颗粒酶 A 和颗粒酶 B 信号通路

颗粒酶 A 和颗粒酶 B 细胞凋亡信号通路是诱导细胞凋亡的机制。颗粒酶 A（一种类胰蛋白酶）和颗粒酶 B（一种丝氨酸蛋白酶）在与穿孔素 (PFN)（一种成孔蛋白）一起输送到靶细胞中时，可独立激活细胞凋亡。颗粒酶 A 可激活形态与细胞凋亡相同的半胱天冬酶非依赖性死亡，特征为单链 DNA 损伤、线粒体功能障碍和细胞膜完整性丧失，而颗粒酶 B 通过切割半胱天冬酶和一些关键的半胱天冬酶通路底物激活细胞凋亡 (1)。
 

本页内容：

• 颗粒酶进入靶细胞的常见机制
• 颗粒酶 A信号通路
• 颗粒酶 B 信号通路
• 颗粒酶信号通路总结
• 颗粒酶 A 和颗粒酶 B 信号通路
   

杀伤淋巴细胞是免疫反应效应臂中的关键成员，可清除感染细胞内病原体的细胞和转化的肿瘤细胞。适应性和先天免疫中的杀伤细胞 —— T 细胞 (CTL) 和自然杀伤 (NK) 细胞 —— 使用相同的基本机制来破坏标靶，但它们由不同的受体触发，细胞毒性颗粒的表达在 NK 细胞中组成型，但在 T 细胞中受到调节 (2)。

细胞毒性颗粒的含量释放到杀伤细胞与其靶细胞之间形成的免疫突触中，对于消除病毒、细胞内细菌和肿瘤具有重要意义 (3)。颗粒酶 A（一种类胰蛋白酶）和颗粒酶 B（一种丝氨酸蛋白酶）是丰度最高的颗粒。 

虽然 颗粒酶 A 和 颗粒酶 B 细胞凋亡途径 遵循不同的途径触发细胞死亡，但它们采用共同的机制来进入靶细胞。CTL 和 NK 细胞的细胞毒性颗粒是含有穿孔素和颗粒酶的特殊分泌型溶酶体 (2)。当 CTL 和 NK 细胞接触靶细胞时，这些颗粒开始被胞吐。颗粒内容物向免疫突触胞吐后，穿孔素在靶细胞膜中形成小孔，允许 Ca²⁺ 通过，但不允许颗粒酶等大分子通过。Ca²⁺ 内流触发受损的细胞膜反应，导致 CTL/NK 细胞膜和相关颗粒内容物的内吞摄取。新形成的早期内体融合形成大囊泡，称为巨细胞体，含有穿孔素和颗粒酶。巨细胞体无法酸化，穿孔素介导的巨细胞体膜中形成的大孔允许颗粒酶释放到细胞溶质中 (4)。一旦释放到细胞质中，颗粒酶 A 和颗粒酶 B 就会遵循各自的信号通路。
 

颗粒酶 A 激活具有细胞凋亡形态特征的半胱天冬酶非依赖性细胞死亡途径，但具有独特的底物和介质 (3)。进入靶细胞的细胞溶质后， 颗粒酶 A 通过 TIM/TOM/Pam 导入途径特异性导入线粒体。一旦进入， 颗粒酶 A 就会切割 NADH 脱氢酶（泛醌）Fe-S 蛋白 3 (NDUFS3)，从而破坏与内膜相关的 ETC 复合物 I，NDUFS3 位于突入基质的复合物 I 柄颈部。干扰复合物 I 会导致 ROS 生成，干扰电子转运、线粒体跨膜电位的维持和 ATP 生成。受损线粒体生成的超氧化物会引发内质网相关 SET 复合物的核易位。SET 复合物包含三种核酸酶 [碱基切除修复 (BER) 核酸内切酶 Ape1、核酸内切酶 NM23-H1 和 5'-3' 核酸外切酶 Trex1]、染色质修饰蛋白 SET 和 pp32（也是 PP2A 的抑制剂），以及称为 HMGB2 的 DNA 结合蛋白（识别变形 DNA）。此时， 颗粒酶 A 也会迅速从细胞溶质中转移出来，集中到细胞核中，并在核中切割关键底物。 颗粒酶 A 可切割 SET 复合物的 3 种组分：SET、HMGB2 和 APE1。SET 是 SET 复合核酸内切酶 NM23-H1 的抑制剂。SET 切割激活 NM23-H1，使单链 DNA 出现裂口。这些由 SET 复合核酸外切酶 TREX1 延长。 颗粒酶 A 还会降解连接组蛋白 H1，去除核心组蛋白的尾部，从而打开染色质，使其能够被这些核酸酶所利用 (3, 5-6)。 
 

进入细胞质后， 颗粒酶 B 会靶向多种蛋白底物，最终导致靶细胞以半胱天冬酶依赖性和非依赖性的方式凋亡。迄今为止，已有超过三百种细胞内和细胞外蛋白确定为潜在的 颗粒酶 B 底物。 颗粒酶 B 的主要底物之一是前体半胱天冬酶-3。颗粒酶 B 激活半胱天冬酶-3 产生多种引起凋亡表型的细胞底物。此外，包括前体半胱天冬酶-6、7、8、10、9 和 2 在内的凋亡前体半胱天冬酶也可用作活性颗粒酶 B 的底物。然而 ，需要强调的是，颗粒酶 B 只能蛋白切割这些启始子前体半胱天冬酶；无法激活它们。在特定的多蛋白激活平台，如凋亡体、DISC 和 PIDDosome 中，启始子前体半胱天冬酶仅通过同源二聚化激活 (7)。 颗粒酶 B 诱导细胞死亡的线粒体途径是通过仅含 BH3 的蛋白 BID 切割成截短形式 Tbid，然后转运至线粒体，并通过与促凋亡蛋白 BAX 和/或 BAK 的相互作用破坏线粒体膜的完整性。在这种情况下，促凋亡蛋白 BAX 或 BAK 介导线粒体外膜通透性 (MOMP)，并释放多种促凋亡膜间线粒体蛋白，如 cyt-c、第二种线粒体衍生的半胱天冬酶激活剂 (Smac)、高温要求 A2 (HtrA2)/Omi 丝氨酸蛋白酶、凋亡诱导因子 (AIF) 和核酸内切酶-G (Endo-G) (2, 7-8)。细胞色素 c 释放会刺激由细胞色素 c、dATP、apaf-1 和前体半胱天冬酶-9 组成的大分子复合物（称为凋亡体）的形成，导致半胱天冬酶-9 的激活和随后半胱天冬酶-3、6、7 的激活，最终导致多种蛋白质的蛋白水解。 颗粒酶 B 还会切割抗凋亡蛋白 MCP-1，导致促凋亡 Bcl-2 家族成员 Bim 的释放，随后导致线粒体外膜透化和细胞色素 c 的释放 (8)。由颗粒酶 B 切割 BID 作用释放的 ENDOG 可诱导寡核苷酸 DNA 损伤 (2)。除 Bid 介导的线粒体损伤外， 颗粒酶 B 还以半胱天冬酶非依赖性和 Bid 非依赖性的方式直接破坏线粒体跨膜电位 (2)。在细胞核中， 颗粒酶 B 可直接切割 DNA 片段化因子 (DFF) 的亚基 A，该亚基是一种异源二聚体，由抑制剂/分子伴侣亚基 A (DFFA/ICAD) 和核酸酶亚基 B (DFFB/CAD) 组成，并与 DNA 预结合。切割后，DFFB 同源二聚体化并切割基因组 DNA 的两条链。颗粒酶 B 介导的 DFF 激活可能是导致癌细胞中凋亡 DNA 断裂的另一种方式，因为癌细胞无法将活性半胱天冬酶-3（主要的 DFF 激活剂）转移到细胞核中或携带 CASP3 基因的功能丧失突变 (7)。
 

虽然颗粒酶 A 可激活半胱天冬酶非依赖性程序性细胞死亡，其形态与细胞凋亡相似但具有独特的底物和介质，而颗粒酶 B 则可通过启动效应性半胱天冬酶切割并直接切割某些关键半胱天冬酶途径底物（如 BID 和 DFFA）来激活半胱天冬酶细胞死亡途径，但很少有维持核包膜的底物（如 PARP-1，可募集 DNA 修复因子和层粘连蛋白 B）是颗粒酶 A 和颗粒酶所共有的 (3)。我们得出结论，在清除细胞内病原体和肿瘤的过程中，这两种颗粒酶的作用方式不同，但都能独立激活程序性细胞死亡。
 

1. Zhu P, Martinvalet D, Chowdhury D, et al.(2009) The cytotoxic T lymphocyte protease granzyme A cleaves and inactivates poly(adenosine 5'-diphosphate-ribose) polymerase-1.Blood 114(6):1205-16.
2. Lieberman J (2003) The ABCs of granule-mediated cytotoxicity: new weapons in the arsenal.Nat Rev Immunol 3(5):361-70.
3. Lieberman J (2010) Granzyme A activates another way to die.Immunol Rev 235(1):93-104.
4. Gordy C, He YW (2012) Endocytosis by target cells: an essential means for perforin- and granzyme-mediated killing.Cell Mol Immunol 9(1):5-6.
5. Lucken-Ardjomande S, Martinou JC (2008) Granzyme a, a stealth killer in the mitochondrion.Cell 133(4):568-70.
6. Chowdhury D, Beresford PJ, Zhu P, et al.(2006) The exonuclease TREX1 is in the SET complex and acts in concert with NM23-H1 to degrade DNA during granzyme A-mediated cell death.Mol Cell 23(1):133-42.
7. Rousalova I, Krepela E (2010) Granzyme B-induced apoptosis in cancer cells and its regulation (review).Int J Oncol 37(6):1361-78.
8. Boivin WA, Cooper DM, Hiebert PR, et al.(2009) Intracellular versus extracellular granzyme B in immunity and disease: challenging the dogma.Lab Invest 89(11):1195-220.