鲜血。2008年4月1日；111(7): 3322–3330.
ASH 50周年回顾
Bcl-2家族蛋白与血液恶性肿瘤：历史与未来展望
11伯纳姆医学研究所，加利福尼亚州拉霍亚
通讯作者。 2007年9月11日收到；2007年11月5日接受。
摘要
BCL-2型是第一个发现的抗死亡基因，这是一个里程碑，有效地开创了细胞死亡研究的新纪元。自20多年前发现以来，已鉴定出人类Bcl-2凋亡调节蛋白家族的多个成员，包括6个抗凋亡蛋白、3个结构相似的促凋亡蛋白以及作为上游激动剂或拮抗剂起作用的几种结构多样的促凋亡相互作用蛋白。Bcl-2家族蛋白调节所有主要类型的细胞死亡，包括凋亡、坏死和自噬。因此，它们作为与生物学和医学具有广泛相关性的多条路径交汇处的节点发挥作用。Bcl-2因其最初在B细胞淋巴瘤中的发现而得名，该淋巴瘤中染色体易位通常激活BCL-2型原癌基因赋予B细胞选择性生存优势，促进其肿瘤扩展。通过对Bcl-2的研究，建立了缺陷程序性细胞死亡导致恶性肿瘤的概念，这代表着当前对肿瘤发生的理解向前迈出了重要一步。针对Bcl-2家族mRNAs或蛋白质的实验性治疗目前正在临床测试中，这给人们带来了一类新的抗癌药物即将问世的希望。
介绍
细胞死亡可以是生理性的，也可以是病理性的。尽管数百年来医学一直关注病理性细胞死亡，但程序性细胞死亡的发现为细胞死亡研究领域注入了新的活力，并在生理学和医学的多个领域取得了重大进展。动物物种的生理性细胞死亡通常通过一种通常称为“凋亡”的机制发生，通常涉及细胞内蛋白酶（称为半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶）的激活。1半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶介导的蛋白水解事件给濒临死亡的细胞带来了特征性的形态学和超微结构变化，从而定义了凋亡表型。凋亡的特征包括细胞收缩、质膜起泡而不丧失完整性、核分裂和染色质凝集。在体内，凋亡细胞在破裂前通过吞噬作用被清除，即使它们从体内清除，也能维持ATP和离子的稳态。
据估计，成年人每天平均产生并同时清除约600亿个细胞，其中新细胞由细胞分裂形成，旧细胞由凋亡消除，因此在正常情况下达到平衡。这种在出入口控制细胞数量的能力使我们的身体能够更快地对压力作出反应，例如在急性感染时增加白细胞计数。在这方面，造血生长因子（如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、粒细胞-细胞刺激因子、白细胞介素-3）通常会传递信号，用于造血祖细胞的扩增和分化，以及延长白细胞的存活时间，从而促进新细胞的产生并延长现有细胞的存活时间，从而实现白细胞数量的快速增加。
负责成人组织内稳态的途径受Bcl-2家族蛋白的显著控制，但并不完全受其控制。2在大多数组织中，参与日常程序性细胞死亡的中枢途径涉及线粒体，线粒体是产生能量的细胞器，在细胞生命和死亡中起着关键作用。三一些Bcl-2家族蛋白，包括抗凋亡和促凋亡蛋白，具有插入线粒体外膜的C末端跨膜结构域。促凋亡Bcl-2系列蛋白，如Bax和Bak，可诱导线粒体外膜通透性（MOMP），导致caspase激活蛋白和其他细胞死亡介质的释放，而抗凋亡蛋白如Bcl-2则充当外膜的守护者，并通过对抗Bax和Bak来保持其完整性。凋亡细胞死亡的其他非线粒体途径也存在，包括由肿瘤坏死因子家族死亡受体调控的途径，如Fas，体内淋巴稳态的重要调节器。然而，在某些类型的细胞中，即使是死亡受体途径（“外源性途径”）也会通过胱天蛋白酶介导的Bid（Bcl-2/Bax家族蛋白的内源性调节剂）的切割和激活与线粒体途径（“内源性途径”）融合。4
虽然线粒体通过释放参与caspase活化的蛋白质（如细胞色素）明显诱导凋亡c（c）)这些细胞器也是众所周知的坏死细胞死亡的介质，可中和caspase的内源性抑制剂（如SMAC、OMI/Htra2）。5例如，呼吸线粒体中的电子链运输缺陷将活性氧物种喷入细胞，导致脂质过氧化和膜损伤，从而损害正常的离子-血清学平衡，导致细胞肿胀和质膜破裂，以及溶酶体破裂和释放破坏蛋白质的水解酶，核酸和脂质。Bcl-2家族蛋白也调节线粒体的坏死作用。6调节点可能与Bcl-2家族蛋白控制线粒体外膜通透性的能力有关，例如细胞色素的丢失c（c）来自线粒体中断了复合物III和IV之间的电子链运输（尽管这一概念受到了挑战）。7此外，一旦下游半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶被激活，它们可以裂解复合物I正常功能所需的蛋白质。8MOMP还释放一些导致非凋亡细胞死亡的蛋白质，包括DNAse、核酸内切酶G和凋亡诱导因子，据报道，这是一种进入细胞核并促进基因组破坏的黄素蛋白。9或者，Bcl-2家族蛋白可能有其他迄今为止尚不清楚的与线粒体内膜沟通的方式，以影响线粒体生物能量学并控制非凋亡细胞死亡。10尽管有机械细节，但底线是，即使使用广谱化学抑制剂中和半胱天冬酶，抗凋亡蛋白（如Bcl-2）仍会保护，促凋亡蛋白（例如Bax）也会杀死，这表明Bcl-2家族蛋白控制半胱天酶激活上游的细胞死亡检查点，因此，它们可以同时控制凋亡（caspase依赖性）和非凋亡（cascase非依赖性）细胞死亡。
众所周知，抗凋亡Bcl-2家族蛋白在缺乏其专性生长因子时能够延长生长因子依赖细胞的存活时间。事实上，Bcl-2的抗凋亡功能首次在基因转染研究中被阐明，其中白细胞介素-3依赖的小鼠造血细胞被证明停止分裂，但当Bcl-2组成性过度表达时，在缺乏白细胞介剂-3的情况下存活较长时间。11生长因子缺乏也会导致营养素缺乏，因为细胞表面葡萄糖转运蛋白和氨基酸转运蛋白的表达依赖于它们。长时间的营养剥夺引发自噬，自噬是分解代谢大分子和细胞器的进化保守反应，从而产生ATP生成底物。12,13自噬最初是为了延长细胞存活时间，但当达到极端时，它似乎会导致细胞死亡。Bcl-2和Bcl-XL（左）通过结合蛋白Beclin（ATG7）抑制自噬，14,15哺乳动物自噬系统的重要组成部分，标志着自噬小泡与溶酶体融合以消化和回收成分。
Bcl-2的抗自噬功能已经从线粒体位置分离出来，14其中通常存在相当比例的抗凋亡Bcl-2和相关蛋白。16在这方面，Bcl-2家族蛋白对内质网中的几个蛋白质和过程具有调节作用，包括那些影响未折叠蛋白反应（UPR）的蛋白质和过程。17UPR是一种进化上保守的适应性机制，检测内质网管腔中未折叠蛋白的积累，诱导伴侣和转运蛋白努力恢复体内平衡，至少部分是通过未折叠蛋白逆行运输到胞浆中进行泛素化和蛋白酶体介导的破坏来实现的。18鉴于伴侣介导的自噬补充了蛋白酶体对错误折叠蛋白质的依赖性破坏，是处理缺陷蛋白质的另一个主要途径，19人们很容易推测，Bcl-2家族蛋白进化出了额外的功能，在细胞应激期间发挥作用，使平衡朝着生存或死亡的方向倾斜。事实上，持续的内质网应激诱导caspase依赖性和caspase非依赖性细胞死亡程序，这些程序由Bcl-2家族蛋白调节。17因此，总的来说，Bcl-2家族蛋白控制着参与凋亡、坏死和自噬的细胞路径().
Bcl-2抑制细胞凋亡、坏死和自噬.ROS表示活性氧物种；细胞色素c-c（c）; EndoG，核酸内切酶G；AIF，凋亡诱导因子；和凋亡蛋白抑制剂IAP。
Bcl-2研究的里程碑：简史
当我们纪念血液从历史角度探讨Bcl-2家族蛋白及其在血液学中的作用似乎是合适的。此外，对Bcl-2研究中的一些里程碑的简要历史记录有助于说明这些蛋白质的一些重要功能和机制。许多关于Bcl-2和相关蛋白的首次观察是在造血和淋巴系统或源自这些细胞的恶性肿瘤的背景下进行的。然而，尽管本次审查以血液学为中心，但篇幅有限，无法引用所有贡献者和所有贡献者，对此我深表歉意。
BCL-2型造血系统恶性肿瘤中的基因激活
克隆人的部分BCL-2型Tsujimoto等人于1985年首次报道了该基因，20他从非霍奇金淋巴瘤中观察到的t（14；18）染色体易位中克隆了断点。在这些移位中BCL-2型该基因与免疫球蛋白重链位点（IgH）融合，使其并列BCL-2型受IgH增强子控制的基因，从而失调BCL-2型转录水平的基因表达。与IgH基因位点相关的体细胞超突变机制通常会导致BCL-2型基因发生突变，可能进一步失调表达，也可能导致Bcl-2蛋白编码区的点突变，21其中一些具有功能意义，但不是抑制凋亡所必需的。1986年，Tsujimoto等人成功克隆了Bcl-2转录物的cDNA22随后不久由Cleary等人，23推导Bcl-2蛋白的氨基酸序列。当时，唯一被认可的与其他蛋白质的同源性是BHRF，这是EBV中的一个开放阅读框，23几年后的一项观察结果将被各种研究所证实，这些研究表明EBV和一些疱疹病毒家族病毒含有功能性Bcl-2同源物。241992年，Hanada等人25描述了高水平的BCL-2型大多数慢性淋巴细胞白血病（CLL）的基因表达与基因低甲基化相关。然而，直到2005年，Cimmino等人26那个BCL公司-2 B细胞中的基因表达通常受到内源性microRNA（miRs）的抑制，而编码这些调节性非编码RNA的基因(15百万兰特,16百万兰特)70%以上的CLL突变导致其缺失或失活。miR-介导的对BCL-2型首次明确阐明了人类肿瘤抑制的miR依赖机制。除了染色体易位作为激活BCL-2型1997年人类恶性肿瘤中的基因BCL-2型在非霍奇金淋巴瘤中发现基因扩增。27
Bcl-2的细胞保护功能
1988年，Reed等人首次证明了Bcl-2的致癌潜能，28证实Bcl-2是真正的原癌基因。此后不久，Vaux等人发现了Bcl-2的抗凋亡活性，11这是Bcl-2研究的里程碑，为接下来20年的工作奠定了基础。1989年，McDonnell等人报道了第一只Bcl-2转基因小鼠，29显示体内Bcl-2的组成性过表达导致B淋巴细胞的多克隆积累，这是延迟程序性细胞死亡的结果，并重现了通常携带t（14；18）易位的人类滤泡淋巴瘤的组织学特征。1990年，Reed及其同事利用反义方法首次证明了敲低Bcl-2表达可诱导白血病细胞死亡并抑制体内白血病生长。30,311991年，bcl-2基因基因敲除小鼠由Sentman等人，32揭示了Bcl-2对淋巴细胞和黑素细胞出生后存活的要求，这些观察结果将影响人类临床试验中Bcl-2靶向治疗试验适应症的选择。
1992年，Vaux等人提出了Bcl-2控制进化上保守的调节程序性细胞死亡的途径的概念33他们证明人类Bcl-2在突变蠕虫中的异位表达(秀丽隐杆线虫)可以挽救程序性细胞死亡的缺陷。后来，在1994年，Hengartner和Horvitz克隆了导致这些突变蠕虫（Ced9）细胞过度死亡的缺陷基因，34证明了至少控制细胞凋亡的细胞机制的某些元素在动物界中高度保守。Kane等人延续了机制进化守恒的主题，351993年，他报告称人类Bcl-2甚至可以保护酵母(酿酒酵母)在某些情况下。这项工作，以及Zhong等人的工作，36还显示了一些早期迹象，表明Bcl-2可以抑制凋亡和坏死细胞死亡，重点是神经细胞死亡模型。
Bcl-2对化疗产生耐药性
BCL-2型Yunis等人于1989年提出，基因重排与大细胞非霍奇金淋巴瘤预后不良相关，37随后，一项观察结果被几个组证实并扩展到免疫组化检测Bcl-2蛋白升高。38–41虽然暗示Bcl-2以不利的方式改变了淋巴瘤的生物学行为，但宫崎骏和里德在1992年的报告中直接指出了Bcl-2与细胞毒性抗癌药物耐药性之间的实验联系42和1993年，43表明Bcl-2在各种淋巴细胞系中的稳定过表达可对多种DNA损伤药物、抗微管药物、核苷类似物和糖皮质激素产生耐药性，并以Sentman等人的工作为基础，32他表明，Bcl-2可以防止胸腺细胞中多种细胞死亡刺激诱导的细胞死亡。研究结果表明，Bcl-2在大多数抗癌药物使用的保守细胞死亡途径中的远端点起作用，并揭示了一种新形式的化疗耐药，与先前确定的涉及药物外排、药物代谢、药物失活和相关机制的机制不同。此后不久，Campos等人44,45研究表明，高水平的Bcl-2与急性髓细胞白血病（AML）患者对化疗的耐药性有关，靶向Bcl-2 mRNA的反义寡核苷酸提高了AML细胞对阿糖胞苷（AraC）的体外敏感性。总之，这些研究和许多其他临床相关研究加强了血淋巴恶性肿瘤中Bcl-2和化疗耐药性之间的联系，对一些实体肿瘤，如前列腺癌，也有类似的结果。46,47然后，在1997年，Webb等人报道了Bcl-2靶向治疗的第一个1期临床试验，48一项关于反义硫代磷酸寡核苷酸的研究表明，该寡核苷酸在难治性淋巴瘤患者中具有良好的活性，并有望中和Bcl-2，从而恢复恶性细胞的凋亡敏感性并促进其死亡。
Bcl-2家族蛋白的作用机制
该家族的几个成员在其C末端含有一段疏水残基，据不同报道，这对其功能很重要。1987年和1989年，Tsujimoto等人的报告49和Chen-Levy等人50各组分别确认Bcl-2是一种完整的膜蛋白，存在于细胞膜中。然后，在1990年，Hockenberry等人发现了Bcl-2与线粒体的联系51Bcl-2对线粒体活性氧（ROS）生成的抑制作用与细胞程序性死亡有关。1994年，Newmeyer等人首次在体外重建了Bcl-2依赖性细胞死亡途径52使用非洲爪蟾提取物表明Bcl-2介导的保护依赖于线粒体53表明线粒体膜电位的丧失是与凋亡相关的早期事件，Bcl-2可抑制线粒体膜电位。随后，在1996年，Liu等人54和Li等人55确定的细胞色素c（c）作为线粒体与凋亡之间的主要联系，结合并激活细胞质caspase激活蛋白Apaf1。Bcl-2首次被证明抑制细胞色素c（c）Yang等人于1997年从线粒体中释放56这一观察结果很快得到了许多其他小组的证实。大约在这个时候，Wolter等人57和Nechushtan等人58证明了Bcl-2家族蛋白在细胞质和线粒体之间的动态运输，并阐明了一种途径，即细胞质中潜在的Bax发生构象变化，诱导其插入线粒体膜，这一过程被Bcl-2抑制。57,58
1997年，Bcl-X的三维（3D）结构L（左）由Muchmore等人测定59和费西克，60首次揭示了几个Bcl-2家族成员与细菌毒素的孔形成域具有惊人的结构相似性，并引发了一系列后续研究，证明了Bcl-X的能力L（左）在合成膜中形成离子通道。61–63Bcl-2和Bax如何具有本质上相同的3D蛋白质折叠仍是一个谜64但对细胞死亡的影响却截然相反。可能与它们相反的活性最相关的是线粒体膜中Bax的齐聚（Eskes等人65和Wei等人662000年），与MOMP一致。Bcl-2不在线粒体膜中寡聚，而是阻断Bax寡聚。Wei等人662000年表明，BH3-only蛋白Bid是Bax齐聚的激动剂。2002年，Kuwana等人67在合成脂质体中重组Bax孔，表明Bax可以被Bid BH3肽诱导齐聚，从而在体外渗透脂质体。因此，Bax和结构相关的促凋亡蛋白（Bak，Bok）被假设在线粒体膜寡聚化时单独或与常驻线粒体蛋白结合形成蛋白质或脂质孔，从而允许细胞色素逃逸c（c）以及来自这些细胞器的其他蛋白质（Reed综述68). 同时，在2001年，Wei等人对小鼠进行了基因消融研究69证明Bax或Bak对MOMP是必需的，从而将这些形成孔的促凋亡蛋白确立为控制线粒体膜通透性的远端元件，从而控制哺乳动物细胞死亡线粒体途径中的生/死决定().
哺乳动物Bcl-2家族蛋白在线粒体膜上的功能相互作用.
在早期观察到Bcl-2家族蛋白对线粒体膜通透性的影响的同时，研究Ced-9、秀丽CBcl-2的同源物，1997年报道Ced-9直接结合并抑制Ced-4，即半胱天冬酶激活Apaf-1的同源物。70–72然而，随着Bruey等人73Bcl-2结合并抑制NLR家族成员NALP1，一种类Apaf1的炎症半胱天冬酶激活剂。1998年，Liang等人74描述了Bcl-2与Beclin的相互作用，Beclin是一种蛋白质，后来被认为是哺乳动物细胞自噬机制的关键组成部分，从而将Bcl-2和抑制自噬联系起来。14
促凋亡Bcl-2家族成员作为肿瘤抑制剂
Miyashita等人提出了促进细胞凋亡和抑制肿瘤之间的重要联系75宫下和里德76分别于1994年和1995年发现p53直接结合并抑制行李基因表达，从而揭示了这一重要肿瘤抑制剂的第一个促凋亡靶点。此后，Bcl-2家族的多个促凋亡成员，包括Bid、Puma和Noxa，被证明是p53的直接靶点，任何特定家族成员的相对重要性取决于细胞谱系和细胞环境。77–79人类研究首次发现任何促凋亡Bcl-2家族基因的功能缺失突变行李Rampino等人在结肠癌中的基因801997年及以后还观察到造血系统恶性肿瘤。81大约在这个时候bax（巴克斯）−/−Yin等人的小鼠82发现该促凋亡基因在体内抑制肿瘤发生，从而确立Bax作为肿瘤抑制因子的地位。最近，Chipuk等人观察到p53与促凋亡和抗凋亡Bcl-2家族蛋白的细胞溶质相互作用83和Deng等人，84分别直接调节Bax和Bcl-2的活性，表明p53在转录和转录后水平上调节Bcl-2家族。
Bcl-2家族蛋白相互作用网络：二聚化和药物发现
随着20世纪90年代中期发现更多促凋亡和抗凋亡成员，Bcl-2家族的成员不断增加，保守序列同源性的区域被精确定位，并给出了不同的标准，这与Yin等人提出的命名法一致85Bcl-2同源（BH）域。今天，我们最多可以识别4个BH域。人类Bcl-2家族的所有抗凋亡成员都含有BH1、BH2、BH3和BH4。抗凋亡Bcl-2中BH1和BH2的突变研究表明，Bax的同源和异源二聚体化具有重要意义。85Chittenden等人于1995年首次确定了与抗凋亡Bcl-2家族蛋白二聚化所需的促凋亡蛋白的基本基序，86后来被称为BH3（Bcl-2同源域3）。随后，发现了几种促凋亡蛋白，它们仅在BH3结构域中具有序列同源性（“仅BH3”蛋白），并且依赖于BH3结构域结合Bcl-2或Bcl-XL（左）包括Bid、Bim、Hrk、Bik、Puma、Noxa、Bcl-GS、Bmf、Bnf、Mule和可能的Spike（由Strasser审查87). 这些BH3-only蛋白以与BH3-依赖性结合相关的BH3-依赖方式一致作为抗凋亡Bcl-2家族蛋白的拮抗剂。BH3-only蛋白与一组较小的促凋亡蛋白不同，后者包含BH1、BH2和BH3（有时称为“多域”），包括哺乳动物中的Bax、Bak和Bok。一些BH3-only蛋白（即Bid、Bim、Puma）具有双重功能，既可以作为抗凋亡Bcl-2家族成员的拮抗剂，也可以作为促凋亡多域蛋白Bax和Bak的激动剂。
直到Muchmore等人59解决了Bcl-2家族成员Bcl-X的第一个3D结构L（左），1996年，然后阐明了Bcl-X复合物的结构L（左）1997年使用Bak生产的BH3肽。88这些具有开创性的研究表明，BH3肽是一种由大约16到20个氨基酸组成的两亲性α-螺旋，与抗凋亡Bcl-2家族蛋白表面的疏水囊结合，从而揭示了家族亲凋亡和抗凋亡成员拮抗作用的结构基础，并为后续基于用结合同一口袋的化合物模拟BH3肽的药物发现策略奠定了基础。89Wang等人描述了基于这一概念的第一种Bcl-2化学抑制剂902000年，世卫组织使用基于结构数据的计算建模方法。自那时以来，多种方法成功地鉴定和合成了抗凋亡Bcl-2家族蛋白的化学拮抗剂，其中一些目前正在临床试验中（由Reed和Pellecchia审查91).
翻译后修改
许多蛋白质受翻译后修饰的调控，Bcl-2家族蛋白也不例外。迄今为止，磷酸化、蛋白水解、泛素化、肉豆蔻酰化和脱酰胺都是Bcl-2家族蛋白质翻译后修饰的记录。May等人于1994年首次报道了Bcl-2的磷酸化，92最初的报道称它是抑制性的，尽管后来描述了刺激作用93-一个尚未解决的问题。促凋亡Bcl-2家族蛋白的磷酸化可以中和（如BAD）或增强（如BIM）其功能。Bcl-2家族成员翻译后修饰的生化和功能分析还需要做更多的工作。
Bcl-2的双重表型
Bcl-2因其抑制凋亡的能力而广为人知，但早在1996年就有迹象表明该蛋白也可能参与诱导凋亡。941997年，Cheng等人95揭示了Bcl-2从保护者转化为杀伤者的第一种机制，表明通过半胱氨酸蛋白酶介导的切割对N末端序列的蛋白水解去除会改变Bcl-2的表型。值得注意的是，易位基因突变BCL-2型在人类淋巴瘤中发现了等位基因，这些等位基因可以清除半胱氨酸蛋白酶裂解所需的天冬氨酸残基，21这表明一些肿瘤可能进化出避免Bcl-2“黑暗面”的策略。后来，在2004年，Lin等人96发现了另一种将Bcl-2转化为杀手的机制，表明孤儿核受体Nur77可以被诱导从细胞核转移到细胞质，结合Bcl-2，并诱导Bcl-2的构象变化，这可能与半胱天冬酶裂解过程中发生的变化相似，暴露Bcl-2正常埋藏的BH3结构域，使其发挥促凋亡蛋白的作用。Bcl-X的潜在类似机制已被确定L（左）2006年，Bivona等人，97表明K-Ras的脂质修饰可以促进其与Bcl-X的关联L（左）并诱导细胞凋亡。因此，取决于Bcl-2和Bcl-X所含的蛋白质L（左）相互作用，它们的表型可以从抗凋亡转化为促凋亡，揭示了这些蛋白的额外复杂性，这对过度表达这些Bcl-2家族蛋白的恶性肿瘤具有明确的治疗意义。也许表型转换是Schwartz等人最近发现化合物的基础98在Bcl-2/Bcl-X中表现出优异的细胞毒性L（左）–与对照细胞相比，细胞过度表达，并为为什么高水平Bcl-2表达有时与更好的患者预后相关提供了潜在的解释，Silvestrini等人于1994年首次在乳腺癌中观察到这一现象。99
未回答的问题
自从发现Bcl-2以来的20年里，我们对Bcl-2家族蛋白的功能了解了很多。然而，吸取的教训也告诉我们，有很多我们不了解的地方，包括（1）Bax和Bak如何渗透线粒体膜的结构细节，（2）Bcl-2家族蛋白在内质网膜中的作用，它们在内质网膜中调节钙2+并影响与细胞周期进入和ER应激相关的信号转导事件，17,100（3） Bcl-2介导的自噬抑制与组织稳态和肿瘤形成的相关性，以及（4）翻译后修饰（磷酸化、脱酰胺、蛋白水解）可以通过多种方式改变Bcl-2家族蛋白的表型。101
小鼠和人的Bcl-2家族蛋白的体内作用
虽然基因改变激活了BCL-2型原癌基因或灭活行李人类恶性肿瘤中的抑癌基因为Bcl-2家族蛋白在造血系统中的体内作用提供了重要线索，我们所知的优势来自对基因工程小鼠的研究。由于篇幅有限，我们只能对从小鼠遗传学研究中所了解到的造血系统程序性细胞死亡的调控进行一个肤浅的探讨，因此读者可以参考斯特拉瑟最近对该主题的评论87Opferman和Korsmeyer。102简言之，就基本组织内稳态而言，基因敲除研究表明：（1）Bcl-2是维持成年期外周血淋巴细胞数量所必需的，动物大约在性成熟时（可能是内源性糖皮质激素水平升高的时候）发生淋巴减少103; （2） Bax缺乏小鼠出现淋巴细胞增多症，表明这种促凋亡蛋白在成熟淋巴细胞程序性细胞死亡中的作用104; （3） Bcl-X是未成熟胸腺细胞存活所必需的105; （4） Bid基因敲除小鼠最初血液学正常，但在长潜伏期后发展为慢性粒单核细胞白血病，这表明Bid在控制某些髓系细胞群的更替中发挥作用106; （5） 促凋亡基因Bim是正确控制粒细胞存活、清除自身反应性胸腺细胞以及记忆B细胞和浆细胞（或其祖细胞）程序性细胞死亡所必需的107–110; （6） 抗凋亡Mcl-1是造血干细胞存活、T淋巴细胞和B淋巴细胞发育存活以及成熟淋巴细胞群维持所必需的111,112; （7） 促凋亡Bak有助于调节体内B细胞群的稳态烘烤−/−血小板延长了半衰期113; （8） 抗凋亡Bcl-W在髓细胞中表达，但对生存显然不是必需的114; （9） 缺陷小鼠发展为弥漫性大B细胞淋巴瘤，表明这种促凋亡蛋白在成熟B细胞中具有抑癌作用115; 和（10）A1a缺乏小鼠的中性粒细胞和肥大细胞（Bfl-1的小鼠同源物）在培养中显示加速凋亡。116,117我们还从小鼠的基因敲除研究中了解到，程序性细胞死亡缺陷可能通过干扰自身反应性淋巴细胞或其祖细胞的清除来促进自身免疫。
人类和小鼠Bcl-2基因家族某些成员的物种特异性差异使得难以将体内分析扩展到所有成员。例如，在人类中，核因子-κB诱导的抗凋亡基因BFL-1型由人类中的一个基因表示，但由分布在小鼠基因组中的4个高度同源的基因（A1a、A1b、A1c、A1d）组成，因此很难进行基因消融实验。118此外，在小鼠中，与人类最接近的同源物BCL-B公司（BCL210L）基因是女主角/喝倒采，在人类和小鼠体内具有完全不同的表达模式，其表达仅限于小鼠的生殖组织，但在人类的浆细胞和一些B淋巴细胞群体（以及其他类型的细胞）中突出。119因此，尽管女主角/喝倒采基因敲除小鼠的表型正常，120我们无法推断缺乏相应基因的人类也会如此。
Bcl-2–家族蛋白作为生命网络中的中心集合体-关键节点
虽然许多研究都集中在Bcl-2家族蛋白质的同源和异源二聚体化上，但即使不是大多数，这些蛋白质中也有许多具有其他相互作用伙伴，可以调节其活性，并将其与多种细胞途径联系起来，给人的印象是Bcl-2家族蛋白作为复杂网络中的关键节点来整合信息并做出最终的生死决定。对于研究较多的家庭成员，如Bcl-2、Bcl-XL（左）和Bax，潜在相互作用蛋白的列表几乎压倒一切(). 大多数这些非家族蛋白相互作用的结构基础尚未阐明，它们在生理学中的作用也并非总是被很好地理解，但广泛的伴侣储备表明，不同的信号、发育和代谢途径在Bcl-2家族成员身上聚合。
抗凋亡蛋白Bcl-2或Bcl-X的非家族性相互作用L（左）和促凋亡蛋白Bax或Bak（A）已报告Bcl-2或Bcl-X的所述蛋白质相互作用L（左）（B）已报告Bax或Bak的所述蛋白质相互作用。在许多细胞中，Bax以潜在（非活性）构象存在于胞浆中，57其C末端跨膜结构域折叠到蛋白质上。64Bax活化剂诱导构象变化，促进Bax插入线粒体膜，随后BH3诱导膜内齐聚。已经报道了几种调节这些步骤的蛋白质。
未来的治疗机会
20多年来对Bcl-2及其亲属的研究成果为治疗应用提供了新的策略，其中一些策略已进入人体临床测试。第一种是靶向Bcl-2 mRNA的反义寡核苷酸，在随机3期试验中显示出对CLL的潜在活性。121骨髓瘤和AML的结果并不令人鼓舞，这可能是因为除Bcl-2外，该家族抗凋亡成员的过度表达。已经描述了多种抗凋亡Bcl-2家族蛋白的化学拮抗剂，它们结合由促凋亡BH3结构域占据的同一口袋（由Reed和Pellecchia评论91). 这些化合物对6个抗凋亡分子具有不同的效力和不同的活性谱。迄今为止，至少有3种此类化合物已进入人体测试，很可能很快就会出现。似乎能转换Bcl-2、Bcl-X的化合物L（左）或者他们从保护者到杀手的亲属已经被鉴定出来，包括直接结合这些蛋白质的分子和其他触发Nur77易位的分子。122Nur77调节化合物的类似物目前正在癌症治疗的临床测试中。Bcl-2研究的这些转化方面给人们带来了希望，一类新的抗癌药物可能即将问世。鉴于Bcl-2家族蛋白在消除自身反应性淋巴细胞方面的显著作用，这些实验性治疗药物也可能应用于多种自身免疫疾病。
致谢
我感谢M.Hanaii和T.Siegfried的手稿准备工作。
这项工作得到了美国国立卫生研究院NCI-药物发现小组（CA113318）的支持，并获得了凋亡和线粒体拨款（GM60554）。
传记
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约翰·里德博士是伯纳姆医学研究所（Burnham Institute for Medical Research）的总裁兼首席执行官，该研究所是一家非营利性研究机构，拥有800多名员工，年运营预算超过1亿美元，运营地点位于加利福尼亚州圣地亚哥、圣巴巴拉和佛罗里达州奥兰多。里德博士对血液学的兴趣始于宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）的MD/PD学生，从事淋巴细胞增殖和淋巴因子的研究，并在威斯塔研究所（Wistar Institute）担任博士后研究员，研究与淋巴瘤和白血病有关的癌基因，包括抗凋亡基因BCL-2型基因——第一个被发现的抗凋亡基因。自1992年加入伯纳姆以来，里德博士的研究团队在凋亡和细胞死亡方面发表的论文比世界上任何其他实验室都多。根据里德博士的说法，“血液学是生命科学研究的极好平台，因为它为基本上所有主要的生物过程提供了杰出的模型，包括干细胞生物学和细胞分化、细胞分裂、细胞死亡、细胞迁移、细胞通讯和信号传递以及衰老。”
作者
贡献：J.C.R.是唯一作者。
利益冲突披露：作者声明没有相互竞争的财务利益。
通信地址：加利福尼亚州拉霍亚市伯纳姆医学研究所托里松树北路10901号约翰·里德（John C.Reed），邮编：92037；电子邮件：gro.mahnrub@eciffodeer公司.
工具书类
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