凋亡的生化改变

一、DNA 的片段化

典型的细胞凋亡以细胞核固缩、染色质DNA的特征性片段化为主要特征。细胞凋亡发生时，内源性核酸内切酶被激活DNA双链被切成特征性的片段。

二、内源性核酸内切酶激活及其作用

早在20世纪70年代就已经发现在正常细胞中存在对Ca2+和 Mg2+依赖的内源性核酸内切酶，这种Ca2+、Mg2+依赖性核酸内切酶是一种双链 DNA内切酶，这是一类与凋亡有关的核酸内切酶（deoxyribonuclease，DNase），统称为凋亡性核酸内切酶（apoptotic endonuclease）。在细胞凋亡过程中，染色质DNA切割的任务由内源性核酸内切酶来完成。正常条件下，该酶可能以无活性的形式存在细胞核内，Ca2+、Mg2+可以增强其活性，Zn2+能抑制其活性。

常见的有核酸内切酶Ⅰ（DNaseⅠ）、核酸内切酶Ⅰ（DNase Ⅱ）、Nuc-18等。经过这类酶切割后所产生的DNA最小单位为185bp，其余DNA片段为185bp的倍数（即185bp的寡聚体）。细胞内的 DNA经过此酶的消化，可以产生类似凋亡细胞的DNA降解现象。对DNA 的切割动力学分析表明，这种DNA降解片段可以在1~～2h内检测到。DNA降解过程从细胞死亡前5h开始，到第24h，绝大多数凋亡细胞降解达到高峰。

1、DNaseⅠ

DNaseⅠ的相对分子质量为32000~37000，对Ca2+和 Mg2+具有依赖性，并且可能需要其他辅助因子的参与，因为纯化的DNase Ⅰ不能产生DNA梯形条带，但和核基质或血清孵育后，可以恢复其能促使DNA发生断裂的生物学活性。DNaseⅠ的最适pH值为7.5（5.5～9.0）。其抑制剂有Zn2+、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）、二乙基焦磷酸盐（diethylpyrocarbonate，DEPC）及肌动蛋白。DNase Ⅰ分布在细胞的内质网和核周的高尔基体内，对其如何进入细胞核内发挥作用目前未完全阐明。

2、DNaseⅡ

DNaseⅡ的相对分子质量为29000，在细胞的溶酶体和细胞核内均发现有DNaseⅡ。DNaseⅡ为对Ca2+和Mg2+非依赖性的，纯化的DNaseⅡ能够使CHO细胞核出现 DNA梯形条带。DNaseⅡ的最适pH值为5.5（3.0～7.0），需要在低pH值条件下激活。胞质酸化足以激活DNaseⅡ。DNaseⅡ的抑制剂有N-溴琥珀酰胺（N-bromosuccinamide，NBC）和金精三羧酸（aurintricarboxylic acid，ATA）。Zn2+不能够抑制其活性，但Zn2+可以抑制胞质酸化，从而影响DNaseⅡ裂解DNA。

3、NUC18

NUC18是在地塞米松诱导的大鼠凋亡胸腺细胞核中发现的，对Ca2+和Mg2+具有依赖性，是相对分子质量为18000的中性核酸内切酶，为环孢素A受体（cyclophilin）相关蛋白，此外，Ribeiro报道了一种取自脾脏细胞核，相对分子质量为27000的核酸酶，其最适pH值为8.0，对Ca2+和 Mg2+具有依赖性，可以被Zn2+和ATA所抑制。NUC18对糖皮质激素受体具有依赖性，其活性可被糖皮质激素受体拮抗剂RU486所抑制；其蛋白质的序列与环孢素A受体相关蛋白具有显著类似性；在凋亡细胞中其酶解DNA时所产生的片段大于180bp，其在细胞凋亡中的作用有待进一步研究。

研究还发现，内源性核酸内切酶的活性可能与拓扑异构酶有关。目前已知细胞内有两类拓扑异构酶，即TopoⅠ和TopoⅡ，其功能是在DNA上产生单链和双链缺口，消除染色体 DNA 的阻力，但均不具有内切酶的活性。目前对TopoⅡ更加重视，因为有人提出它可能起着使染色体解旋的作用，这样内切酶可以更加容易接近切割点。