凋亡的生化改變

一、DNA 的片段化

典型的細胞凋亡以細胞核固縮、染色質DNA的特征性片段化為主要特征。細胞凋亡發生時，內源性核酸內切酶被激活DNA雙鏈被切成特征性的片段。

二、內源性核酸內切酶激活及其作用

早在20世紀70年代就已經發現在正常細胞中存在對Ca2+和 Mg2+依賴的內源性核酸內切酶，這種Ca2+、Mg2+依賴性核酸內切酶是一種雙鏈 DNA內切酶，這是一類與凋亡有關的核酸內切酶（deoxyribonuclease，DNase），統稱為凋亡性核酸內切酶（apoptotic endonuclease）。在細胞凋亡過程中，染色質DNA切割的任務由內源性核酸內切酶來完成。正常條件下，該酶可能以無活性的形式存在細胞核內，Ca2+、Mg2+可以增強其活性，Zn2+能抑制其活性。

常見的有核酸內切酶Ⅰ（DNaseⅠ）、核酸內切酶Ⅰ（DNase Ⅱ）、Nuc-18等。經過這類酶切割后所產生的DNA最小單位為185bp，其余DNA片段為185bp的倍數（即185bp的寡聚體）。細胞內的 DNA經過此酶的消化，可以產生類似凋亡細胞的DNA降解現象。對DNA 的切割動力學分析表明，這種DNA降解片段可以在1~～2h內檢測到。DNA降解過程從細胞死亡前5h開始，到第24h，絕大多數凋亡細胞降解達到高峰。

1、DNaseⅠ

DNaseⅠ的相對分子質量為32000~37000，對Ca2+和 Mg2+具有依賴性，并且可能需要其他輔助因子的參與，因為純化的DNase Ⅰ不能產生DNA梯形條帶，但和核基質或血清孵育后，可以恢復其能促使DNA發生斷裂的生物學活性。DNaseⅠ的最適pH值為7.5（5.5～9.0）。其抑制劑有Zn2+、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）、二乙基焦磷酸鹽（diethylpyrocarbonate，DEPC）及肌動蛋白。DNase Ⅰ分布在細胞的內質網和核周的高爾基體內，對其如何進入細胞核內發揮作用目前未完-全闡明。

2、DNaseⅡ

DNaseⅡ的相對分子質量為29000，在細胞的溶酶體和細胞核內均發現有DNaseⅡ。DNaseⅡ為對Ca2+和Mg2+非依賴性的，純化的DNaseⅡ能夠使CHO細胞核出現 DNA梯形條帶。DNaseⅡ的最適pH值為5.5（3.0～7.0），需要在低pH值條件下激活。胞質酸化足以激活DNaseⅡ。DNaseⅡ的抑制劑有N-溴琥珀酰胺（N-bromosuccinamide，NBC）和金精三羧酸（aurintricarboxylic acid，ATA）。Zn2+不能夠抑制其活性，但Zn2+可以抑制胞質酸化，從而影響DNaseⅡ裂解DNA。

3、NUC18

NUC18是在地塞米松誘導的大鼠凋亡胸腺細胞核中發現的，對Ca2+和Mg2+具有依賴性，是相對分子質量為18000的中性核酸內切酶，為環孢素A受體（cyclophilin）相關蛋白，此外，Ribeiro報道了一種取自脾臟細胞核，相對分子質量為27000的核酸酶，其最適pH值為8.0，對Ca2+和 Mg2+具有依賴性，可以被Zn2+和ATA所抑制。NUC18對糖皮質激素受體具有依賴性，其活性可被糖皮質激素受體拮抗劑RU486所抑制；其蛋白質的序列與環孢素A受體相關蛋白具有顯著類似性；在凋亡細胞中其酶解DNA時所產生的片段大于180bp，其在細胞凋亡中的作用有待進一步研究。

研究還發現，內源性核酸內切酶的活性可能與拓撲異構酶有關。目前已知細胞內有兩類拓撲異構酶，即TopoⅠ和TopoⅡ，其功能是在DNA上產生單鏈和雙鏈缺口，消除染色體 DNA 的阻力，但均不具有內切酶的活性。目前對TopoⅡ更加重視，因為有人提出它可能起著使染色體解旋的作用，這樣內切酶可以更加容易接近切割點。