Fas/FasL
Fas及其配體FasL是近年來研究得最為深入的有關細胞凋亡的膜表面分子，闡明它們在凋亡中作用機制，對深入了解細胞凋亡的機理起產生了深遠的影響。
簡介
細胞發現
1989年Yonehara等發現了一株單克隆抗體，這株抗體可以識別一種表達於髓樣細胞、T淋巴細胞和成纖維細胞表面的未知分子，誘導多種人細胞系發生凋亡，這種新的膜分子被稱為Fas。同年，Trauth等也發現了一株可以誘導活化或惡性變淋巴細胞凋亡的單克隆抗體，他們將這株抗體所識別的蛋白稱為凋亡蛋白-1(Apo-1)。
細胞特徵
基因克隆證明， Fas和Apo-1是同一種蛋白。Fas/Apo-1是I型跨膜糖蛋白，其蛋白前體長335aa，N端有16個疏水性胺基酸組成的信號肽，成熟蛋白長319aa。胞膜外區(157aa)有3個CRD，其中有2個N-糖基化位點。跨膜區有17個疏水性胺基酸。胞漿區長145aa，其中有24個鹼性胺基酸和19個酸性胺基酸。根據胺基酸序列推測Fas的分子量為36kDa，由於糖基化的影響，實際分子量約43kDa。
細胞功能
對Fas胞漿區胺基酸序列的比較發現，它與TNFRI有一段68aa的同源序列，這段序列對Fas和TNFRI所介導的細胞凋亡起著決定性的作用，用基因突變的方法將同源區進行改造後，它們就喪失了致凋亡的能力，所以這一同源區被命名為死亡結構域。以後的研究發現，死亡結構域也存在於其它死亡受體以及一些胞漿內信號轉導蛋白，受體的死亡結構域可以與胞漿信號蛋白的死亡結構域發生同源或異源結合，所以這個結構域的作用是作為一個接頭將死亡受體與胞漿信號通路聯繫起來。在Fas的C端有15aa對死亡結構域的作用可能有抑制功能，將這15aa突變掉之後，Fas誘導細胞凋亡的作用得以增強。這一結構域在其它死亡受體尚未發現，但其它受體能通過各自獨特途徑，對死亡信號進行反饋調節。
人Fas基因定位於10號染色體長臂，小鼠Fas基因位於19號染色體，各包含9個外顯子。胞漿中有兩種不同長度的Fas mRNA，一種編碼全長分子，另一個編碼可溶性分子。Fas表達比較廣泛，小鼠的胸腺、心臟、肝、肺、腎和卵巢等都有表達，在胸腺中除CD4-CD8-的雙陰性細胞外，其它所有細胞都表達Fas。但在人的胸腺細胞中，Fas只有很微弱的表達，而在活化淋巴細胞和HTLV-1、HIV、EBV等病毒感染的淋巴細胞中高表達。IFN-g 和TNF-a 可以增強Fas的在多種細胞中的表達，從而增強Fas介導的細胞凋亡。
Fas的配體FasL於1993年由Suda等從CTL雜交瘤衍生的細胞系PC60-d10S細胞系中克隆成功，FasL長278aa，為II型跨膜糖蛋白，由胞膜外區(179aa)、跨膜區(22aa)和胞漿區(77aa)組成，N端150個胺基酸為TNF超家族同源區，同源性主要表現在形成b 摺疊股的序列，在b 摺疊股c和d之間有一對保守的二硫鍵，對其空間結構的形成有作用。FasL在胞膜外區有4個N-糖基化位點，經過糖基化的FasL的分子量為36-43kD。FasL的胞漿區富含脯氨酸。
FasL基因位於1號染色體，與OX-40L基因相鄰，由5個外顯子組成。FasL只表達於活化T淋巴細胞，其它細胞如B細胞、巨噬細胞、成纖維細胞、內皮細胞以及胸腺細胞都不表達FasL，但在小鼠的睪丸組織中，卻可見到高表達的FasL。佛波酯(PMA)和離子黴素可以促進FasL表達，環孢素A可以抑制FasL的表達。
殺傷機制
在Fas/FasL發現以前， 一般認為CTL細胞的殺傷作用是通過穿孔素(perforin)和顆粒酶(granzyme)實現的，穿孔素在Ca2+存在的條件下可以插入靶細胞膜，並多聚化形成管狀結構，破壞靶細胞膜的結構。而顆粒酶是一類絲氨酸酯酶，進入胞漿後可以直接活化胞漿中的蛋白酶，使細胞發生凋亡。穿孔素和顆粒酶的作用是Ca2+依賴的。但實驗發現，在沒有Ca2+存在的情況下，活化的CTL細胞系PC60-d10S仍然可以殺傷靶細胞。進一步的研究證明，這個細胞系是通過Fas/FasL實現其Ca2+非依賴性殺傷作用的。所以CTL細胞在活化後，可以通過兩條互不相關的途徑殺傷靶細胞：一方面，分泌穿孔素和顆粒酶，以Ca2+依賴的方式作用於靶細胞膜，殺傷靶細胞；另一方面，在CTL細胞識別靶細胞後，細胞表面表達的高水平FasL與靶細胞表面的Fas相互識別，通過Fas觸發靶細胞內部的凋亡程式，使靶細胞發生程式性細胞死亡。CTL細胞的這兩條殺傷機制是相互獨立的，因為穿孔素基因敲除的小鼠，以及不表達穿孔素的CTL細胞系，都具有正常的Fas/FasL依賴的殺傷功能；而在Fas/FasL系統突變性疾病的小鼠中，穿孔素/顆粒酶殺傷機制仍是健全的。
CD4+的TH1和TH2細胞也可以通過Fas/FasL機制殺傷細胞，一般來說，TH1細胞的殺傷活性要高於TH2細胞。
淋巴細胞
在淋巴細胞的生活周期中，不同階段的T細胞和B細胞都會發生正常的死亡。前T細胞在胸腺中要經過陽性選擇和陰性選擇， 95%的前T細胞發生程式性細胞死亡，只有5%可以成熟進入外周血。進入外周血的T細胞還要經過外周克隆剔除(peripheral clonal deletion)的選擇過程，進一步剔除能與外周組織表達的自身抗原發生反應的T細胞。另外，當活化T細胞與外來抗原反應後，機體也存在著清除機制殺傷這些細胞，以免大量活化的T細胞在外周堆積，影響免疫系統的功能的穩定和平衡。
在兩種Fas/FasL突變導致的疾病lpr和gld小鼠中胸腺的陽性選擇和陰性選擇是正常的，說明Fas可能不參與胸腺中的陽性和陰性選擇。但在這些小鼠中，外周克隆剔除和活化T細胞的清除發生了障礙，T細胞可以在外來抗原的刺激下發生正常的活化和增殖，但卻不能在完成使命之後被有效清除掉，這些小鼠常伴有自身免疫性疾病的發生。這說明Fas既參與了外周淋巴器官中自身反應性淋巴細胞克隆的剔除，又參與了對外來抗原反應過的活化T細胞的清除。
Fas是通過活化誘導的細胞死亡(activation induced cell death, AICD)作用參與外周克隆剔除和活化T細胞的清除的。在TCR的誘導下，T細胞一方面被活化，另一方面被誘導表達Fas和FasL。相鄰的活化T淋巴細胞的Fas和FasL相互作用可以彼此殺傷，活化T細胞表面Fas/FasL相互作用也可導致直接自殺。另外，FasL還可以從細胞膜表面脫落下來，形成可溶性配體分子，這些可溶性分子可以自分泌和旁分泌的方式，作用於自身細胞和鄰近活化T細胞，分別進行自分泌殺傷和旁分泌殺傷。
當Fas系統功能發生障礙時，活化的T細胞就會堆積在體內，引起自身免疫性疾病。但在幼年的lpr和gld小鼠，活化T細胞的堆積並不明顯。研究認為，在幼年動物中可能還有其它機制參與活化T細胞的清除。這種機制可能隨著動物的成年而消失或減弱，所以在成年動物表現出比較明顯的活化淋巴細胞的堆積。
B細胞在其發育的一定階段也可能發生凋亡，在骨髓發育中，那些對自身抗原表現強反應的細胞通過一些不依賴於Fas的機制被清除。遷移到外周淋巴器官的B細胞，在被抗原活化後，細胞表面的Fas表達水平也明顯升高，這有可能使活化B細胞表面的Fas通過與CTL細胞表面的FasL的結合而被殺傷。在lpr和gld小鼠中，由於Fas/FasL機制受阻，使活化的B細胞在體內堆積，產生大量的免疫球蛋白，其中也包括自身反應性抗體，這也是這些小鼠發生自身免疫性疾病的主要原因。
疾病
小鼠天然突變性疾病lpr(lymphoproliferation)和gld(generalized lymphorpoliferative disease)的突變分別發生於小鼠19號和1號常染色體。lpr和gld小鼠分別出現淋巴結病和脾腫大，產生大量IgG和IgM，其中包括抗DNA抗體和風濕因子。動物在出生5個月後出現免疫複合物型腎炎和關節炎。lpr和gld小鼠明顯的特徵是出現大量自身反應性CD4+T細胞，能輔助B細胞產生抗體，而不出現AICD。
(1)小鼠lpr：雖然lpr與gld不是等位基因的突變，但它們的表現卻極為相似。1991年，Allen等通過一系列骨髓移植實驗，證明lpr和gld是編碼一對互為配體/受體的蛋白的基因的突變引起的。對lpr小鼠Fas基因的分析發現，一個長約5.7kb的反轉座子ETn插入到Fas基因的第二個內含子。這個ETn在長末端重複序列(LTR)中帶有一個多聚腺苷酸信號(AATAAA)，引起Fas基因的異常剪接和提前終止。在lpr小鼠肝臟和胸腺只有非常少的Fas mRNA，而且往往成熟mRNA中只有外顯子1和2，不能編碼正常Fas蛋白。
在另一種基因突變lprcg(complements gld)小鼠，Fas基因的長度和表達水平是正常的，但這個mRNA在胞漿區有一個T→A的點突變，使死亡結構域的225位異亮氨酸突變成了天門冬醯胺，Fas失去了轉導信號的功能，這種小鼠也表現出與lpr小鼠相似的症狀。
(2)小鼠gld：研究也證明，gld小鼠的病變發生在FasL基因，其C端編碼區有一個點突變，使胞膜外區與Fas結合部位的一個苯丙氨酸變成了亮氨酸，使之不能與Fas結合，從而失去了功能。
無論是lpr還是gld，其結果都是使Fas與FasL不能結合，或不能轉導凋亡信號，也就使外周T細胞和B細胞不能發生細胞凋亡，這樣，大量的淋巴細胞可能進入並聚集在淋巴結和脾臟，產生了淋巴結病和脾腫大；而眾多自反應性CD4+T細胞輔助自反應性B細胞產生大量自身抗體，形成了致命的免疫複合物性腎炎和關節炎。
(3)人類類似lpr和gld疾病：在人類，也有類似於lpr和gld小鼠的症狀的報導。三位患者都是兒童，均出現淋巴結病和脾腫大，幼年發生自身免疫症狀。研究證明，他們的Fas基因不同程度地發生了基因缺失，不能表達全長的Fas蛋白。
另一方面，當Fas功能過度增強時，也可以引起疾病。在人類獲得性免疫缺陷綜合徵(AIDS)時，在HIV感染的CD4+T細胞表面有高表達的Fas，這些T細胞易於被CTL細胞所殺傷，這是AIDS導致T細胞功能低下的原因之一。
