BCL-2家族蛋白是線粒體凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可作為細(xì)胞死亡的促進(jìn)因子或抑制劑。相反的BCL-2家族成員之間的功能相互作用和平衡控制線粒體外膜的通透性，導(dǎo)致半胱天冬酶的激活因子級(jí)聯(lián)釋放到細(xì)胞質(zhì)中，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。盡管進(jìn)行了大量的研究，但我們對(duì)BCL-2蛋白家族機(jī)制的了解仍然不足，這使得對(duì)細(xì)胞預(yù)測(cè)變得復(fù)雜，并且不允許我們充分利用這些蛋白作為藥物發(fā)現(xiàn)的靶點(diǎn)。

BCL-2家族

a、BCL-2家族主要根據(jù)功能分為啟動(dòng)器、守護(hù)器和執(zhí)行器三個(gè)亞組。家族成員是通過(guò)BCL-2同源(BH)結(jié)構(gòu)域聯(lián)系在一起的，在監(jiān)護(hù)和執(zhí)行者的情況下，結(jié)構(gòu)同源。bh3相互作用結(jié)構(gòu)域死亡激動(dòng)劑(BID)是引發(fā)基團(tuán)中的成員，它與監(jiān)護(hù)人和執(zhí)行者具有結(jié)構(gòu)同源性，并且可能具有執(zhí)行者活性。根據(jù)其直接激活執(zhí)行者(直接激活劑)或僅通過(guò)抑制監(jiān)護(hù)(致敏劑)發(fā)揮作用的能力，啟動(dòng)劑可以進(jìn)一步分為亞組，盡管對(duì)所有成員的區(qū)分并不明確。大多數(shù)(盡管不是全部)BCL-2家族的成員在其C端具有跨膜結(jié)構(gòu)域，這對(duì)膜插入至關(guān)重要。值得注意的是，BH結(jié)構(gòu)域和α-螺旋之間的分子量和相對(duì)間距在家族的不同成員中是不同的，這主要是由于一個(gè)可變的、非結(jié)構(gòu)化的環(huán)將BH4和BH3結(jié)構(gòu)域分開(kāi)。

b，引發(fā)劑BH3結(jié)構(gòu)域與監(jiān)護(hù)人之間的相互作用具有不同程度的特異性。啟動(dòng)蛋白BCL-2相互作用的細(xì)胞死亡介質(zhì)(BIM)、PUMA和BID具有廣泛的特異性，并抑制所有列出的保護(hù)蛋白(BCL-2、BCL-XL、BCL-W、MCL1、BCL2A1(在人類中也稱為BFL1))的活性。相比之下，啟動(dòng)物BCL-2-associated agonist of cell death (BAD)只能阻斷BCL-2、BCL-XL和BCL-W，而NOXA則能抑制MCL1和BCL2A1。

c，線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵事件是線粒體外膜(MOM)在由執(zhí)行者家族成員介導(dǎo)的孔形成后破裂。這種破裂釋放促凋亡因子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，導(dǎo)致半胱天冬酶激活和隨后的細(xì)胞凋亡。介導(dǎo)的孔繼續(xù)生長(zhǎng)導(dǎo)致線粒體DNA (mtDNA)的釋放，在半胱天冬酶被抑制的情況下(例如，病毒感染時(shí))，線粒體DNA激活cGAS - STING反應(yīng)和I型干擾素的產(chǎn)生。該過(guò)程受BCL-2家族成員之間復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，此外還受易位和反轉(zhuǎn)錄易位、蛋白體降解和非家族成員調(diào)節(jié)的定位調(diào)控。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果決定了執(zhí)行者是否會(huì)被激活導(dǎo)致MOM滲透(MOMP)。當(dāng)有足夠的BH3供體分子可用時(shí)，通常會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，BH3供體分子可以是啟動(dòng)者和/或激活的，但尚未二聚的執(zhí)行者，以飽和其被監(jiān)護(hù)人隔離。引發(fā)子或激活的執(zhí)行子的BH3結(jié)構(gòu)域還通過(guò)誘導(dǎo)BCL-2折疊的構(gòu)象變化來(lái)激活進(jìn)一步的執(zhí)行子分子，該構(gòu)象變化與廣泛的膜插入、寡聚化和孔形成有關(guān)。

BCL-2折疊結(jié)構(gòu)

a、BCL-XL (Protein Data Bank (PDB)條目1MAZ)的球狀區(qū)結(jié)構(gòu)為典型的BCL-2折疊結(jié)構(gòu)，由α2、α3、α4、α5和α8組成的8個(gè)α-螺旋排列形成疏水溝槽(用虛線表示)。BH1、BH2、BH3和BH4結(jié)構(gòu)域的區(qū)域分別用黃色、品紅、綠色和青色表示。大多數(shù)BCL-2家族蛋白還含有一個(gè)疏水的c端螺旋(α9，這里沒(méi)有顯示，因?yàn)樗淮嬖谟谟糜诮鉀Q該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中)，參與膜靶向。

b，疏水溝是與其他家族成員相互作用的位點(diǎn)，在這種情況下，bcl -2相互作用的細(xì)胞死亡介質(zhì)(BIM)的BH3結(jié)構(gòu)域(綠色)與MCL1結(jié)合(紅色)(PDB入口2NL9)。相互作用主要是通過(guò)相互作用BH3一側(cè)的四個(gè)疏水殘基結(jié)合到凹槽內(nèi)的四個(gè)疏水口袋中來(lái)介導(dǎo)的(p1-p4)。此外，在相互作用的BH3上的天冬氨酸和槽BH1區(qū)域的保守Arginine之間存在保守的鹽橋。

c, bh3相互作用結(jié)構(gòu)域死亡激動(dòng)劑(BID)在引發(fā)劑組中是不尋常的，因?yàn)樗梢圆捎肂CL-2折疊(PDB入口2BID)。位于α2螺旋上的BH3結(jié)構(gòu)域被涂成綠色，位于α1螺旋上的BH4結(jié)構(gòu)域被涂成青色。

d，監(jiān)護(hù)家族成員的疏水溝槽可以用于治療性地利用BH3模擬物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這里，白血病藥物Venetoclax(黃色)主要通過(guò)與p2和p4口袋(PDB入口60k)的相互作用與BCL-2結(jié)合。

傳統(tǒng)上，線粒體外膜通透性(MOMP)被認(rèn)為是一個(gè)全有或全無(wú)的事件，一旦做出反應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)的整個(gè)線粒體網(wǎng)絡(luò)就會(huì)通透，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡?；罴?xì)胞熒光成像的出現(xiàn)使得單細(xì)胞水平上MOMP快速完成的可視化成為可能，這為MOMP在細(xì)胞中驚人的波狀傳播提供了證據(jù)。一種特異性MOMP生物傳感器的開(kāi)發(fā)允許檢測(cè)亞致死應(yīng)激下細(xì)胞中一小部分線粒體的通透性。有趣的是，亞致死MOMP也與線粒體DNA (mtDNA)或mtRNA在細(xì)菌感染或mtDNA損傷期間釋放到細(xì)胞質(zhì)中引發(fā)的炎癥反應(yīng)相關(guān)。關(guān)于亞致死性MOMP還有很多需要了解的，不僅是控制MOMP范圍的分子機(jī)制，還有亞致死性MOMP是否有可能在線粒體網(wǎng)絡(luò)中廣泛擴(kuò)展。與全MOMP相比，闡明參與亞致死的BCL-2相關(guān)X蛋白(BAX)和BCL-2同源拮抗劑/殺傷劑(BAK)毛孔的結(jié)構(gòu)組織以及這一過(guò)程的生理相關(guān)性也將是有趣的。此外，線粒體膜滲透的其他機(jī)制不僅與細(xì)胞死亡有關(guān)，還與炎癥信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)，這表明這一過(guò)程具有更廣泛的相關(guān)性。