达上调。但是唯 BH3域蛋白诱导凋亡非依
赖于 p53，也有学者在 p53(-)的肿瘤细胞或动物体
内导入唯 BH3域蛋白仍然可以诱导凋亡。
2　应用前景和待解决问题
2.1　应用于基因治疗
PC-3细胞是部分抗凋亡的，而HT-29细胞是一
种难于治疗而且抗化疗的肿瘤细胞，但是用腺病毒
载体将 Bik转入这两种肿瘤细胞后发现，Ad-Bik对
于HT-29的治疗效果反而比 PC-3的效果好[1]，可见
对于肿瘤的基因治疗，Bik可以提供一种全新的思
路。体外试验显示，将来源于Bak的BH3结构域导
入HeLa细胞，也可以诱导其产生凋亡。大量表达
唯 BH3结构域的Bik就可以单独诱导凋亡，将来源
于Bak的BH3结构域导入HeLa细胞(宫颈癌细胞)也
可以诱导凋亡，说明仅BH3结构域就可以达到基因
治疗的目的。
2.2　基因治疗和常规治疗联合
目前有研究认为对于肿瘤的放射治疗效果不佳
的一个重要原因之一，肿瘤细胞凋亡机制无法正常
的发挥作用，因此导致了在放射线的诱导下肿瘤细
胞仍不能凋亡。而应用这些Bcl-2家族中的唯BH3域
蛋白后可能弥补一部分肿瘤细胞凋亡机制的缺失，
从而提高疗效。如 Bmf就是一个在UV照射下高表
达的唯BH3域蛋白。在化疗药物诱导下Puma和Noxa
也呈现高表达。这些蛋白质都可以应用于对肿瘤的
联合治疗。许多化疗的药物，如 doxorubicin，在
Bik高表达下可以增强这些药物的诱导凋亡作用。
2.3　肿瘤发病机制的研究
Arena等[10]对淋巴瘤Bik基因单链构性多态性分
析及测序工作发现，在不同种类的淋巴瘤细胞中均
有着不同比例的 Bik基因的突变，这些结果说明有
可能Bik基因的突变也同这些肿瘤的发生有着密切的
关系。 在结直肠癌也有着 Bik基因的突变。因此通
过基因治疗的手段来弥补这些肿瘤BH3结构域蛋白
质的缺失或失活，可能在治疗这些肿瘤方面起到一
定的作用。
2.4　待解决问题和今后的研究方向
凋亡是体内一种高度复杂和受着严格调控的细
胞程序性死亡机制，涉及许多信号转导通道，无论
研究其中任何一个相关蛋白质都无法脱离这个纵横
交错网状调控机制。因此对于唯BH3域蛋白功能的
研究依然有许多问题有待解决。在凋亡的信号转导
通路上这些唯BH3域蛋白处于何等地位？许多Bcl-2
家族蛋白质都有 BH3结构域，然而不同 Bcl-2家族
成员的BH3结构域却起着不同，甚至可能是几乎相
反的作用，具体原因仍不清楚。在蛋白质间相互作
用机制和凋亡信号转导通路上深入研究唯BH3域蛋
白可能解决上述的问题。
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