细胞凋亡在致畸中的作用
作者：管孝鞠 廖明阳
单位：军事医学科学院毒物药物研究所，北京 100850
关键词：
卫生毒理学杂志000219 细胞凋亡(apoptosis)或程序性细胞死亡(programmed cell death)，是一种特殊形式的细胞死亡，具有典型的形态学和生化学特征。它是广泛存在于胚胎发育过程中的重要生理性因素，在胚胎正常发育、器官和组织形态发生和功能确定等多种生命活动的调节中发挥重要作用，这种形式的细胞死亡受基因程序的控制，致畸原可通过直接或间接干扰已知或未知发育关键基因的表达，引起凋亡等调节作用的失常，从而导致畸形的发生。80年代末以来，有关细胞凋亡与致癌、致突变等的研究逐渐成为生命科学研究的一大热点，关于细胞凋亡与致畸作用的研究已有一些文献报道，以下就细胞凋亡在产生某类型畸形中的作用作一概述。
1 细胞凋亡与化学致畸
, 百拇医药
多种化学因素包括药物(如引起短肢畸形的反应停)、环境化学物(如引起“油症儿”的多氯联苯)等可导致胚胎畸形，对这些畸形发生的机制提出了多种理论，研究表明，某些化学致畸是通过细胞凋亡途径实现的。
1.1 影响细胞凋亡的发生 细胞凋亡是一种主动性细胞死亡形式，它在胚胎组织和器官的正常发育中起重要调节作用，通过影响胚胎发育过程中细胞凋亡的作用可导致胚胎畸形。维甲酸类(Retinoids)最初用于皮肤病的治疗，有致畸性。实验表明，颅面、神经管和肢体等畸形的发生可能与全反式维甲酸在自发性程序性细胞死亡部位引起的细胞死亡选择性增加有关[1，2]。此外，维甲酸还可通过影响细胞对生长因子(如骨形态形成蛋白，BMPs)的反应起作用。细胞凋亡是正常发育所必需，须控制在特定区域和时间内发生。最近研究表明，一些TGF-β家庭成员可能参与某些类型细胞的凋亡的诱导。BMPs是TGF-β生长因子家族的成员，最初发现的是其骨诱导活性，利用P19胚胎瘤细胞，24 h内，维甲酸与BMP2或BMP4合用可协同诱导40 %的细胞发生凋亡；相反，维甲酸单独仅能引起10 %～15 %的凋亡，BMPs单独引起凋亡的作用很弱[3]。凋亡诱导率与维甲酸和BMP的剂量及新蛋白合成有关，凋亡的诱导可阻止神经元和胶质细胞完全分化，导致原始平滑肌细胞的分化。以上结果提示，维甲酸类引起的某些畸形可能与BMPs对细胞凋亡的过度诱导有关。凋亡在胚胎正常发生和发育中起重要调节作用，故过多的细胞凋亡，即不适当的细胞凋亡，最终会导致先天性畸形的发生，这可能是维甲酸类导致以上一些畸形的重要途径之一。
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细胞凋亡在另一类重要化合物——烷化剂的致畸作用中可能起重要作用。研究显示，10～40 mg/kg环磷酰胺诱导肢体和尾细胞的凋亡发生率与肢体和尾畸形显著相关[4]，随剂量增加，肢体和尾凋亡细胞百分数由18 %增至78 %，肢体也相应从指(趾)畸形到缺肢，尾畸形从尾弯曲(crooked)到短尾或无尾；环磷酰胺诱导的胚胎致死性和胎儿生长迟缓与全胚胎细胞凋亡的水平相关，但相关程度较低。以上结果表明，环磷酰胺诱导的细胞凋亡与其致畸作用密切相关，且细胞凋亡在不同类型畸形产生过程中的作用可能不同。N-乙酸基-2-乙酰氨基芴(N-Ac-AAF)也是一种烷化剂，可在鸟嘌呤C-8形成DNA加合物，引起单链断裂。利用全胚胎培养系统，将D10大鼠胚胎置于不同浓度(5，50和200 mg/ml)N-Ac-AAF中，给药后不同时间点(5，10和24 h)取胚胎对细胞死亡的分布、类型和性质，与对照组胚胎程序性细胞死亡进行比较，多种检测结果表明[5]，细胞凋亡是各剂量组细胞死亡的主要形式，N-Ac-AAF可能通过影响胚胎发育过程中细胞凋亡的正常水平而导致胚胎畸形。
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此外，细胞凋亡可能与甲基化物3，3-二甲基-1-苯基三氮烯(DMPT)以及硝基氢氰酸钠(sodium nitroprusside)[6]等的致畸作用有关，它们可能通过影响正常胚胎发育过程中的细胞凋亡过程而引起胚胎发育的异常改变。
1.2 影响相关基因及其表达 许多出生缺陷被认为是基因和环境相互作用的结果，但机制尚未阐明。细胞凋亡是对正在发育胚胎多种环境应激的常见效应，故致畸机制可能与细胞死亡程序有关。p53肿瘤抑制基因编码的转录因子是对环境应激做出凋亡反应的重要调控因子，因此，p53依赖性凋亡可能与致畸产生有关。将带有不同p53基因的D8小鼠胚胎置于遗传毒物(2-氯-2′-脱氧腺苷)作用条件下，可见核p53蓄积增加，引起某些(头褶期而不是其他如原始心脏)发育结构出现凋亡[7]。所诱导的细胞死亡是p53基因-剂量依赖的，表现为4-5体节期胚胎的中度敏感，与单个有效的p53同位基因有关，缺乏p53-无效突变体的敏感性。异常发育表现在D11眼发育缺陷，特别是晶状体发育不全。到期这些缺陷的全部发生率如下：73.3 %为p53野生型胎儿，52.5 %为杂合突变体，2.2 %为p53-无效突变体。统计分析表明，致畸原和基因型相互作用在D8细胞死亡和D17眼缺陷非常显著(P≤0.001)，致畸原诱导的胚胎p53依赖性凋亡与先天性眼缺陷的出现有关。
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实验表明，由产前接触尼古丁引起的神经行为致畸作用与脑细胞数不足等有关[8]。妊娠大鼠通过植入微型泵方式给予尼古丁，妊娠4～12 d接触尼古丁的胎鼠在妊娠18 d不表现为c-fos mRNA的增高，而动物持续接触尼古丁到21 d的表现为c-fos mRNA的增高；4～21 d给予尼古丁，c-fos表达增高持续到产后第2 d。可见，产前接触尼古丁可引起胎儿和新生儿脑中c-fos表达的慢性增高，若c-fos的慢性升高与细胞损伤或引起健康细胞的凋亡有关，则产前染毒尼古丁是通过改变神经细胞分化的程序引起延迟性神经毒性，c-fos表达水平的增高可作为最终缺陷的早期标志物。
致畸原环磷酰胺是一种烷化剂和常用的抗肿瘤药物，可通过破坏凋亡在肢体发育中的正常调节作用而引起畸形，其活性代谢产物磷酰胺芥可体外诱导器官形成期大鼠胚胎的畸形。某些细胞凋亡过程中可诱导产生硫酸糖蛋白-2(Sulphated glycoprotein-2,SGP-2)，该蛋白可能与细胞完整性的维持有关。体外给予致畸浓度的磷酰胺芥可导致胚胎DNA断片和SGP-2表达增加，结果提示，细胞凋亡可能与磷酰胺芥介导的致畸作用有关(Chen B,et al,1994)。
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D12小鼠肢芽切除后于旋转瓶内一定培养基中培养6 d，培养基中加入环磷酰胺活性代谢产物类似物4-过氧羟基环磷酰胺(hydroperoxycyclophosphamide,1或10 mg/ml)可呈时间和浓度依赖性诱导肢体畸形的产生。对照肢芽体外培养72 h时出现DNA梯形谱，而给药组在给药后12 h即出现此DNA断片，吖啶橙染色和细胞超微结构电镜结果表明，药物可加速指(趾)间凋亡型细胞死亡过程；对照组肢芽培养24 h时指(趾)间出现凋亡细胞，给药(1 mg/ml)后指(趾)间凋亡细胞数目增加，更高浓度(10 mg/ml)时凋亡染色阳性细胞进一步增多。异常肢体发育过程中，肢芽凋亡染色阳性细胞数显著增加；异常肢体发育过程中发生凋亡的区域内，转氨酶和clusterin的表达明显改变[9]。药物作用24 h后，与凋亡发生有关的溶酶体蛋白酶Cathepsin D的相对富集增加[10]。
妊娠中期小鼠胚胎给予维甲酸后肢芽间质细胞出现显著细胞凋亡，这可能与后来出现的胎鼠小肢和短肢畸形有关。某些类型细胞中还观察到维甲酸对组织转氨酶(tTG)基因转录激活的特异性早期作用，tTG可能与凋亡有关，研究表明，给予维甲酸的肢芽中心部位间质细胞中出现细胞死亡同时，tTG活性明显和瞬时升高(Jiang H,et al,1992)。维甲酸引起的胚胎肢体截短缺陷及其他致畸作用是通过核视网膜样(retinoid)受体(RAR)，特别是RAR-β2 isoform介导的，虽然凋亡型细胞死亡和tTG活性增高与畸形发生相一致，但须指出的是，RAR-β2增多可能还影响肢体发育的其他过程，如对连接组织分化的调节和软骨形成的抑制。
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1.3 影响细胞周期 研究表明，饮酒与出生缺陷有关，可导致特定胚胎和成年组织的细胞死亡，原位DNA末端标记表明酒精引起的细胞死亡是凋亡，胚胎中酒精含量达42 mmol/L时即可出现。研究还发现，颅侧神经嵴细胞是通过酒精诱导的细胞凋亡过程被清除的，在颅侧神经嵴发育的特定发育阶段出现，产前酒精接触可导致颅侧神经嵴细胞的丢失，这种细胞丢失可能是导致胎儿酒精综合征畸形表现的部分原因。最新研究表明，酒精可能通过异常激活内源性死亡途径起作用，它诱导的细胞死亡可能与细胞周期的异常改变有关[11]。
2 细胞凋亡与物理致畸
许多物理因素，如电离辐射、高温、挤压、机械损伤等可导致胚胎畸形，其作用机制尚未阐明，研究发现，细胞凋亡可能与某些类型的物理致畸有关。
2.1 影响细胞凋亡的发生 高温对动物来说是一种致畸因素，对人胚也有显著损害。由于一定胎龄胚胎发育的变异性、母体对引起升温药物反应性的不同及测定胚胎体温的困难和存在母体代谢引起毒性改变导致出生缺陷的可能性，故体内试验缺乏精确性。而植入后大鼠和小鼠全胚胎培养技术的应用，消除了这些变异因素，可以在一定发育阶段给予一定的热。研究表明，热可以直接作用于胚胎，大鼠器官形成早期阶段温度持续升高2 ℃，可导致发育缺陷，中枢神经系统尤为敏感。43 ℃的高温可引起神经形成阶段大鼠胚胎细胞的死亡，最终导致生长发育的异常，研究表明，高温引起的细胞死亡是通过细胞凋亡过程实现的[12]，胚胎处于43 ℃高温2.5 h即出现凋亡的典型特征——DNA梯形谱，而42 ℃条件下仅在5 h时出现较小而明显增加的DNA断片。在对照组胚胎神经管闭合的神经上皮及视杆(optic stalk)中可观察到TUNEL阳性凋亡小体，而43 ℃条件下胚胎细胞中出现TUNEL阳性凋亡小体的数目明显增多[13]。
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电离辐射处理后至少存在两种不同形式的细胞死亡，一种不能继续进行细胞分裂，经代谢后可以存活，通常称为“经典复制性细胞死亡(classical reproductive cell death)”；另一种是一可导致细胞完整性丢失的过程，包括细胞坏死和细胞凋亡。研究表明，电离辐射后，EL4淋巴细胞和F9鼠畸胎瘤细胞出现细胞凋亡的典型特征：形态学变化及核小体DNA断片。辐射剂量—响应、蛋白和RNA合成抑制剂对此过程的作用的研究表明，在2～12 Gy范围内反应呈剂量依赖性，核小体DNA断片早在照射后6 h时可检测到，48 h达到峰值。小鼠胚细胞的内细胞团和滋养外胚层经2GyX-线照射后，细胞出现凋亡，内细胞团细胞较为敏感[14]。
2.2 影响凋亡相关基因及表达 研究表明[15]，妊娠D 9.5经2 Gy的X照射后，p53-/-小鼠畸形发生率为70 %，死亡率为7 %，而p53+/+小鼠畸形率为20 %，死亡率为60 %。妊娠D3.5照射后获得了相似的结果，对畸形和胚胎死亡放射敏感性的这种互反关系支持了如下观点：胚胎或胎儿组织具有p53依赖性“监护人”将有放射诱导的致畸性DNA损伤的细胞清除。事实上，X线照射后，p53+/+胎儿组织中具有凋亡DNA断片的细胞数明显增加但p53-/-胎儿无此现象。研究显示[16]，p53反应对发育具有明显调控作用，发育早期照射后，所有组织显示高水平的p53；p53蛋白对细胞中p53水平增高的下调反应的调节加强，提示，p53可能防止致畸损伤。
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3 细胞凋亡与遗传致畸
某些遗传因素也可以通过改变正常发育过程中凋亡的调节作用，导致异常形态的发生。作为常染色体半显性特征遗传，人手裂和足裂畸形最常见的部位为10 q 25,Dactylaplasia(或简称为Dac)定位在鼠19号染色体的远端部分，Dac小鼠是这种人畸形综合征理想的基因型和表现型模型，纤维细胞生长因子8(Fgf-8)与肢体发育有关。实验证明，尖端外胚层嵴(AER)大量细胞死亡可能是导致畸形的原因，超活体染料NBS染色显示，此为凋亡型细胞死亡[17]。
MSX2是一同型功能域转录因子，根据其在小鼠发育中的表达方式及Boston型颅缝早闭所致人错义突变(P148H)的结果提示，可能与颅面形态的形成有关。利用携带—编码人MSX2基因(编码野生型或突变型(P148H)MSX2)的34 kb DNA片段转基因小鼠，任一转基因的遗传可导致各种不同程度的颅面畸形，包括腭发育不全、继发性腭裂、露脑和中面裂，这些是人群中常见的几种严重颅面畸形。转基因小鼠也出现了顶间骨发育不全和舌骨骨形成减少，转基因引起与颅侧神经嵴派生物有关的畸形，特征表现为组织缺陷，与胚胎给予酒精或维甲酸等增高细胞死亡水平致畸原所引起的畸形相似。研究表明，在发育相关的程序性细胞死亡过程中有MSX2基因的表达，提示，野生型MSX2活性水平可能使神经嵴衍生细胞的存活和凋亡之间建立某种平衡[18]，从而保证正确颅面形态的产生。
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4 结语
综上所述，细胞凋亡在某些类型的致畸中发挥重要作用，受致畸因素的影响，细胞凋亡对正常胚胎发生、发育的调节发生改变，从而导致胚胎畸形。工业的发展和大量外源性化学物的出现，对人类及其他动物的正常发育和生存造成了严重威胁。特别是多种畸形的产生，给社会和家庭带来了巨大的负担，故及早发现和防止致畸因素，弄清其致畸作用机理，对维护人类健康及生态平衡具有深远意义。细胞凋亡与多种生理和病理过程密切相关，它在致畸中所起的作用及机制值得进一步研究和探讨。
参考文献
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(收稿日期：1999-01-08), http://www.100md.com
单位：军事医学科学院毒物药物研究所，北京 100850
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卫生毒理学杂志000219 细胞凋亡(apoptosis)或程序性细胞死亡(programmed cell death)，是一种特殊形式的细胞死亡，具有典型的形态学和生化学特征。它是广泛存在于胚胎发育过程中的重要生理性因素，在胚胎正常发育、器官和组织形态发生和功能确定等多种生命活动的调节中发挥重要作用，这种形式的细胞死亡受基因程序的控制，致畸原可通过直接或间接干扰已知或未知发育关键基因的表达，引起凋亡等调节作用的失常，从而导致畸形的发生。80年代末以来，有关细胞凋亡与致癌、致突变等的研究逐渐成为生命科学研究的一大热点，关于细胞凋亡与致畸作用的研究已有一些文献报道，以下就细胞凋亡在产生某类型畸形中的作用作一概述。
1 细胞凋亡与化学致畸
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多种化学因素包括药物(如引起短肢畸形的反应停)、环境化学物(如引起“油症儿”的多氯联苯)等可导致胚胎畸形，对这些畸形发生的机制提出了多种理论，研究表明，某些化学致畸是通过细胞凋亡途径实现的。
1.1 影响细胞凋亡的发生 细胞凋亡是一种主动性细胞死亡形式，它在胚胎组织和器官的正常发育中起重要调节作用，通过影响胚胎发育过程中细胞凋亡的作用可导致胚胎畸形。维甲酸类(Retinoids)最初用于皮肤病的治疗，有致畸性。实验表明，颅面、神经管和肢体等畸形的发生可能与全反式维甲酸在自发性程序性细胞死亡部位引起的细胞死亡选择性增加有关[1，2]。此外，维甲酸还可通过影响细胞对生长因子(如骨形态形成蛋白，BMPs)的反应起作用。细胞凋亡是正常发育所必需，须控制在特定区域和时间内发生。最近研究表明，一些TGF-β家庭成员可能参与某些类型细胞的凋亡的诱导。BMPs是TGF-β生长因子家族的成员，最初发现的是其骨诱导活性，利用P19胚胎瘤细胞，24 h内，维甲酸与BMP2或BMP4合用可协同诱导40 %的细胞发生凋亡；相反，维甲酸单独仅能引起10 %～15 %的凋亡，BMPs单独引起凋亡的作用很弱[3]。凋亡诱导率与维甲酸和BMP的剂量及新蛋白合成有关，凋亡的诱导可阻止神经元和胶质细胞完全分化，导致原始平滑肌细胞的分化。以上结果提示，维甲酸类引起的某些畸形可能与BMPs对细胞凋亡的过度诱导有关。凋亡在胚胎正常发生和发育中起重要调节作用，故过多的细胞凋亡，即不适当的细胞凋亡，最终会导致先天性畸形的发生，这可能是维甲酸类导致以上一些畸形的重要途径之一。
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细胞凋亡在另一类重要化合物——烷化剂的致畸作用中可能起重要作用。研究显示，10～40 mg/kg环磷酰胺诱导肢体和尾细胞的凋亡发生率与肢体和尾畸形显著相关[4]，随剂量增加，肢体和尾凋亡细胞百分数由18 %增至78 %，肢体也相应从指(趾)畸形到缺肢，尾畸形从尾弯曲(crooked)到短尾或无尾；环磷酰胺诱导的胚胎致死性和胎儿生长迟缓与全胚胎细胞凋亡的水平相关，但相关程度较低。以上结果表明，环磷酰胺诱导的细胞凋亡与其致畸作用密切相关，且细胞凋亡在不同类型畸形产生过程中的作用可能不同。N-乙酸基-2-乙酰氨基芴(N-Ac-AAF)也是一种烷化剂，可在鸟嘌呤C-8形成DNA加合物，引起单链断裂。利用全胚胎培养系统，将D10大鼠胚胎置于不同浓度(5，50和200 mg/ml)N-Ac-AAF中，给药后不同时间点(5，10和24 h)取胚胎对细胞死亡的分布、类型和性质，与对照组胚胎程序性细胞死亡进行比较，多种检测结果表明[5]，细胞凋亡是各剂量组细胞死亡的主要形式，N-Ac-AAF可能通过影响胚胎发育过程中细胞凋亡的正常水平而导致胚胎畸形。
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此外，细胞凋亡可能与甲基化物3，3-二甲基-1-苯基三氮烯(DMPT)以及硝基氢氰酸钠(sodium nitroprusside)[6]等的致畸作用有关，它们可能通过影响正常胚胎发育过程中的细胞凋亡过程而引起胚胎发育的异常改变。
1.2 影响相关基因及其表达 许多出生缺陷被认为是基因和环境相互作用的结果，但机制尚未阐明。细胞凋亡是对正在发育胚胎多种环境应激的常见效应，故致畸机制可能与细胞死亡程序有关。p53肿瘤抑制基因编码的转录因子是对环境应激做出凋亡反应的重要调控因子，因此，p53依赖性凋亡可能与致畸产生有关。将带有不同p53基因的D8小鼠胚胎置于遗传毒物(2-氯-2′-脱氧腺苷)作用条件下，可见核p53蓄积增加，引起某些(头褶期而不是其他如原始心脏)发育结构出现凋亡[7]。所诱导的细胞死亡是p53基因-剂量依赖的，表现为4-5体节期胚胎的中度敏感，与单个有效的p53同位基因有关，缺乏p53-无效突变体的敏感性。异常发育表现在D11眼发育缺陷，特别是晶状体发育不全。到期这些缺陷的全部发生率如下：73.3 %为p53野生型胎儿，52.5 %为杂合突变体，2.2 %为p53-无效突变体。统计分析表明，致畸原和基因型相互作用在D8细胞死亡和D17眼缺陷非常显著(P≤0.001)，致畸原诱导的胚胎p53依赖性凋亡与先天性眼缺陷的出现有关。
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实验表明，由产前接触尼古丁引起的神经行为致畸作用与脑细胞数不足等有关[8]。妊娠大鼠通过植入微型泵方式给予尼古丁，妊娠4～12 d接触尼古丁的胎鼠在妊娠18 d不表现为c-fos mRNA的增高，而动物持续接触尼古丁到21 d的表现为c-fos mRNA的增高；4～21 d给予尼古丁，c-fos表达增高持续到产后第2 d。可见，产前接触尼古丁可引起胎儿和新生儿脑中c-fos表达的慢性增高，若c-fos的慢性升高与细胞损伤或引起健康细胞的凋亡有关，则产前染毒尼古丁是通过改变神经细胞分化的程序引起延迟性神经毒性，c-fos表达水平的增高可作为最终缺陷的早期标志物。
致畸原环磷酰胺是一种烷化剂和常用的抗肿瘤药物，可通过破坏凋亡在肢体发育中的正常调节作用而引起畸形，其活性代谢产物磷酰胺芥可体外诱导器官形成期大鼠胚胎的畸形。某些细胞凋亡过程中可诱导产生硫酸糖蛋白-2(Sulphated glycoprotein-2,SGP-2)，该蛋白可能与细胞完整性的维持有关。体外给予致畸浓度的磷酰胺芥可导致胚胎DNA断片和SGP-2表达增加，结果提示，细胞凋亡可能与磷酰胺芥介导的致畸作用有关(Chen B,et al,1994)。
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D12小鼠肢芽切除后于旋转瓶内一定培养基中培养6 d，培养基中加入环磷酰胺活性代谢产物类似物4-过氧羟基环磷酰胺(hydroperoxycyclophosphamide,1或10 mg/ml)可呈时间和浓度依赖性诱导肢体畸形的产生。对照肢芽体外培养72 h时出现DNA梯形谱，而给药组在给药后12 h即出现此DNA断片，吖啶橙染色和细胞超微结构电镜结果表明，药物可加速指(趾)间凋亡型细胞死亡过程；对照组肢芽培养24 h时指(趾)间出现凋亡细胞，给药(1 mg/ml)后指(趾)间凋亡细胞数目增加，更高浓度(10 mg/ml)时凋亡染色阳性细胞进一步增多。异常肢体发育过程中，肢芽凋亡染色阳性细胞数显著增加；异常肢体发育过程中发生凋亡的区域内，转氨酶和clusterin的表达明显改变[9]。药物作用24 h后，与凋亡发生有关的溶酶体蛋白酶Cathepsin D的相对富集增加[10]。
妊娠中期小鼠胚胎给予维甲酸后肢芽间质细胞出现显著细胞凋亡，这可能与后来出现的胎鼠小肢和短肢畸形有关。某些类型细胞中还观察到维甲酸对组织转氨酶(tTG)基因转录激活的特异性早期作用，tTG可能与凋亡有关，研究表明，给予维甲酸的肢芽中心部位间质细胞中出现细胞死亡同时，tTG活性明显和瞬时升高(Jiang H,et al,1992)。维甲酸引起的胚胎肢体截短缺陷及其他致畸作用是通过核视网膜样(retinoid)受体(RAR)，特别是RAR-β2 isoform介导的，虽然凋亡型细胞死亡和tTG活性增高与畸形发生相一致，但须指出的是，RAR-β2增多可能还影响肢体发育的其他过程，如对连接组织分化的调节和软骨形成的抑制。
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1.3 影响细胞周期 研究表明，饮酒与出生缺陷有关，可导致特定胚胎和成年组织的细胞死亡，原位DNA末端标记表明酒精引起的细胞死亡是凋亡，胚胎中酒精含量达42 mmol/L时即可出现。研究还发现，颅侧神经嵴细胞是通过酒精诱导的细胞凋亡过程被清除的，在颅侧神经嵴发育的特定发育阶段出现，产前酒精接触可导致颅侧神经嵴细胞的丢失，这种细胞丢失可能是导致胎儿酒精综合征畸形表现的部分原因。最新研究表明，酒精可能通过异常激活内源性死亡途径起作用，它诱导的细胞死亡可能与细胞周期的异常改变有关[11]。
2 细胞凋亡与物理致畸
许多物理因素，如电离辐射、高温、挤压、机械损伤等可导致胚胎畸形，其作用机制尚未阐明，研究发现，细胞凋亡可能与某些类型的物理致畸有关。
2.1 影响细胞凋亡的发生 高温对动物来说是一种致畸因素，对人胚也有显著损害。由于一定胎龄胚胎发育的变异性、母体对引起升温药物反应性的不同及测定胚胎体温的困难和存在母体代谢引起毒性改变导致出生缺陷的可能性，故体内试验缺乏精确性。而植入后大鼠和小鼠全胚胎培养技术的应用，消除了这些变异因素，可以在一定发育阶段给予一定的热。研究表明，热可以直接作用于胚胎，大鼠器官形成早期阶段温度持续升高2 ℃，可导致发育缺陷，中枢神经系统尤为敏感。43 ℃的高温可引起神经形成阶段大鼠胚胎细胞的死亡，最终导致生长发育的异常，研究表明，高温引起的细胞死亡是通过细胞凋亡过程实现的[12]，胚胎处于43 ℃高温2.5 h即出现凋亡的典型特征——DNA梯形谱，而42 ℃条件下仅在5 h时出现较小而明显增加的DNA断片。在对照组胚胎神经管闭合的神经上皮及视杆(optic stalk)中可观察到TUNEL阳性凋亡小体，而43 ℃条件下胚胎细胞中出现TUNEL阳性凋亡小体的数目明显增多[13]。
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电离辐射处理后至少存在两种不同形式的细胞死亡，一种不能继续进行细胞分裂，经代谢后可以存活，通常称为“经典复制性细胞死亡(classical reproductive cell death)”；另一种是一可导致细胞完整性丢失的过程，包括细胞坏死和细胞凋亡。研究表明，电离辐射后，EL4淋巴细胞和F9鼠畸胎瘤细胞出现细胞凋亡的典型特征：形态学变化及核小体DNA断片。辐射剂量—响应、蛋白和RNA合成抑制剂对此过程的作用的研究表明，在2～12 Gy范围内反应呈剂量依赖性，核小体DNA断片早在照射后6 h时可检测到，48 h达到峰值。小鼠胚细胞的内细胞团和滋养外胚层经2GyX-线照射后，细胞出现凋亡，内细胞团细胞较为敏感[14]。
2.2 影响凋亡相关基因及表达 研究表明[15]，妊娠D 9.5经2 Gy的X照射后，p53-/-小鼠畸形发生率为70 %，死亡率为7 %，而p53+/+小鼠畸形率为20 %，死亡率为60 %。妊娠D3.5照射后获得了相似的结果，对畸形和胚胎死亡放射敏感性的这种互反关系支持了如下观点：胚胎或胎儿组织具有p53依赖性“监护人”将有放射诱导的致畸性DNA损伤的细胞清除。事实上，X线照射后，p53+/+胎儿组织中具有凋亡DNA断片的细胞数明显增加但p53-/-胎儿无此现象。研究显示[16]，p53反应对发育具有明显调控作用，发育早期照射后，所有组织显示高水平的p53；p53蛋白对细胞中p53水平增高的下调反应的调节加强，提示，p53可能防止致畸损伤。
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3 细胞凋亡与遗传致畸
某些遗传因素也可以通过改变正常发育过程中凋亡的调节作用，导致异常形态的发生。作为常染色体半显性特征遗传，人手裂和足裂畸形最常见的部位为10 q 25,Dactylaplasia(或简称为Dac)定位在鼠19号染色体的远端部分，Dac小鼠是这种人畸形综合征理想的基因型和表现型模型，纤维细胞生长因子8(Fgf-8)与肢体发育有关。实验证明，尖端外胚层嵴(AER)大量细胞死亡可能是导致畸形的原因，超活体染料NBS染色显示，此为凋亡型细胞死亡[17]。
MSX2是一同型功能域转录因子，根据其在小鼠发育中的表达方式及Boston型颅缝早闭所致人错义突变(P148H)的结果提示，可能与颅面形态的形成有关。利用携带—编码人MSX2基因(编码野生型或突变型(P148H)MSX2)的34 kb DNA片段转基因小鼠，任一转基因的遗传可导致各种不同程度的颅面畸形，包括腭发育不全、继发性腭裂、露脑和中面裂，这些是人群中常见的几种严重颅面畸形。转基因小鼠也出现了顶间骨发育不全和舌骨骨形成减少，转基因引起与颅侧神经嵴派生物有关的畸形，特征表现为组织缺陷，与胚胎给予酒精或维甲酸等增高细胞死亡水平致畸原所引起的畸形相似。研究表明，在发育相关的程序性细胞死亡过程中有MSX2基因的表达，提示，野生型MSX2活性水平可能使神经嵴衍生细胞的存活和凋亡之间建立某种平衡[18]，从而保证正确颅面形态的产生。
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4 结语
综上所述，细胞凋亡在某些类型的致畸中发挥重要作用，受致畸因素的影响，细胞凋亡对正常胚胎发生、发育的调节发生改变，从而导致胚胎畸形。工业的发展和大量外源性化学物的出现，对人类及其他动物的正常发育和生存造成了严重威胁。特别是多种畸形的产生，给社会和家庭带来了巨大的负担，故及早发现和防止致畸因素，弄清其致畸作用机理，对维护人类健康及生态平衡具有深远意义。细胞凋亡与多种生理和病理过程密切相关，它在致畸中所起的作用及机制值得进一步研究和探讨。
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(收稿日期：1999-01-08), http://www.100md.com