病原微生物感染一直是影响人类生存的主要疾病。虽然抗生素和疫苗的应用使许多感染性疾病得到有效控制，但是，从根本上说，消灭入侵的病原微生物有赖于人体免疫防御系统，其中，中性粒细胞和单核-吞噬细胞系统的吞噬和杀菌起关键性作用。
为了生存和繁衍，病原微生物逐渐形成了一系列独特的感染和调控机制，常能根据宿主细胞的反应或宿主环境，快速、主动地调节自身的基因表达，以适应或改变不利于其生长繁殖的环境。例如，病原微生物可产生针对宿主细胞信号转导通路的蛋白，抑制和破坏宿主细胞的吞噬和杀菌作用。近年研究发现，很多病原微生物能通过诱导或抑制宿主细胞的凋亡过程，以躲避、抑制或破坏宿主的防御系统。探讨病原微生物感染与宿主细胞凋亡的关系，将有助于从分子水平上更好地阐明病原微生物的致病机制，为开发新一类抗感染药物提供重要理论依据。
生物体内各种组织细胞的数量经常保持在一种相对平衡的状态，这依赖于各类细胞有规律地分裂、分化和死亡。以往人们多注重于对细胞分裂、分化的研究，近十年来，才充分认识到细胞死亡对宿主生长发育和生理功能的重要意义。细胞死亡与细胞分裂、分化一样，也是生物体内长期进化而来的一种重要调节机制。
在多细胞生物中，细胞的死亡有二种形式：细胞坏死（necrosis)和细胞凋亡（apoptosis)。apoptosis一词的希腊语本意为树叶从枝条上脱落或花瓣从花托上脱落的过程，是指细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，由凋亡基因调控的主动的死亡过程，故又称为细胞程序性死亡（programmedcell death,PCD)，但细胞凋亡和细胞程序性死亡在概念上是有区别的，前者是形态学的概念，后者是功能上的概念。
细胞凋亡是细胞内在的决定宿主发育和组织平衡的一个重要机制，如果这个受到严密调控的细胞自杀机制发生障碍或失去控制，将导致肿瘤、神经退行性疾病或其他的病理性变化。细胞内的许多信号刺激，如死亡受体（如Fas 和TNFR等)与特定配体结合，紫外线照射与电离辐射，抗癌药物，生长因子缺乏，过度表达某些特定的癌基因或肿瘤抑制基因，以及某些病原微生物的感染等，均可诱导细胞发生凋亡。尽管这些信号以及紧随其后的反应途径是多种多样的，但是，凋亡的执行均是通过一类在进化上保守的半胱天冬（氨酸)蛋白酶（或称凋亡蛋白)家族—caspases(cysteineaspartases)的激活而进行的，激活的caspases在靶蛋白的天冬氨酸残基后发生切割。目前，细胞凋亡的研究已经渗透到生物学、基础医学、临床治疗和药物筛选等许多领域。
细胞凋亡与细胞坏死在发生机制、形态学和生化特性等方面明显不同（图4-1)。细胞凋亡的始发因素源于细胞内或细胞外的死亡信号。经过一系列信息传递，死亡信号触发与细胞凋亡有关的蛋白作用于细胞内各种结构，引起一系列形态学和生物化学的变化，最终使与细胞生存紧密相关的成分受到影响，导致细胞凋亡。整个过程需要能量ATP的参与。
图4-1 细胞坏死（A)和细胞凋亡（B)细胞的形态学比较
凋亡发生时，细胞首先变圆，随即与邻近细胞脱落，胞浆浓缩，内质网扩张成泡膜状并与细胞膜融合，线粒体释放出细胞色素C(cytochrome C,Cyt.c)至胞浆中。细胞核染色质浓缩并凝集在核膜周边，染色体DNA被核酸内切酶降解。由于断裂较易发生于染色体的间隔区，故凋亡细胞内DNA在琼脂糖凝胶电泳上通常呈现特征性的DNA梯状带（DNAladder)。之后，细胞膜皱缩、内陷，继而形成大泡。这些泡状结构中包含有浓缩的细胞核片段、胞浆和细胞器，最终与细胞体分开而形成凋亡小体（apoptoticbody)。
凋亡的细胞可将其死亡的状态向周围发出信息，这有助于被吞噬细胞识别、吞噬和降解。例如，在凋亡细胞中，磷脂酰丝氨酸（phosphatidlylserine)从细胞膜内层转向膜外层，从而被巨噬细胞膜上的受体识别，导致凋亡细胞被巨噬细胞迅速清除。
细胞凋亡的形态变化迅速，常在24h内完成，凋亡细胞及凋亡小体的细胞膜仍保存完整性，整个过程不引起炎症反应，并且在组织学上不易被观察。这也是细胞凋亡被长期忽视的原因之一。
与细胞凋亡相反，细胞坏死是一种无序的细胞死亡形式，不需要ATP的参与。它是由于某些外界的因素，如局部缺血、高热、物理和化学损伤，以及微生物的侵袭等，造成细胞急速死亡。坏死细胞吸收水分并膨胀，细胞体积增大，最终导致细胞膜破裂及细胞内容物的泄漏。坏死细胞的细胞核及染色体均不发生浓缩。虽然DNA最终也被核酸内切酶降解，但它通常发生在细胞死亡的晚期，且降解机制也与凋亡不同。在凋亡细胞中，核酸内切酶是由半胱天冬（氨酸)蛋白酶激活；而在坏死细胞中，核酸内切酶是由丝氨酸蛋白酶激活，其产生的DNA片段大小无规律，在琼脂糖凝胶电泳中呈涂片状（smear)。
此外，在细胞坏死过程中，由于线粒体及核肿胀，溶酶体破坏，细胞膜破裂及释出胞内容物，因此，常可损伤周围组织并引发非感染性炎症反应。
细胞内与凋亡相关的基因可分为凋亡基因和凋亡抑制基因，还包括许多调节基因。与凋亡相关的基因首先在秀丽隐杆线虫（C.elegans)中所克隆。该线虫在生长发育过程中产生1 090个细胞，其中131个细胞在发育的不同时期发生凋亡。现已发现至少有十几个基因影响这些细胞的命运。其中ced-3和ced-4可诱发凋亡，而ced-9抑制细胞凋亡。
饶有兴趣的是，在哺乳动物中发现了与线虫同源的凋亡和凋亡抑制基因，如哺乳动物的bcl-2与ced-9同源，而caspases与ced-3同源，表明细胞凋亡在生物发生和进化过程中具有重要意义。哺乳类细胞中与凋亡相关的重要分子主要有（图4-2)：
（一)caspases家族
这是一类与线虫Ced-3蛋白具有序列和结构同源性的半胱天冬蛋白酶家族，迄今至少有15种caspases参与细胞凋亡的信号转导，在细胞中均以caspase前体（procaspase)的形式被合成的。
procaspase 包含3个结构域（domain)：N端的前结构域（prodomain)、20kDa的大亚单位、10kDa小亚单位。含有长前结构域的caspases称为启始caspases (initiator caspases)，如caspase-2、-8、-9、-10。含有短前结构域的caspases称为效应caspases(effector caspases)，如caspase-3、-6、-7，
在死亡信号刺激后，启始caspases 首先被激活，继而可激活下游的效应caspases。效应caspases再切割特定的死亡底物，如聚ADP核糖聚合酶、溶胶素、核纤层蛋白、肌动蛋白、核DNA修复酶等，引起细胞凋亡。可见，caspases的作用包括二个方面：作为启始物，它接受凋亡信号，发生细胞内的级联反应；作为效应物，水解多种成分，使细胞解体，形成凋亡小体。
caspase-3是细胞凋亡中的“核心”蛋白酶，对细胞凋亡是必需的，可被caspases家族多种成员激活，其底物大多是细胞中的功能蛋白质，它们分别参与DNA复制与修复、mRNA剪接、类固醇生物合成和细胞骨架重建等过程。例如，caspase-3能特异地将ICAD（inhibitorof caspase-activated deoxyribonuclease)酶切，CAD释放出来进入细胞核内降解染色体DNA，形成200bp大小的DNA片段；可直接作用于Acinus（apoptoticchromatin condensation inducer in the nucleus)，介导染色质浓缩，或激活caspase-6（laminproteinase)，破坏核内部结构；裂解具有细胞骨架调节功能的蛋白激酶，重组细胞结构；诱导细胞表达吞噬信号，使细胞分解为调亡小体而被吞噬。
（二)Bcl-2家族
bcl-2是B细胞淋巴瘤/白血病（B cell lymphoma /leukemia-2，bcl-2)基因的缩写，其编码产物Bcl-2是一种存在于线粒体膜、核膜、内质网膜上的膜蛋白。Bcl-2通过改变膜对一些离子、小分子或蛋白质的通透性而参与细胞凋亡的调控。Bcl-2家族的同源蛋白已发现16种，包括Bcl-2、Bcl-xl、Bax、Bad、Bak和Bid等，均与C.elegans的Ced-9 同源。根据功能的不同，Bcl-2蛋白家族可分为两大类（图4-2)：
抗凋亡蛋白 包括Bcl-2和Bcl-xl，能调节细胞线粒体膜的离子通透性和膜电位，具有保持细胞器结构稳定的功能，而细胞器结构的破坏是细胞凋亡启动信号之一；亦可与促调亡蛋白形成二聚体，阻断细胞色素C（Cyt.c)从线粒体膜上释放，或直接与凋亡蛋白酶激活因子1（apoptoticprotease activating factor-1，Apaf-1)（哺乳类细胞中与C.elegans Ced-4的同源物)结合，从而抑制caspase-9和caspase-3的激活。Cyt.c一旦释放出来，抗凋亡蛋白的作用则失去。
促凋亡蛋白 包括Bax、Bad 和Bak，均含有3或4个Bcl-2同源结构域（BH3)。当细胞受到凋亡信号刺激后，促凋亡蛋白构象发生改变，诱导线粒体释放Cyt.c，最终激活caspase-3，引起细胞凋亡。
抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白的比率决定了细胞对凋亡信号的敏感性。如果细胞内Bcl-2的数量过多，细胞则存活，亦可使正常细胞转化为肿瘤细胞，即使接受凋亡信号，也不会发生凋亡；而Bax过量表达则细胞凋亡。
含有BH3结构域的Bid蛋白与Bcl-2家族中的其它成员不同，不具有跨膜区，定位于细胞质中。它受Fas介导的死亡信号通路中caspase-8的切割而激活，截断的Bid（tBid)转运至线粒体膜上。tBid可能通过其BH3结构域和Bax结合，使之构象发生改变，从而使线粒体释放Cyt.c。Cyt.c再与Apaf-1和procaspase-9形成三元复合物，procaspase-9被激活成为caspase-9，继而激活下游的效应caspases（如caspases-3、-7)。Bcl-xl能够抑制Bid，阻止线粒体释放Cyt.c。因此，Bid可能是凋亡信号由细胞膜到线粒体中的传递者。
（三)Fas/FasL系统
接受细胞外凋亡信号的受体称为死亡受体（death receptor, DR)，它存在于细胞表面，在与“死亡配体”结合后迅速转导细胞凋亡信号。死亡受体属肿瘤坏死因子受体（tumornecrosis factor receptor，TNFR)家族，包括TNFR、Fas（又称CD95)、B细胞抗原CD40、神经生长因子受体（NGFR)和DR系列等，它们具有被称为“死亡结构域（deathdomain,DD)”的同源结构，DD为传递死亡信号所必需。
死亡受体Fas是Ⅰ型跨膜蛋白（319aa，45kDa)，可分为胞外结构域、跨膜结构域和胞内结构域三部分，其中，N端的胞外结构域由3个富含半胱氨酸的结构域组成，胞内结构域具有死亡结构域（约68aa)。
FasL即Fas配体，是Ⅱ型跨膜糖蛋白，由281aa组成，与TNF家族具有高度同源性，对表达Fas的细胞有很强的杀伤作用。当FasL与Fas，或TNF与其配体TNFR1特异结合后，可通过一系列的死亡信号传递而导致细胞凋亡。
此外，还有一些细胞周期调控蛋白，如c-myc、p53等在不同的条件下调节细胞凋亡与细胞存活的平衡。
(四)核转录因子κB
1986年，Sen等首先在B淋巴细胞核提取物中发现一种能与免疫球蛋白κ轻链基因的增强子κB序列（5＇-GGGACTTTCC-3＇)特异结合的蛋白因子，命名为核转录因子-κB（nuclear factor-κB ，NF-κB)。近年发现，NF-κB是由2个属于Rel家族的亚单位组成，最常见的是P65（RelA)和P50（NF-κB1)的异源二聚体，几乎存在所有细胞中，其结合序列存在于多种细胞因子、粘附因子（如IL-8、TNF-α、ICAM-1等)的启动子和增强子，。NF-κB的活化与上述因子的过度表达有关。
细胞在静息状态下，NF-κB二聚体通常与IκB类抑制因子结合，组成异源多聚体p50-p60-IκB，以无活性形式存在于细胞质中。当细胞受到微生物感染、细胞因子、脂多糖、DNA损害剂、辐射等多种因素刺激后，通过信号转导激活NF-κB诱导酶（NF-κBinducible kinase，NIK)，继而激活IκB激酶（IκB kinase，IκK)。活化的IκK 使其底物IκB 磷酸化，而后泛素化，最终被26S蛋白酶降解，NF-κB得以释放并暴露出核定位序列。活化的NF-κB从胞质中移位进入核内，与相应的病毒、细胞因子、粘附分子、受体等靶基因（或调控基因)的增强子κB模块（κBmotif) 相结合，从而启动基因的转录和表达（参见第3章)。
1996年，Antwerp发现NF-κB能抑制由死亡受体TNF-α诱导的细胞凋亡，故称之为“生存信号”，它可能通过调控下游基因如细胞因子、Bcl-2家族和IAP等的表达参与细胞凋亡的调控。
近年来，对细胞凋亡的信号转导通路研究表明，凋亡激活主要经过死亡受体通路或线粒体通路（图4-2)。
（一)死亡受体通路
在死亡受体通路中，死亡受体（如TNFR、Fas、DR3、DR4或DR5)与其同族配体（ligand)结合，继而募集（recruitment)下游的信号分子，并导致caspases的激活，最终使细胞发生凋亡。
FasL与Fas相互作用，诱导细胞内神经鞘磷脂酶水解鞘磷脂，产生神经酰胺。神经酰胺通过膜结合性的Ser/Thr蛋白激酶等激活第二信使传递途径，引起Fas分子构象发生改变，致使Fas胞内区的三个死亡结构域（DD)聚在一起，然后与胞内接头蛋白（Adaptorprotein)的Fas 相关死亡结构域（Fas associated death domain，FADD)结合，FADD再通过其死亡效应结构域（deatheffector domain，DED)，募集并激活同样具有DED的procaspase-8，形成死亡诱导信号复合体，使procaspase-8裂解、活化。同样，TNF与其受体结合后，引起胞内DD相聚，接着与TNF受体相关死亡结构域（TNF-αreceptor associated death domain，TRADD)结合，TRADD可将信号传递给FADD，继而激活procaspase-8。
图4-2 细胞凋亡的两条主要通路
caspase-8一旦被激活，就可作为启始caspase，去激活并切割下游的效应caspases如caspase-3，从而进入凋亡之路。
（二)线粒体通路
当细胞受到非死亡受体依赖的死亡信号刺激后，死亡信号首先作用于线粒体，使其膜通透性增加而释放细胞色素C（Cyt.C)，后者在dATP的介导下，与含有caspase 募集结构域（caspase recruitment domain，CARD)的Apaf-1相结合，并通过CARD-CARD相互作用，募集并激活同样具有CARD的procaspase-9。激活的caspase-9再激活下游的效应caspases如caspase-3、-7。可见，Cyt.C的释放能放大caspase链式反应，提高细胞凋亡的速度和效率。
在线粒体通路中，新近发现另外一类凋亡抑制蛋白，称为IAP家族(inhibitorof apoptosis family of proteins)，它与caspase-9结合并抑制caspase-9的蛋白切割活性，同时也可结合并抑制caspase-3而阻断细胞凋亡（图4-2)。IAP有3个结构域：①BIR结构域，即杆状病毒IAP重复序列（baculovirusIAP repeats，BIR)，与caspases结合并抑制其活性；②Ring结构域：起着泛素连接酶（ubiquitin ligase)作用，促进IAP本身及任何与之结合的caspase降解；③Card结构域：位于BIR与Ring结构域之间，功能不清。
值得注意的是，细胞凋亡的信号转导是一种复杂的信号传递网络（signalnetworks)，信号通路之间常常发生交互作用（cross-talk)。例如，Fas死亡受体介导的caspase-8可激活并切割Bid蛋白，tBid继而促使线粒体释放细胞色素C，从而激活Apaf-1和procaspase-9（图4-2)。另外，凋亡信号的传递既受到正向的调节，又受到负性的抑制，例如，Bcl-2家族蛋白Bak、Bad、Bax和tBid作为促凋亡蛋白可促使细胞色素C的释放，而Bcl-2和Bcl-xl作为抗凋亡蛋白而抑制细胞色素C的释放（图4-2)；又如，TNFR与TNF结合后，引起胞内DD相聚并与TRADD结合，TRADD既可将信号传递给FADD，激活凋亡；又可将信号呈递给TRAF2（TNFRassociated factor-2)，TRAF2再与受体作用蛋白（receptor-interacting protein，RIP)激活NF-κB，表达存活基因，抑制细胞凋亡的发生。
TNF-α、电离辐射、化学物质等能诱发正常细胞和肿瘤细胞发生凋亡，与此同时，TNF与其配体TNFR结合后，在胞浆内形成TRADD、受体医学全.在线www.med126.com作用蛋白（RIP)、肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAF-2)的复合物，激活IKK上游激酶，最终激活核转录因子-κB，抑制细胞凋亡。NK-κB的作用机制主要有：
调控细胞因子的基因表达 NF-κB调控的基因编码急性时相蛋白、细胞因子和细胞粘附分子等。目前，较为肯定的抑制细胞凋亡的是细胞因子。研究发现，IL-6能延迟中性粒细胞的凋亡。在IL-6的启动子上有NF-κB的结合位点，TNF-α、电离辐射等通过激活NF-κB而上调IL-6的基因表达。此外，GM-CSF、IL-1β等前炎症因子亦具有抗细胞凋亡作用，均受到NF-κB的调控。
诱导或上调抗凋亡基因 研究发现，NF-κB能通过激活Bcl-2家族中的A1/Bfl-1，阻止细胞色素C从线粒体中释放，进而抑制由TNF-α诱发的细胞凋亡。
诱导TRAF和IAP 近年发现，NF-κB抗凋亡机制可能是作用于caspase-3和线粒体的上游，在基因和蛋白表达两个水平上控制TRAF、IAP的表达，从而抑制caspase-8的激活。caspase-8是介导死亡受体相关信号必须的凋亡蛋白酶。
由于凋亡是肿瘤细胞在放疗、化疗作用下最主要的清除方式，因此，NF-κB有望成为放疗、化疗过程中的辅助用药的靶点。
新近的研究表明，病原菌是通过一系列毒力因子来调节宿主细胞的凋亡，这些毒力因子能与细胞凋亡通路中的一些关键成分结合，或干扰细胞存活基因的转录和表达（图4-3)。目前已知的与细胞凋亡有关的毒力因子主要有：①膜穿孔（pore-forming)毒素，与宿主细胞膜结合并破坏其功能；②蛋白合成抑制毒素，在宿主细胞浆中表达其酶活性；③菌体效应（effector)蛋白，通过Ⅲ型分泌系统直接释放到宿主细胞内；④超抗原，扰乱宿主的免疫细胞功能；⑤病原体的结构蛋白（参见第3章)。
目前已知至少有三类膜穿孔毒素可引起细胞凋亡。
Amphiphilic毒素 如金黄色葡萄球菌α溶素。该毒素对多种哺乳动物红细胞有溶血作用，对白细胞、肝细胞、成纤维细胞、血管平滑肌细胞等均有损伤作用。α溶素能直接插入许多真核细胞膜上形成微孔。低浓度的α溶素能特异性地与其易感细胞表面受体结合，亦可形成微孔。这些微孔能选择性地增加细胞膜对单价离子的通透性，并引起宿主细胞（如T淋巴细胞和上皮细胞)的凋亡。高浓度的α溶素能被细胞膜非特异性地吸收，形成能通透二价离子（如Ca2+)的较大微孔，引起细胞坏死。
巯基活化溶细胞毒素 如链球菌溶素O、李斯特菌溶素O。产单核细胞李氏菌侵入人体后，被吞噬细胞吞噬，之后溶解吞噬体膜，逃逸到胞浆中，并引起胞内感染，这一过程是由产单核细胞李氏菌溶素O引起的。溶素O可导致多种细胞，如肝细胞、淋巴细胞及树突状（dendritic)细胞的凋亡，其作用机制可能是，毒素嵌入线粒体和内质网的膜上，引起细胞色素C的释放和Ca2+的流出，最终激活caspases。
另外，与绝大多数胞内菌不同，药品数据产单核细胞李氏菌能引起巨噬细胞坏死而非凋亡。虽然该菌不能诱发巨噬细胞凋亡和释放活化的IL-1β，但可在感染早期使宿主细胞产生并释放多种粒细胞趋化因子，从而加重局部的炎症反应。
RTX毒素 如大肠杆菌α-溶血素。该毒素能通过与淋巴细胞功能相关抗原-1(lymphocyt function associated antigen-1，LFA-1)结合，以单体形式嵌入细胞膜的双层类脂结构而形成跨膜微孔。这些微孔选择性地增加细胞膜对阳离子的通透性，导致免疫细胞的凋亡。
这类毒素本身具有酶活性，由A亚单位和B亚单位构成，前者是毒性活性部分，后者负责与宿主细胞膜结合，将A亚单位跨膜转送到胞浆内。常见的有白喉毒素、铜绿假单胞菌外毒素A、志贺毒素和志贺样毒素等。
白喉毒素 白喉毒素进入胞浆后，通过作用于蛋白翻译系统，即加速延长因子-2（elongation factor 2，EF-2)的ADP-核糖化（ADP-ribosylation)而使其失活，抑制宿主细胞的蛋白质合成，引起多种上皮细胞和髓样（myeloid)细胞等靶细胞的凋亡。缺乏ADP-核糖化能力的白喉毒素不具细胞毒作用，抑制白喉毒素所引起EF-2核糖化可阻断其诱导细胞凋亡的作用。
铜绿假单胞菌外毒素A 铜绿假单胞菌可分泌多种毒素，其中外毒素A能引起人上皮细胞和单核细胞的凋亡，而外毒素A突变的菌株则失去致病力。虽然该毒素与白喉毒素的结构不同，但作用机制相似，均为通过对EF-2的ADP-核糖化而抑制蛋白质的合成，并最终诱发宿主细胞凋亡。
志贺毒素和志贺样毒素 由痢疾志贺菌和肠出血型大肠杆菌产生。志贺毒素或志贺样毒素B亚单位可与细胞表面的Gb3受体结合，介导A亚单位进入胞浆。A亚单位有N-糖苷酶活性，能从真核细胞核糖体28SrRNA部分切除单个腺苷酸残基，从而阻断核糖体的功能和蛋白质的合成。这类毒素也能引起肠绒毛上皮细胞等凋亡。
某些革兰阴性菌与宿主细胞接触后，利用非常特殊的分泌系统—Ⅲ型分泌系统，直接将菌体效应蛋白转运到宿主细胞浆内，干扰宿主细胞的信号转导通路，产生致病效应。Ⅲ型分泌系统的主要特征有：
1．所分泌的蛋白不含可被切割的信号肽（signal peptide)，在转运时也不被加工修饰。而经普通分泌系统所分泌的蛋白含有可被切割的信号肽；
2．所分泌的蛋白均需要特有的通路蛋白来护送；
3．大多需要与宿主细胞接触后才能完全激活该分泌系统，这种接触可发生在细胞膜表面或胞浆内。
目前，已知有许多病原菌，如志贺菌、沙门菌和耶尔森菌及一些植物病原菌均采用这一系统有效地影响宿主细胞。
志贺菌侵袭质粒抗原B（IpaB) 志贺菌和沙门菌侵袭宿主细胞过程的启动，需要一系列基因表达、细菌与宿主细胞间发生信号转导、细菌通过Ⅲ型分泌系统分泌多种蛋白质、宿主细胞的细胞膜表面发生改变、细胞内骨架重排等过程的参与。
志贺菌到达回肠末端和结肠后，首先通过M细胞（microfold cell)穿过上皮屏障，侵入上皮下淋巴组织。M细胞是散布于肠道粘膜上皮细胞间的一种特化的抗原转运细胞（specializedantigen transporting cell)或特殊的抗原捕获细胞，是病毒、细菌和其他病原体进入肠粘膜的门户。在M细胞下方粘膜固有层结缔组织中，存在游走巨噬细胞和派氏集合淋巴结（Peyer＇patches)。病原菌可通过对M细胞表面毛刷状微绒毛的吸附，或经M细胞表面蛋白酶作用后被摄取，再以吞饮泡（pinocytotic vesicle)形式转运至细胞质内，穿过M细胞，进入粘膜下结缔组织，被位于该处的巨噬细胞摄取。
志贺菌与巨噬细胞接触后，可激活Ⅲ型分泌系统，分泌侵袭质粒抗原（invasionplasmid antigen，Ipa)。巨噬细胞被Ipa复合物激活后，发生细胞骨架重排，胞膜皱折或形成粘着斑，以胞饮的方式吞噬细菌（图4-3)。
在巨噬细胞中，志贺菌分泌的侵袭质粒抗原B（IpaB)能破坏吞噬体膜，并通过肌动蛋白提供动力，迅速地逸出吞噬体，进入细胞浆中。IpaB能直接结合并活化caspase-1，诱发巨噬细胞凋亡（图4-3，图4-4)。虽然侵袭和逸出吞噬体依赖于IpaB、IpaC和IpaD的表达和分泌，但诱导细胞凋亡只依赖于IpaB。
在巨噬细胞凋亡过程中，伴随着caspase-1（原名IL-1β转化酶)的激活，该酶将炎症因子IL-1β前体裂解成IL-1β，大量活化的IL-1β引起中性粒细胞迁移到感染病灶，介导典型的志贺菌炎症反应。中性粒细胞跨肠道上皮的迁移破坏了上皮细胞屏障的完整性，使大量的细菌抵达上皮细胞的基底膜，并侵入上皮细胞。病菌在上皮细胞中大量繁殖，并扩散到邻近的细胞，广泛地损坏肠粘膜，加剧炎症浸润，导致组织的损伤，引起细菌性痢疾。
图4-3 志贺菌引起细胞凋亡的机制
图4-4 重要致病菌调控细胞凋亡的机制
沙门菌侵袭蛋白（SipB) SipB（Salmonella invasion protein B)是沙门菌分泌的与志贺菌IpaB蛋白同源的侵袭蛋白。目前绝大多数的研究是以鼠伤寒沙门菌为模型。与志贺菌相似，沙门菌首先通过M细胞穿越小肠粘膜上皮细胞，到达肠壁固有层的淋巴结，迅速被淋巴滤泡内的巨噬细胞吞噬。但与志贺菌不同的是，沙门菌并不逸出吞噬体，可阻止溶酶体与吞噬体融合，因而能在巨噬细胞中存活和生长繁殖。
沙门菌能诱发巨噬细胞凋亡，其机制与志贺菌相同，即通过SipB结合并活化caspase-1(图4-4)。体内和体外实验均发现，caspase-1的活化在沙门菌引起巨噬细胞凋亡，以及随之产生的炎症反应过程中起着关键性作用。从caspase-1基因敲除（knock-out)小鼠中分离的巨噬细胞能抑制沙门菌引发的凋亡，而且这些小鼠对经口服沙门菌引起感染的抵抗力明显增强。
另外，新近的研究表明，caspase-2的活化也与沙门菌引起巨噬细胞凋亡有关。
耶尔森菌YOPJ/P蛋白 耶尔森菌包括鼠疫耶氏菌、假结核耶氏菌和小肠结肠炎耶氏菌，后两者临床上较为常见，主要通过粪—口途径感染宿主，能通过M细胞穿透肠粘膜上皮屏障，并在局部的淋巴滤泡（Payer小体)中生长繁殖，之后转移到肝、脾中繁殖，可引起宿主死亡。
耶尔森菌可引起多种细胞如巨噬细胞、M细胞、上皮细胞和成纤维细胞的凋亡。但是，与志贺菌和沙门菌不同，耶尔森菌不需侵入细胞内，能在宿主细胞外部诱导凋亡。一旦与宿主细胞接触后，耶尔森菌能通过Ⅲ型分泌系统直接将多种蛋白释放到宿主细胞内。这些蛋白为耶尔森菌外部蛋白（Yersiniaouter protein，YOP)，由质粒编码。YOP能干扰宿主细胞的信号转导通路，引起细胞肌动蛋白骨架的改变，抑制巨噬细胞的吞噬功能。
鼠疫耶氏菌和小肠结肠炎耶氏菌诱导细胞凋亡的蛋白分别是YOP J和YOP P，虽然其确切作用机制尚不清楚，但有证据提示可能是通过调节宿主的细胞因子及抑制细胞“生存信号”来引起凋亡（图4-4)。在绝大多数细胞中，活化的NF-кB能提供生存信号，并可促使某些细胞因子的合成。YOPJ/P能阻断NF-кB的活化，从而抑制肿瘤坏死因子α（TNF-α)和γ干扰素（IFN-γ)的产生，诱导细胞凋亡。此外，YOPJ/P 还能与宿主细胞中一些在信号转导通路中起关键作用的激酶结合，并使其失去活性，从而抑制细胞的多种信号通路，阻断细胞因子的合成，诱导凋亡。
在宿主抗感染的过程中，细胞因子的产生是免疫反应的一个重要组成部分，YOPJ/P的上述作用有助于耶尔森菌在宿主细胞中扩散。
超抗原不需要抗原提呈细胞加工提呈，可同时与T细胞表面受体（TCR)的Vβ部位及抗原提呈细胞的MHCⅡ类分子结合形成三聚体，刺激T淋巴细胞活化、分化增殖，产生细胞因子，最终使增殖的T细胞凋亡。超抗原包括金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌产生的外毒素，以及病毒编码的蛋白等。
金黄色葡萄球菌超抗原 金葡菌肠毒素A和B是一种超抗原，能激活T细胞并使其分化增殖后，再通过凋亡机制清除增殖的T细胞。金葡菌产生的另一超抗原为毒性休克综合征毒素-1（TSST-1)。该毒素可刺激T淋巴细胞的增生和合成细胞因子，并直接或间接地影响T淋巴细胞而使其发生凋亡。
金葡菌超抗原诱导细胞凋亡的信号机制目前仍不清楚。有报导超抗原引发T细胞的凋亡可能与Fas/FasL系统有关，该系统是人体中最常见的细胞凋亡激活的通路之一。另有研究表明，金葡菌肠毒素A和B可通过调节ATP门控（gated)的离子通道和降低蛋白激酶C（PKC)活性来引起鼠幼稚胸腺细胞的凋亡。
化脓性链球菌超抗原 该菌产生的超抗原包括致热外毒素A、B、C。在一组A型化脓性链球菌感染的患者中，体内含Vβ部位的T细胞数目被选择性减少。从该菌感染重症患者中所分离的T细胞具有凋亡的表现，而在非A型链球菌感染患者中，未发现这一现象。
人体对病原微生物感染最早出现的防御反应是由先天性免疫系统完成，这就要求免疫细胞必须能辨别是自身的还是异己物质，这一过程依赖于细胞表面的受体来识别或发现病原菌特有的分子结构。新近的研究表明，与植物、昆虫及其它脊椎动物相似，人类在长期进化过程中保存了能特异性识别病原菌的受体，即Toll类受体（Toll-like receptors，TLRs)（参见第3章)。Toll样受体是触发天然免疫的关键所在，已成为天然免疫研究的热点之一。
TLRs是一种跨膜蛋白，由胞外结构域、跨膜结构域和胞内结构域三部分组成。胞外结构域为富含亮氨酸的重复基序（leucinerichrepeats，LRR)，参与对病原微生物或其产物的识别，激活细胞内信号转导系统；胞内结构域由Toll同源结构域（Toll homology domain，THdomain)和C端长短不一的短尾肽组成。TH结构域亦称Toll/IL-IR（TIR)同源结构域，是Toll样蛋白向下游进行信号转导的核心元件。
与T、B淋巴细胞抗原受体对抗原表位高度特异的“个性”化识别相反，Toll类受体识别的是病原微生物的“共性”，即病原体相关分子特式结构（pathogen-associatedmolecular patterns ，PAMPs)，如病原菌脂多糖、磷壁酸、肽聚糖，支原体和螺旋体的膜脂蛋白，酵母菌的甘露聚糖等。所有病原菌均含有至少一种或多种PAMP。PAMPs的共同特点有：①仅由病原微生物产生，而宿主细胞则无；②一般为病原微生物存活或致病性所必需；③是病原微生物共同的、保守的、特征性的结构成分。可见，Toll类受体的重要生理作用就是通过识别病原体所携带的特有信息，感知病原微生物感染的存在，并及时启动一系列免疫炎症反应，以清除入侵的病原微生物。
目前在人体中至少已发现10种TLR，其中，TLR4主要表达在单核-巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞和某些肠上皮细胞上，主要与G－菌脂多糖结合。TLR2大多表达在单核-巨噬细胞上，主要识别G＋菌的肽聚糖、脂蛋白、酵母菌甘露聚糖等。TLR5主要识别细菌的鞭毛蛋白。TLR6主要识别细菌的肽聚糖、脂蛋白。TLR9主要识别细菌含CpG基序的DNA。
宿主使用Toll类受体识别病原菌是一种在自然选择进化过程中形成的策略，可使宿主有限数量的受体识别多种不同的病原体，并防止变异菌株逃避免疫监视的可能性，因为PAMPs是细菌保守的重要组分。
TLR2与菌体脂蛋白结合后，可激活细胞内的转接（调节)蛋白Myd88，活化的Myd88与细胞凋亡通路的成分（如含有死亡结构域的caspase-1、caspase-8等)结合，使其活化，最终引起人单核细胞和上皮细胞凋亡。除了诱导凋亡的信号，TLR还可激活一些信号通路，如活化NF-κB，从而抑制细胞凋亡并产生细胞因子，启动炎症和免疫反应，以清除病原微生物（参见第3章)。因此，宿主细胞在经TLR刺激后是否走向凋亡，受不同的细胞类型及环境因素的影响。这种TLR诱导的细胞凋亡及其伴随的其它信号被认为有助于宿主建立获得性免疫反应。TLR2和TLR4还被发现表达在B/T细胞膜上；TLR可诱导抗原提呈细胞表达协同刺激分子B7（CD86、CD80)，向初始T细胞提供活化的第二信号，使活化的T细胞对抗原产生特异性免疫应答；TLR可诱导抗原提呈细胞产生细胞因子IL-12，促进CD4+T细胞向Th1分化。以上提示TLR2和TLR4可以调控天然免疫向获得性免疫的转变。
可见，从分子、细胞和机体水平深入研究TLRs家族和PAMPs的相互作用，将有助于揭示病原微生物与宿主之间的相互关系，进一步认识免疫系统的结构与功能，为感染性疾病的防治提供新的思路。
结核分枝杆菌常由呼吸道侵入，首先在肺部被肺泡巨噬细胞吞噬并在其中存留、繁殖，故称为胞内病原菌。巨噬细胞死亡后，可释放出结核分枝杆菌而导致新的一轮感染。结核分枝杆菌同时具有诱导和抑制巨噬细胞凋亡的功能（图4-4)。
诱导巨噬细胞凋亡 体内和体外实验结果均表明，结核分枝杆菌是通过刺激细胞产生TNF-α和活化caspase-1来引起细胞凋亡。结核分枝杆菌细胞壁的组成部分或/和脂蛋白通过与巨噬细胞膜上的Ⅱ型Toll类受体（TLR2)结合，促使细胞合成TNF-α，引起细胞凋亡。另外，在受结核分枝杆菌感染的巨噬细胞内，抗凋亡蛋白Bcl-2（Bcl-2蛋白家族的一员)的表达水平明显降低，提示Bcl-2也参与了结核分枝杆菌诱导巨噬细胞凋亡的过程。巨噬细胞的凋亡可抑制多种分枝杆菌（包括结核分枝杆菌)的生长繁殖，而巨噬细胞的坏死则无此作用。目前认为，巨噬细胞的凋亡可能是人体抗结核感染的防御机制之一。
抑制巨噬细胞凋亡 结核分枝杆菌感染亦能通过抑制细胞凋亡来保护巨噬细胞。在人体肺泡的巨噬细胞中，无毒力的结核分枝杆菌变异株能引起细胞凋亡，而有致病力的结核分枝杆菌感染本身非但不能诱导细胞凋亡，反而能抑制由多种刺激物引起的细胞凋亡。
目前已知的结核分枝杆菌抑制细胞凋亡的机制主要有三种：①经TLR-2活化NF-κB这一细胞生存通路；②增加可溶性Ⅱ型TNF-α受体（STNFR2)的合成与分泌，中和TNF-α的致凋亡活性；③结核分枝杆菌的菌体成分阿拉伯甘露糖脂（Lipoarabinomannan，LAM)能激活PI-3激酶（PI-3K)和蛋白激酶B（PKB/AKT)这一通路，PI-3K/AKT的活化在绝大多数系统中起着维持细胞生存的作用。
进一步研究发现，在巨噬细胞中，经LAM激活的PI-3K/AKT能引起促凋亡蛋白Bad的磷酸化并使其灭活，从而抑制巨噬细胞凋亡。
抗凋亡和致凋亡意义 结核分枝杆菌对巨噬细胞凋亡的双向调节性很可能在其发病机制中起着重要作用。一方面，结核分枝杆菌生长非常缓慢，需要在巨噬细胞内生长繁殖；另一方面，诱导巨噬细胞的凋亡（而非坏死)能抑制胞内结核分枝杆菌的生长，阻止病菌扩散（因凋亡的巨噬细胞连同其胞内的病原菌会很快被新鲜有活力的巨噬细胞清除)。
具致病力的结核分枝杆菌在感染巨噬细胞后，可促使细胞合成并释放IL-10，可将Th1型免疫反应转变成Th2型免疫反应，从而有利于病原菌在细胞内存留和肉芽肿样病灶的形成。因此，结核分枝杆菌所具有的抗凋亡和诱导凋亡活性可能在其感染的不同阶段表现出来，从而帮助病原体建立持续感染。深入研究结核分枝杆菌抗凋亡和致凋亡的机制，以及它们在结核分枝杆菌致病和复活过程中的作用，将给我们提供非常重要的信息，为研制新型抗结核药物提供理论依据。
嗜肺军团菌能侵入单核细胞、肺泡巨噬细胞和上皮细菌，并在这些细胞内的特殊吞噬体中生长繁殖。军团菌在感染的早期能诱导细胞凋亡。与志贺菌及沙门菌不同，军团菌诱导凋亡是通过活化caspase-3而非caspase-1（图4-4)，其致病因子与dot/icm基因组编码的蛋白有关。
嗜肺军团菌诱导的细胞凋亡，很可能在抑制吞噬体的成熟、改变或阻断溶酶体在细胞内转运（endocytictrafficking)、阻止吞噬体与溶酶体融合过程中起着重要的作用，从而有利于病菌在细胞内生存和繁殖。近年研究发现，Rab5（Rabaptin-5)蛋白与GTP在促进吞噬-溶酶体融合过程中发挥关键作用。在诱导细胞凋亡过程中，军团菌激活了caspases系统，活化的caspases能降解和灭活Rab5蛋白，使有活性的Rab5-GTP转化为无活性的Rab5-GDP，从而阻断吞噬-溶酶体的融合，以及溶酶体在细胞内转运。
低剂量的军团菌感染可诱发二种致细胞死亡机制，即在感染早期诱导细胞凋亡，在感染晚期引起细胞坏死。该菌诱导细胞凋亡是一个持续的过程，但细胞坏死只发生在细菌终止繁殖后，由膜穿孔毒素临时激发，这可能代表了某些“专性”胞内寄生菌入侵细胞并在其中增殖，最后逸出细胞的一种协调的手段。
不过，上述结果大多是根据体外实验获得的。在体外实验条件下，军团菌好像难以控制，但在正常人体中可被免疫反应所控制，因为人体免疫系统拥有多种有效的抗嗜肺军团菌感染的机制，如产生IFN-γ。
幽门螺杆菌（Hp)寄居于人胃粘膜上皮层，引起胃炎、消化性溃疡等疾病，并与胃癌的发生相关。该菌能诱导胃粘膜上皮细胞的凋亡，在胃部组织活检标本中，也发现Hp感染和细胞凋亡显著相关（参见第9章)。Hp和宿主因素都对胃部疾病的发生起有重要作用。Hp与胃粘膜上皮细胞上多种不同受体的相互作用，可能是引起疾病多样化的原因。Hp分泌的空泡毒素（vacuolatingtoxin)是重要毒力因子，可通过胃粘膜上皮细胞膜上的多种不同受体进入胞浆，产生细胞毒作用，诱导细胞凋亡。最近发现，尿素酶在诱导细胞凋亡中亦起一定作用。
百日咳杆菌通过产生多种粘附因子和毒素而引起百日咳。毒素主要包括百日咳毒素和腺苷酸环化酶毒素，后者与细胞膜受体结合后，酶活性区进入细胞内，合成大量的第二信使—环化腺苷酸（cAMP)，诱导巨噬细胞凋亡，并具有抑制白细胞的趋化、吞噬及产生活性氧介质等功能。
在小鼠动物模型中，百日咳杆菌能引起支气管和肺泡细胞的凋亡。组织学检查的结果发现，在经百日咳杆菌致病株感染后不久，肺泡中凋亡细胞的数量明显增加。而在经缺乏腺苷酸环化酶毒素的变异株感染的动物中，肺泡中凋亡的巨噬细胞数量明显减少。体外实验也发现该菌能引起人巨噬细胞的凋亡。
该菌主要引起抗生素相关性腹泻和假膜性肠炎，致病因素主要是毒素A/B。这2种毒素是葡萄糖基转移酶，能催化Rho蛋白葡萄糖基化，并使其失去活性。Rho蛋白是小分子量GTP-结合蛋白，在细胞的多种不同信号转导通路中起着非常重要的作用，并能调节细胞周期（cellcycle)、细胞转化和凋亡。
在动物实验中，毒素A能引起回肠、结肠上皮细胞的凋亡，与基底膜分离，并释放出IL-8，使肠壁出现炎症，产生出血性肠道分泌物。体外实验发现，毒素B通过抑制Rho族蛋白活性，引起肠道上皮细胞、T细胞和嗜酸性粒细胞的凋亡。
衣原体具有二个特殊的发育周期：原体（elementary body )和网状体（reticulatebody)。典型的衣原体感染过程为：具有高度感染性的原体侵入上皮细胞，并寄居在滤泡内，以避免与细胞的溶酶体融合。感染8～12h后，原体经分化而形成无感染力但仍具代谢活力的网状体。网状体具有繁殖能力，以二分裂方式产生许多子代原体，并在感染48～72h后，杀死宿主细胞，释放出具感染力的原体，再感染邻近的易感细胞。
衣原体在感染的不同阶段表现出诱导和抑制细胞凋亡的作用，很可能与原体和网状体能阻断由多种不同刺激物（如TNF-α、Fas、DNA损伤剂及蛋白激酶抑制剂等)所诱导的细胞凋亡有关。
在感染早期，衣原体本身合成蛋白质，通过阻断受感染细胞中caspase-3的激活和线粒体释放细胞色素C而抑制细胞凋亡。在感染晚期，衣原体能诱导巨噬细胞和上皮细胞的凋亡，这可能与细胞内促凋亡蛋白Bax的表达增加有关，而不依赖于任何已知的caspases。但具体是何种病原因子引起凋亡，尚不清楚。
衣原体能根据感染的不同阶段，和谐地调控抗凋亡和致凋亡两种机制之间的平衡。衣原体的严格寄生性决定了它需要定植于完整且具代谢功能的宿主细胞中，需要数日的时间来完成繁殖、分化，最终产生足够数量的感染性原体，扩散到邻近细胞。因此，支原体在感染早期所表现出的抗凋亡能力有助于保持受感染细胞的正常代谢功能，在感染后期所表现出的诱导凋亡能力可促使病原体扩散，同时引发宿主的炎症反应而最终控制感染。
立克次体是革兰阴性的专性胞内寄生微生物，感染的靶细胞是血管内皮细胞。立克次体能抑制宿主血管内皮细胞的凋亡，维持宿主细胞的相对稳定，以利于自身生存。与耶尔森菌通过灭活NF-κB系统诱导凋亡的机制相反，立克次体能激活NF-κB信号通路而使受感染的细胞免于凋亡。如果在受感染细胞中选择性地阻断NF-κB的活化，这些细胞将迅速出现凋亡，而未受感染的内皮细胞不发生凋亡。另外，立克次体本身还具有诱导细胞凋亡的能力，其作用机制及在人体内感染致病的关系目前尚不清楚。
综上所述，病原菌调节宿主细胞凋亡的机制是十分复杂的，不同的病原体采用其独特的机制来调节细胞的凋亡通路，调控的结果也因病原体而异。一种细菌可能利用多种机制调节细胞凋亡，并与环境因素、宿主细胞类型等密切相关。表4-1列出了常见病原菌诱发细胞凋亡的主要机制。
表4-1 常见病原菌调控细胞凋亡的主要机制
| 细菌 | 调控蛋白 | 主要宿主细胞 | 宿主靶位 | 凋亡 |
| 志贺菌 沙门菌 李斯特菌 嗜肺军团菌 耶尔森菌 结核分枝杆菌 金黄色葡菌球菌 大肠埃希菌 白喉棒状杆菌 铜假单胞菌 艰难梭菌 百日咳鲍特菌 衣原体 立克次体 | IpaB、志贺毒素 SipB 李斯特溶素O 未知 YOP J/P 细菌壁成分 溶素 溶血素、SLT 白喉毒素 外毒素A 毒素A和B 腺苷环化酶 未知 未知 | 巨噬细胞 巨噬细胞 肝细胞、淋巴细胞、树突细胞巨噬细胞、上皮细胞 巨噬细胞 巨噬细胞 淋巴细胞 淋巴细胞、粒细胞、单核细胞 上皮细胞、髓质细胞 上皮细胞、巨噬细胞 上皮细胞、淋巴细胞、粒细胞 巨噬细胞 上皮细胞、巨噬细胞 血管内皮细胞 | caspase-1、核糖体 caspase-1、-2 Cyt.c、caspases caspase-3 NF-κB、TNFα TNF-α、caspases、Bad、TLR2、Akt 离子通道 离子通道、核糖体 EF-2 EF-2 Rho蛋白 未知 caspase-3、Cyt.c NF-κB | 诱导 诱导 诱导 诱导 诱导 诱导/抑制 诱导 诱导 诱导 诱导 诱导 诱导 诱导/抑制 诱导/抑制 |
对机体来说，为防止病毒增殖和扩散，及时清除受病毒感染的细胞比保护它更有益。病毒的感染和复制可直接或通过激活细胞毒T细胞（CTL)来诱导宿主细胞凋亡。这些免疫效应细胞引起靶细胞凋亡的机制可能有：①释放具细胞毒的细胞因子，如TFN；②通过细胞-细胞直接接触的过程，针对被感染细胞分泌穿孔素（perforin)和颗粒酶（granzyme)，激活caspases；③提供FasL与靶细胞上的Fas受体结合。病毒感染诱导细胞凋亡作用，既可能是机体对病毒感染的防御反应，亦可能是病毒感染导致宿主细胞损伤的重要机制。
由于病毒的复制必须依靠完整的宿主细胞环境，过早的细胞死亡会使病毒没有足够的时间复制新的病毒体，打断某些病毒（如持续感染病毒)潜伏和激活的生长周期。因此，绝大多数病毒均建立了能抑制宿主细胞凋亡的机制，包括激活宿主细胞的抗凋亡基因的表达，或表达自身抗凋亡基因。
病毒的基因产物能在多个不同位点来干扰细胞凋亡的通路，这些位点包括：死亡受体、含死亡效应片段（death effector domain，DED)的caspases、Bcl-2同源物（homologus)和细胞生长周期等。认识这些被病毒阻断的位点，有助于阐明病毒与宿主细胞之间相互作用的分子机制，揭示宿主免疫系统清除病毒的途径。为病毒感染性疾病的防治提供一些新思路。
NK细胞和CTL细胞可释放具细胞毒的细胞因子如TNF，与细胞膜上的TNF受体(TNFR)家族结合，或提供FasL，从而激发死亡信号通路。但是，高表达Fas的细胞并一定均接受FasL诱发的死亡信号而导致细胞凋亡，提示可能存在凋亡信号转导的抑制物。
许多痘病毒均编码了能阻断TNF致死信号的蛋白分子，如牛痘病毒编码了3种不同的淋巴毒素α，可抑制TNF等细胞因子的活性，从而使受染细胞免于凋亡。
腺病毒编码的一些蛋白分子，如RID复合物，能特异性地引起细胞膜上Fas受体和上皮生长因子（EGF)受体的内在化，并随之降解。RID蛋白首先与细胞膜相连并形成多聚复合体。该复合体含针对内体(endosome)的模块（motif)，能特异性地激发Fas系统，在维持体内淋巴细胞总数的平衡中起着关键作用。因此，特异性阻断Fas系统的活性，将特别有利于那些能让腺病毒建立持续感染的细胞类型。RID还兼有抗TNF的功能，如RID能阻断TNF引起的细胞内磷酸酯酶A2的再分布，从而抑制宿主细胞炎症因子的合成与释放，以及TNF诱导的凋亡。
与kaposi肉瘤相关的人疱疹病毒8型可编码caspase-8抑制蛋白，阻止caspase的活化，从而抑制TNF受体相关的凋亡诱导配体（TNFR-relatedapoptosis inducing ligand)介导的细胞凋亡。
FasL或TNF与细胞膜上的受体结合后，可引起这些受体的寡聚或三聚化（oligomerize/trumerize)。这些聚合受体的胞内死亡效应结构域（DED)与FADD或TRADD接头蛋白（adaptorproteins)上的DED相互作用，激活caspase-8，引起死亡信号的级联转导。但caspase的作用可被多种物质抑制。
许多疱疹病毒编码了能直接干扰Fas与caspases联络的接头蛋白分子。这些蛋白质含有2个DED，能与FADD和caspases结合，从而阻断FADD与caspases联络及caspases的活化，最终抑制受染细胞的凋亡。
在人体中，目前至少已发现10多种caspases的同工酶，它们在细胞中的分布、被激活所需条件及底物均有不同。caspases的活化是诱导细胞凋亡过程中的关键步骤，许多病毒均选择caspases作为其抑制凋亡的靶位。
牛痘病毒编码的细胞因子反应调节因子A（cytokine responsemodifier，Crm A)是一种强有力的caspases抑制剂，主要针对caspase-1和caspase-8。抑制caspase-1的活性能阻断IL-1β的成熟和释放，因而减轻机体的炎症反应。而阻断caspase-8的活化能抑制多种刺激物（包括Fas配体和TNF等)诱导的细胞凋亡。
昆虫杆状病毒编码二种独特的抑制caspases活性的蛋白分子：IAP和p35。其中，IAP在人体细胞中也存在同源物，能通过抑制caspase-3、-7、-9的活性（图4-2)，或与TNF相关因子结合，而阻断多种刺激物诱导的细胞凋亡。p35作为caspases作用的底物，当它被裂解后又反过来抑制多种哺乳动物（包括人类)、昆虫和线虫的caspase活性。缺乏p35的病毒变异株则能引起受染细胞的凋亡，从而减少病毒的复制。
Bcl-2家族蛋白是调节细胞凋亡的重要因子。多种病毒能通过其编码的Bcl同源物，或改变宿主细胞的Bcl蛋白表达水平来调节细胞的凋亡。
例如，EB病毒编码的潜伏感染膜蛋白（latency membraneprotein-1，LMP-1)可诱导宿主细胞表达Bcl-2蛋白，并同时活化NF-κB和干扰TNF受体的信号转导，提示LMP-1可通过多种方式来抑制受感染细胞的凋亡，确保病毒的生存和复制。
腺病毒编码的EIB19K可通过与细胞内多种具促凋亡作用的Bcl类蛋白（如Bax)结合，并使其失去活性，从而间接抑制细胞凋亡。
细胞生长周期由许多调节蛋白（如肿瘤抑制蛋白p53和RB)调控完成。p53在正常细胞中可维护基因组的完整。如果DNA受损，p53被激活并浓聚，可使细胞周期停滞在G1期，在DNA复制开始前，对已有损伤的DNA进行修复。如果修复失败，p53可诱导已有DNA损伤的细胞发生凋亡。
多种病毒能合成参与细胞生长周期的调控的蛋白质，如人乳头瘤病毒、人巨细胞病毒和部分腺病毒均可编码与p53结合的蛋白质，从而抑制细胞凋亡。又如，乙型肝炎病毒X蛋白（HBxAg)可与变异的p53结合并使之失活，从而抑制肝细胞的凋亡，细胞生长周期进入S期，导致肝细胞癌的发生。
但是，并非所有病毒都需要抑制细胞凋亡来完成生长周期。事实上，对某些病毒如HIV来说，诱导细胞凋亡是其感染的特征。研究发现，HIV引起CD4＋细胞凋亡的可能机制有：gp120与CD4交联可选择性降低CD4＋细胞中的Bcl-2表达；Tat蛋白通过对NF-κB位点的作用，上调FasL的表达，即增加CD4＋细胞和CD8＋细胞表面FasL表达，诱发细胞凋亡。亦可能与超抗原有关。
病原微生物调控宿主细胞凋亡的能力是一种致病机制，具有重要的生物学意义，包括：
1．消灭宿主免疫系统中参与清除病原微生物的关键细胞，如淋巴细胞、单核细胞和中性粒细胞。在吞噬细胞吞入并杀死细菌之前，促使吞噬细胞凋亡有利于细菌的定居。
2．某些胞内病原体通过抑制细胞凋亡，既为病原体的增殖提供合适的环境和足够的时间，又可利用其寄生于细胞内作为掩体来逃避宿主免疫系统。
3．引起炎症反应，如痢疾志贺菌能特异性激活caspase-1，活化的caspase-1在引起细胞凋亡的同时，可转化并释放IL-1β，引起宿主炎症反应。
对宿主来说，细胞凋亡也可能是用来限制微生物感染扩散的重要手段。例如，在结核分枝杆菌感染过程中，诱导细胞凋亡可减少或抑制细菌增殖；痢疾志贺菌引发凋亡所致的炎症反应有利于将感染局限于肠道而免于扩散。
近年来，对病原微生物调节宿主细胞凋亡机制的认识已有了革命性的飞跃，但是，仍处于启动阶段，需要探讨的问题很多，例如，某些病原体（如结核分枝杆菌)或其毒力因子可同时激发宿主细胞的抗凋亡和致凋亡通路，这两种截然相反的作用在致病过程中是如何被控制和表现？它们在微生物感染过程中的作用是什么？某些胞内菌和病毒调节宿主细胞凋亡的活性是否或怎样与其生长周期相关？人体免疫反应对病原微生物调控细胞凋亡的能力有何影响？能否通过干预致凋亡或抗凋亡活性而改变感染的结局？或以病原微生物凋亡调节因子作为防治感染的新靶标？
目前，由于免疫容忍性宿主（如老年人、糖尿病患者、肿瘤患者等)的增加、多重耐药菌株的出现，微生物持续性感染日趋严重，以及一些重要病原体（如艾滋病病毒)的疫苗研制非常困难，如何有效地防治病原微生物感染仍是全球性难题之一，迫切需要发展新的抗感染方法。随着对病原微生物调节细胞凋亡机制的阐明，将有助于更多地了解病原微生物与宿主之间的相互作用，为研制和开发新型抗感染药物（如选择性调节吞噬细胞特定的信号转导通路的药物)提供分子水平的理论基础和全新的思路。
（郑利民 中山大学生命科学院)
（邓 凡 第一军医大学)
