大腸癌（Colorectal cancer）是致死率很高的主要癌癥類型之一。目前用于治療大腸癌的方法主要是藥物治療，比如5-FU，以及irinotecan。然而，臨床上接受藥物治療的晚期大腸癌患者五年存活率不足10%。常規(guī)性的抗癌藥物的主要作用機(jī)理是引起DNA的損傷以及細(xì)胞的死亡，包括線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性細(xì)胞凋亡以及死亡受體介導(dǎo)的外源性細(xì)胞凋亡。在腫瘤惡化過程中，新產(chǎn)生的腫瘤細(xì)胞經(jīng)常會(huì)發(fā)生遺傳或表觀遺傳上的突變，導(dǎo)致其對細(xì)胞凋亡不再敏感。因此，尋找其它導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡的方式對于癌癥的治療十分重要。
很久以來，細(xì)胞壞死都被認(rèn)為是一類無規(guī)律的、被動(dòng)性的細(xì)胞死亡方式，主要由炎癥反應(yīng)與組織損傷引發(fā)。zui近幾年的研究發(fā)現(xiàn)一些類型的壞死也是受到信號調(diào)控的。主要機(jī)理是：TNF-R1受到TNF-a的刺激激活，從而招募下游的*激酶-RIP1與RIP3，進(jìn)一步促發(fā)細(xì)胞壞死。在正常狀態(tài)下這種程序化細(xì)胞壞死信號被細(xì)胞凋亡所抑制。在小鼠中，當(dāng)caspase 8缺失后，小鼠由于RIP3導(dǎo)致的細(xì)胞壞死信號活化使得其在胚胎期致死。當(dāng)額外敲除RIP-3后，小鼠便可正常發(fā)育。另外，在體外實(shí)驗(yàn)中caspase-8的抑制能夠?qū)?/span>TNF-a引導(dǎo)的細(xì)胞凋亡向細(xì)胞壞死方向轉(zhuǎn)變，這一過程依賴RIP1, RIP3以及下游的效應(yīng)分子MLKL。然而，目前對于DNA損傷如何引發(fā)細(xì)胞凋亡的機(jī)制仍不清楚。
首先，作者以人大腸癌細(xì)胞系HCT116為研究對象，人為敲除了細(xì)胞中的caspase 3蛋白。出人意料的是：敲除后的細(xì)胞系HCT116-/-對5-FU等癌癥藥物處理變得異常敏感（細(xì)胞生長受阻，細(xì)胞凋亡增多）。通過將腫瘤移植入小鼠體內(nèi)，作者發(fā)現(xiàn)caspase 3敲除后的，在小鼠體內(nèi)腫瘤耐藥性相對于野生型（HCT116WT）下降明顯。
之后，作者通過生化檢測的手段發(fā)現(xiàn)HCT116-/-細(xì)胞與HCT116WT細(xì)胞在5-FU刺激下均發(fā)生了明顯的caspase 9與caspase 7的切割活化。這一結(jié)果說明DNA損傷引起的細(xì)胞凋亡并沒有收到影響。此外， HCT116-/-細(xì)胞在受到刺激后還出現(xiàn)了非細(xì)胞凋亡的現(xiàn)象：HMGB1的釋放。對于細(xì)胞凋亡進(jìn)行染色分析，作者發(fā)現(xiàn)HCT116-/-細(xì)胞與HCT116WT細(xì)胞在5-FU刺激下均發(fā)生了一定比例的細(xì)胞凋亡（Annexin-5+）,而且這一亞群可以被pan-caspase 抑制劑Z-VAD*抑制。然而，HCT116-/-細(xì)胞還有相當(dāng)一部分細(xì)胞亞群是壞死狀態(tài)（Annexin-5-/PI+），這在野生型細(xì)胞中并沒有出現(xiàn)，而且這一部分細(xì)胞不能被Z-VAD所抑制。
之前的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壞死的信號是由一個(gè)經(jīng)典的蛋白復(fù)合體介導(dǎo)的。這一復(fù)合體由caspase-8，RIP1，RIP3組成，可以被稱為"壞死小體"。通過免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)，作者發(fā)現(xiàn)在HCT116-/-細(xì)胞與HCT116WT細(xì)胞中，5-FU的刺激能夠促進(jìn)這一小體的形成，而在HCT116WT細(xì)胞中caspase 3也存在于這一復(fù)合體中。通過Z-VAD進(jìn)行阻斷，作者發(fā)現(xiàn)HCT116WT細(xì)胞的caspase 3不再存在于這一小體中，而展現(xiàn)出于與HCT116-/-細(xì)胞相似的表型。之后，作者向HCT116-/-細(xì)胞轉(zhuǎn)入無酶活性的caspase-3，檢測發(fā)現(xiàn)這一處理能夠*抑制HMGB1的釋放與壞死的發(fā)生，這一結(jié)果說明caspase-3抑制壞死小體的發(fā)生不依賴于其酶活性。
之后，作者希望了解5-FU誘導(dǎo)的HCT116-/-細(xì)胞的壞死是否依賴caspase-8或RIP1，因此作者利用不同的手段（shRNA，dominant negative mutant，小分子抑制劑，siRNA）抑制RIP1與caspase-8的活性。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些抑制的處理均能阻斷5-FU刺激HCT116-/-細(xì)胞后引發(fā)的細(xì)胞壞死（Annexin-5/PI染色）與HGMB1的釋放。之后，作者針對另外一株細(xì)胞系RKO利用shRNA方法進(jìn)行caspase-3的敲低。結(jié)果與上述相同。
zui終，作者證明了這一信號依賴于下游的活性氧反應(yīng)。
總之，該文章*次提出了caspase-3對于癌細(xì)胞的壞死具有負(fù)向的調(diào)控作用，因此在臨床上結(jié)合DNA損傷藥物與caspase-3抑制劑藥物進(jìn)行配合治療有望誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生壞死，從而達(dá)到zui終清除癌細(xì)胞的目的。
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