你知道吗？从你出生开始，你身体里的每个细胞都嵌入了一套“自杀程序”，只待一个信号，就会启动自毁流程！

这可不是危言耸听，而是促使生命正常发育的重要机制——细胞凋亡。想象一下，当你体内的细胞受到严重损伤、被病毒感染或者已经完成了自己的使命不再被需要的时候，它们还在疯狂的生长发育繁殖，争夺你身体的养分，健康的细胞和“黑化”的细胞在体内混战，你就命不久矣喽！因此在你成长过程中，大到清除癌前病变的细胞，小到体内衰老的细胞正常死亡，都离不开细胞凋亡的作用。

而BAK蛋白，就是这场细胞“自杀程序”中的关键执行者。一旦细胞接到不可挽回的“死亡判决”，BAK就会被瞬间激活。它迅速集结成队，在线粒体膜上形成致命的孔洞。它导致细胞“能量核心”崩溃，释放出致命的caspase蛋白酶，将细胞有条不紊地分解成碎片，再由免疫细胞清理干净。

图1  细胞凋亡过程示意图

BAK蛋白的这种“一触即发”的特性，使其成为细胞凋亡通路上的核心开关之一，直接决定了细胞的生死命运。在医药学界，它已成为癌症、神经退行性疾病等领域药物开发的高潜力靶点。能否精准调控BAK，已成为生命科学界竞相追逐的热门赛道。

Bcl-２蛋白家族：调控生死的“家族企业”

细胞凋亡的决策并非只由BAK蛋白决定，它背后是一个庞大的蛋白质家族——Bcl-2家族。Bcl-２家族目前发现有18个成员，根据它们在凋亡中的功能和它们所具有的Bcl-２同源（BH）结构域的数量被分为三类：

1）抗凋亡 Bcl-２蛋白（Bcl-２、Bcl-XL，Bcl-W和MCL-1）：含有４个BH结构域BH1～BH４，通过与促凋亡蛋白BAK/BAX结合，抑制它们的激活而降低细胞死亡率;

2）促凋亡蛋白BAK/BAX：包含3个结构域BH1～BH3，激活后自身形成二聚体，直接促进MOMP途径;

3）BH3 only蛋白家族：仅含有高度保守的BH3结构域，有显著特异性。而且BH3蛋白如果直接相互作用并激活BAX/BAK，则可进一步归类为“直接激活剂”，如果它们与凋亡蛋白结合并取代直接激活剂，则可归类为“敏化剂”。

图2  Bcl-２家族成员分类 [1]

结构决定功能：BAK蛋白的激活与构象变化

1995年Klefer MC[2]等用变性的寡聚核苷酸编码BH1和BH2区域的氨基酸序列，用它们作为聚合酶链反应（PCR）的引物克隆cDNA片段，编码Bcl-2的同系物时，从人类的心脏和EB病毒（Epstein-Barr，EBV）转染的人类B细胞文库中发现了一种新的与Bcl-2同源物的序列，并将其编码的蛋白产物命名为Bak (for Bcl-2 homologous antagonist/killer)。

BAK蛋白分子量为23.4kDa，含211个氨基酸残基，广泛分布于体内的各组织，并具有高度的保守性，其产物与Bcl-2家族其它成员的结构十分相似，尤其是BH1和BH2结构域。在正常生理状态下，大多数的BAK以BAK/Mcl-1、BAK/Bcl-x1异二聚体的形式吸附在线粒体外膜上。接受凋亡刺激后，BH3-only蛋白能将BAK从抗凋亡蛋白与BAK形成的异二聚体中置换出来，形成寡聚体，促进凋亡，也有一小部分的BAK可定位到内质网上。

未激活的BAK是一种球状蛋白质，未激活BAK中α1、α3和α4在细胞表面环绕。激活后，α2（BH3结构域）被外翻，可能与α1-α2环的延伸有关（通过暴露α2和α4中的Ab-1表位，表明α1也改变了构象），如图3所示。而由“激活剂”BH3-only 家族蛋白（如Bid 和 Bim）活化BAK蛋白，该过程是将 BAK中的α2/α3/α4区域展开，暴露出疏水凹槽来实现的。BAK通过构象变化被激活，将N端表位和BH3结构域（α2）暴露出来，后者能够与BAK蛋白的疏水性凹槽（α3-α4）结合而激活BAK成另一活化分子，即产生对称二聚体。这些对称二聚体被认为是多聚化形成的高阶寡聚体，可通过α2螺旋的自缔合使线粒体外膜通透。

图3  BAK蛋白结构未激活和激活形式对比示意图[3]

BAK靶点抑制剂：疾病治疗的新希望

目前BAK在研的药物情况统计如下：

图4. BAK靶点药物研究进展

（https://synapse.zhihuiya.com）

助力靶向药物开发：BAK靶点蛋白和结构解析

核心技术成果：成功解析了BAK_16-186蛋白的晶体结构，为研究其作用机制提供了精确的分子蓝图。

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★ 参考文献

[1] Peter Polčic, Petra Jaká and Marek Mentel. Yeast as a tool for studying proteins of the Bcl-2 family.

Microbial Cell,2015,2(3): 74-87.

[2] Kiefer MC, Brauer MJ, Powers VC, Wu JJ, Umansky SR, Tomei LD, Barr PJ Modulation of apoptosis by the widely distributed Bcl-2 homologue Bak.Nature.1995 Apr 20; 374(6524):736-9.

[3] 徐炜民, 邓鑫, 伍锐. 促凋亡蛋白BAK的功能及在病毒感染中作用的研究进展. China Biotechnolog,2023,43(2/3):

130-140.