山东医药2013年第53卷第28期 BNIP3在细胞凋亡与自噬中的作用 徐冉 ,魏珑珑 ,李志强 ,李晓锋 ,韩丽辉 (1山东大学医学院,济南250012;2安丘市立医院) 关键词:BNIP3;凋亡;自噬;细胞 doi:10.3969/j.issn.1002—266X.2013.28.041 中图分类号:R329.2 文献标志码:A 文章编号:1002—266X(2013)28-0105-04 BNIP3属于Bel-2家族蛋白中的BH3.only亚家 ④c.末端跨膜区(TM):位于164~194位氨基酸,是 族,其结构、细胞内定位、对细胞生存的与BH3. BNIP3行使其促凋亡功能的最重要的结构域。对促 only亚家族的其他蛋白不尽相同。近年来研究发 进细胞凋亡、同源二聚化、介导BNIP3定位到线粒 现,BNIP3不仅参与细胞的凋亡,同时细胞自噬 体、活化BNIP3至关重要…。但也有相关研究提 和坏死等过程。在不同的外界环境下,其方式 示,c末端TM的同源氨基酸序列可能不是凋亡所 和作用效应也不尽相同,其方式的复杂性预示 必需的,该结构介导细胞非Caspase依赖性的线粒 着其生物学活性的多样性。阐明其作用机制对于理 体凋亡途径 J。 解和控制多种病理、生理过程具有重要意义。本文 就BNIP3在细胞凋亡与自噬中的作用作一综述。 BNIP3 1 BN鹏的结构与定位 图1 BNIP3的结构简图 1.1 BNIP3的结构 BNIP3是一种能与腺病毒 1.2 BNIP3的定位正常生理条件下,人类多种正 E1B19kD蛋白相互作用的蛋白质,BNIP3基因定位 常组织中均有BNIP3的表达,但表达量很低,仅能 于10号染色体10q26.3,包含6个外显子,基因序 从人脑细胞和骨骼肌细胞中检测到BNIP3的表 列全长585 bp,编码194个氨基酸,分子量约21 达 J,但也有部分细胞不表达BNIP3,如神经元 kD 。Bcl-2家族蛋白是参与调节细胞凋亡的主要 细胞 ;而在缺氧条件下,BNIP3的表达上调。研究 蛋白之一,所有成员的蛋白结构中包含至少1个 证实,正常脑组织细胞中BNIP3的表达定位于细胞 Bel-2同源结构域(BH1~BH4);而作为仅含BH3 核;在外界压力如缺氧的诱导下,BNIP3的表达则由 同源结构域的BNIP3,主要包含以下功能结构域_4,5 J 核转位至胞质 J。 (图1):①PEST结构域:位于54~81位氨基酸,可 在多种细胞中,BNIP3核内表达之后,绝大多数 被胞质内的蛋白酶迅速降解,是BNIP3蛋白降解的 存在于胞液或松散地结合在线粒体外膜上,当凋亡 靶位点,调节细胞内BNIP3蛋白的含量。②BH3结 信号被激活时,BNIP3从胞液转移到线粒体外膜引 构域:位于104~119位氨基酸,绝大多数促凋亡蛋 起线粒体功能障碍,最终引起细胞死亡_】, 。而当 白通过此结构域与抗凋亡蛋白(Bel-2、Be1.XL)形成 BNIP3与E1 B19K共表达时,其表达定位于细胞核, 异二聚体后发挥促细胞凋亡功能_l J,而BNIP3的此 这在多种肿瘤细胞中得到证实 J。但当细胞核中 序列与其他Be1.2家族也有所不同,BNIP3不通过此 BNIP3表达增加时,细胞死亡的数量却没有增加,这 途径形成异源二聚体,此结构域参与BNIP3介导的 可能与BNIP3和凋亡诱导因子(AIF)的相互作用有 Caspase依赖性线粒体凋亡途径。③氨基端结构域 关 。AIF是一种线粒体黄素蛋白,在外界刺激 (NH2结构域):位于1~49位氨基酸,与BH3结构 下,AIF从线粒体转移到细胞核,介导非Caspase途 域具有相似的功能,BNIP3此结构域与TM结构域 径的细胞死亡;当抑制AIF表达时,细胞凋亡的数量 在形成二聚体促进细胞凋亡中有着重要作用_1 J。 会有所减少;同时,在许多肿瘤细胞中也发现AIF的 表达水平下降。位于核内的BNIP3能够与AIF启 基金项目:山东大学大学生科技创新基金项目(2011473)。 动子结合,招募多蛋白复合物HDAC1/PSF抑制AIF 通讯作者:韩丽辉,E—mail:hanlihui@sdu.deu.cn 的转录和翻译,减少AIF介导的DNA裂解;这可以 】05 氧引起的自噬和细胞死亡时,LC3在自噬小体的定 位并未受影响,这表明BNIP3参与自噬小体一溶酶 体的融合。相反,阻断BNIP3的表达能够阻断LC3 的转化和减少自噬性的细胞死亡L2 。 3.3 mTOR通路与BNIP3介导的自噬之间的关系 研究显示,BNIP3介导的自噬能够通过roTOR通 路介导。mTOR调节许多生物过程,包括蛋白质的 翻译、核糖体的合成、自噬和代谢,并可协调细胞内 外信号。在mTOR途径中,BNIP3直接结合Rheb, 引起Rheb GTP减少,进而抑制mTORC2的功能,其 中BNIP3的TM结构域与Rheb的Cysl81相互作 用。进一步研究发现,在缺氧微环境下,BNIP3的 BH3结构域作为HIF.1的作用靶位,能与Beclin.1一 Bcl-2或Bedim—Bc1.XL复合物相互作用,通过破坏 复合物释放Beclin.1引发自噬,而不引起细胞死亡, 由BNIP3/BNIP3L介导的缺氧下的自噬是一种保护 机制,可以促进肿瘤转移_20』。常氧状态下,BNIP3 和BNIP3L的BH3结构域足以启动自噬;缺氧环境 下,BNIP3和BNIP3L(作为HIF的两个作用靶位)表 达同时受抑制时,缺氧引起的自噬才会受到抑制。 综上所述,BNIP3作为促凋亡蛋白,在正常生理 条件下不同细胞内其表达水平有所差异,并适度调 控细胞的生存与死亡;在各种外界压力下,尤其是在 缺氧条件下,细胞内高表达的BNIP3通过不同的途 径来调节细胞活动,不仅促进细胞凋亡,同时也可通 过增加细胞自噬使细胞存活,表明BNIP3很可能在 肿瘤的转移过程中发挥重要作用。BNIP3在细胞内 的作用效应和作用机制还需进一步探讨,相关研究 的深入将为肿瘤的靶向治疗提供新途径。 参考文献: [1]Ray R,Chen G,Vande VC,et a1.BNIP3 heterodimerizes with Bcl一 2/Bcl X(L)and induces cell death independent of a Bcl-2 homolo- gY 3(BH3)domain at both mitochondrial and nonmitochondrial sites[J].J Biol Chem,2000,275(2):1439-1448. 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