PDCD5

概述

PDCD5即TFAR19（TF-1 cell apoptosis related gene-19），是北京大学人类疾病基因研究中心在国际上首次克隆的一个与细胞凋亡相关基因，后经国际人类基因命名委员会建议，命名为PDCD5 ( programmed cell death 5，程序化死亡基因5) [1]。PDCD5在人类50余种组织中均有表达，并不限定于造血系统，其中在成年人的心、睾丸、肾脏、肾上腺及胎盘中高表达，而在各个胚胎组织中的表达均远低于成年人的组织。PDCD5在种属进化过程中是高度保守的基因，并且随着种属从低等到高等的进化，同源性不断增加。如酵母的PDCD5基因与人都在核苷酸水平上的同源性只有32% , 果蝇、小鼠的PDCD5基因与人的在核苷酸水平上有57%和81%的同源，而小鼠的PDCD5基因与人的在蛋白质水平上的同源性高达96%。PDCD5蛋白包含cAMP-和cGMP-依赖性蛋白激酶磷酸化位点，PKC磷酸化位点，酪氨酸激酶II激酶位点。细胞发生凋亡时，PDCD5蛋白的表达增多，并且从细胞浆中转移，向细胞核内积聚。

基因机构

PDCD5基因位于19号染色体上的19q12-q13.1位置，由6个外显子和5个内含子组成。基因全长约6kb，cDNA全长为559bp，包括polyA和AATAA加尾信号。该基因第25-399位碱基读码框架编码125个氨基酸残基的蛋白质，计算机分析及免疫印迹均证实其相对分子质量为14×104，等电点为5.65。

基因分子生物学功能

多种因素均可调控PDCD5 基因表达，如肿瘤特异性抗原（tumor specific antigen，TSA）和IFN- α可上调PDCD5，促红血细胞生成素（erythropoietin，EPO）可下调PDCD5。将真核表达载体或大肠杆菌表达的重组PDCD5 蛋白单独导入多种细胞，不能对细胞产生明显的影响，只有加入诱导凋亡的因素后PDCD5 才可发生作用，这表明PDCD5是凋亡促进剂而不是凋亡诱导剂[1-5]。

该基因编码的蛋白是一个表达广泛，但进化保守的凋亡促进分子，其保守性提示其在生命活动过程中发挥着重要的生物学作用。众多研究表明，PDCD5在发育和肿瘤发生中起着重要作用，并有可能作为肿瘤的凋亡促进剂在临床上具有潜在的应用价值。

参与的通路

PDCD5基因参与细胞凋亡途径。细胞凋亡又称为程序性细胞死亡，这是一个由基因调控的主动而有序的细胞自我消亡过程，它是指一连串连续性的不伴有炎症反应的细胞变化，最终导致细胞死亡。1972年，澳大利亚昆士兰大学的Kerr和Curry等在许多组织中发现了一种自发性细胞死亡现象，它发生于组织中散在的细胞，进展快，不易观察到，这种在许多正常组织中存在的散在不完整细胞及细胞碎片的现象就是凋亡。细胞凋亡大多数是生理性的，某些疾病刺激也可诱导细胞凋亡。凋亡细胞明显皱缩，且胞核、胞质致密化。它的突出变化就是核酸内切酶被激活并导致染色体DNA降解，产生180 -200bp 为基本单位的大小不同的片断，并最终形成凋亡小体。凋亡小体可由胞体脱落到间质，被吞噬细胞识别并吞噬。细胞调亡的生物学意义主要在于清除多余的、无用的及发育不正常的细胞、清除有害及衰老细胞。

生命有机体在生长发育过程中离不开细胞的增殖、分化和凋亡。它们相互协调，共同维持正常有机体的生长平衡，这种平衡受到外界环境因素和机体内部因素的影响；如果这种平衡被打破，细胞凋亡受抑或细胞凋亡过度，并且机体不能重新恢复平衡，将会导致某些疾病的发生，如肿瘤、AIDS、动脉粥样硬化等[6]。细胞凋亡发生的原因和途径是复杂多样的，其分子调控机制仍然需要进一步阐明。细胞凋亡的重要特点之一就是它的发生与发展是由细胞内相关基因调节控制的。随着研究的不断深入，新的凋亡调控基因不断被发现，各基因之间存在着复杂的相互关系，如图1所示。
                      
                                                                            图1 细胞凋亡的调控网络            

细胞凋亡是一个异常复杂的调控过程，大致可以分为4个阶段（如图2所示）：

第一阶段为凋亡信号转导。这阶段的特点是：多样性、偶联性、同一性和多途性。多样性是指不同种类的细胞有不同的信号转导系统；偶联性是指死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、偶联；同一性是指不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导途径触发凋亡；多途性是指同一凋亡诱导因素可通过多条信号转导途径触发凋亡。

第二阶段是凋亡基因激活，这些凋亡基因包括ced 基因家族、bcl- 2基因家族、ice基因家族和p53基因c-myc等。

第三阶段为凋亡的执行，这一阶段主要是依赖于半胱氨酸蛋白酶来执行的，半胱氨酸蛋白酶可以分为三大家族：半胱氨酸蛋白酶1、半胱氨酸蛋白酶2、和半胱氨酸蛋白酶3。所有的半胱氨酸蛋白酶都含有一个半胱氨酸活性位点。半胱氨酸蛋白酶在细胞凋亡中的作用与线粒体通透转移作用MPT(mitochondria permeability transition)密切相关，这主要是由于破坏线粒体通透转移孔复合物(permeability transition pore complex)脂质体以及线粒体膜的通透性，能导致细胞色素C以及凋亡诱导因子AIF(apoptosis inducing factor)的释放，此外，细胞色素C以及AIF也可以激活半胱氨酸蛋白酶。

第四阶段为凋亡细胞的清除。凋亡细胞的被吞噬和清除过程是一种复杂的生物学现象，包括多步骤的膜融合反应，吞噬空泡的形态和性质连续发生变化，还涉及细胞膜的再循环等。吞噬细胞和凋亡细胞接触当时或之前就开始了识别。凋亡细胞被识别后，“吞噬”信息向吞噬细胞内传递，引起吞噬细胞膜活化，并导致凋亡细胞向吞噬细胞内陷入，最后一部分膜融合后形成吞噬空泡，并向细胞中心部移动，移行到细胞内部的吞噬空泡和溶酶体融合成为吞噬溶酶体。吞噬溶酶体中的凋亡细胞颗粒受溶酶体的各种水解酶的作用而分解，变成氨基酸、脂质、单糖等在吞噬细胞内被再利用。未被消化的物质成为残渣小体存于空泡，并长期停滞在吞噬细胞内，其中也有放出到细胞外者。更为常见的是，吞噬空泡的一部分成为小空泡自吞噬空泡分离出来，并和细胞膜融合再构成细胞膜成分。通过膜的这种再循环通路，可以再次利用细胞膜表面的受体，成为短时间内补充由吞噬而丧失的细胞膜的机制之一。

                                                   
                                                                              图2 细胞凋亡过程的四个阶段                 

研究人员采用反义封闭和抗体封闭实验均表明内源性PDCD5蛋白在细胞凋亡过程中发挥着重要的正调控效应，它可能作为半胱氨酸蛋白酶3 的正调控分子而参与细胞凋亡。PDCD5 蛋白在凋亡过程中不仅表达增加，而且在凋亡的早期出现明显的核转位现象[7]，撤除细胞因子8 h 的TF-1 细胞已经呈现明显的PDCD5 核转位。这表明PDCD5 蛋白的核转位可能是一种细胞凋亡的早期信号[8]。重组人PDCD5 蛋白使分离的小鼠肝线粒体膜通透性转运孔（PTP）开放、线粒体跨膜电位下降以及细胞色素c 释放，对线粒体凋亡信号有正反馈放大作用，进一步揭示了PDCD5 促进细胞凋亡的机制[9]。

基因对疾病发生的影响

PDCD5基因编码的蛋白是通过和半胱氨酸蛋白酶3的结合从而正调控细胞凋亡。在成人慢性髓性白血病(CML)患者骨髓总的有核细胞、粒细胞中，PDCD5分子表达明显低于正常人。PDCD5 在CML 的疾病进展中呈现异常提示该基因和白血病的发生发展具有相关性。