Caspase3旁分泌对细胞增殖及组织再生的影响

Caspase3旁分泌对细胞增殖及组织再生的影响
蛋白激酶Caspase3是动物细胞凋亡过程中的关键环节，促进细胞增殖和组织再生。

最新研究表明Caspase3旁分泌信号可特异性激活其肿瘤发生的潜能，因而搞清Caspase3旁分泌信号的机制具有重要的临床意义Caspase3本文简要回顾了Caspase3的生物性、旁分泌功能、以及与肿瘤的关系，为肿瘤治疗新途径提供思路。

标签：caspase3；凋亡；旁分泌；肿瘤
蛋白激酶Caspase3是细胞凋亡的执行者。

Caspase3能通过活化或抑制细胞内激酶、磷酸酶和蛋白分子来调节细胞的信号转导。

最新研究表明，caspase3的活化能影响周边非凋亡细胞的信号传导和基因表达，促进细胞增殖和组织再生。

这种非细胞自主控制的组织再生对维持机体生理平衡至关重要。

本文将重点阐述Caspase3的旁分泌功能。

1 Caspase3的生物性
1994年Fernandez-Alnemri等利用RI-PCR技术在BenBank表达序列标记（expression sequence tag，EST）数据库中找到一段ICE/CED-3活性中心同源的序列，用它合成探针后，筛选人Jurkat T 淋巴细胞cDNA 文库，从中克隆到一种新基因，因其编码分子量为32kD 的半胱氨酸蛋白酶而称之为CPP32（cysteine protease protein，32kD）。

1996 年这种蛋白酶被统一命名为caspase-3。

现在一般认为caspase-3是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶，也是CTL细胞杀伤机制的重要组成部分。

Caspase3是一种相对分子量32KD，含277个氨基酸的蛋白酶，是IL-1β转化酶家族中最受重视的一名成员。

Caspase3基因位于染色体4q32上，有32α和32β两种编码产物。

Caspase3在凋亡过程中主要负责切割靶向蛋白质。

Caspase3作为家族中最重要的蛋白酶，其过量表达标志着凋亡进入了不可逆环节。

Caspase-3广泛分布于各种不同类型的细胞中，表达在多种正常组织中，包括淋巴结、骨髓、上皮等：在某些恶性肿瘤组织中也有表达。

凋亡对维持机体正常新陈代谢至关重要，不仅与胚胎发育密切相关，而且通过对坏死或衰老细胞的清除保障了细胞周期的正常运行。

细胞凋亡率随细胞不同状态而改变，如病理性增生、自身免疫紊乱、衰老退化及癌症等。

Caspase3参与整个凋亡过程，它通过对核层粘连蛋白、粘着斑和细胞桥的有效附着，活化DNA 裂解酶，沉淀凋亡细胞DNA碎片，促使细胞凋亡。

除对底物蛋白切割外，caspase3还可干扰细胞周期运行、参与细胞生理代谢及修复、隔离细胞和分解细胞内部结构等[1]。

因此，caspase3是动物细胞凋亡过程中的关键环节。

2 Caspase3旁分泌功能
除了强大的促凋亡作用外，caspase3活化的同时对邻近非凋亡细胞增殖和组织再生有直接促进作用。

凋亡细胞通过旁分泌caspase3的方式刺激邻近非凋亡细
胞的信号活化，促进细胞增殖和组织再生。

旁分泌信号可增加抑炎症因子IL-10表达，减少促炎症因子IL-1、IL-12和TNF-α等表达以调节炎症反应；凋亡细胞分泌的TGF-β能间接增强机体免疫抑制能力[2]。

研究表明，组织应激导致的细胞凋亡是组织重塑的转折点，启动了细胞增殖和干细胞的重新聚集，有利于保持机体生理平衡，维持组织正常新陈代谢。

越来越多的研究表明，除了在免疫系统的调节作用外，caspase3可活化凋亡细胞内特殊的蛋白激酶和磷酸酶。

Zhao等证明，Caspase3通过活化钙依赖性磷脂酶A2，产生溶血磷脂酸（iPLA2）和花生四烯酸（AA）[3]。

Caspase3同时参与T细胞的增殖和成骨细胞、神经细胞及骨骼肌细胞的分化。

凋亡信号也能促进成肌细胞融合，是哺乳动物骨骼肌形成的关键步骤。

动物实验证实，Caspase3活化促进结缔组织生长因子表达，组织明显纤维化[4]。

Caspase3的活化能构促进或抑制细胞因子表达，以调节复杂的机体生理学过程。

然而许多非凋亡Caspase3活化可能是细胞生理或级联反应的结果，也可能是凋亡细胞通过旁分泌信号作用于邻近非凋亡细胞所导致。

在低等生物中，凋亡和组织重塑与再生息息相关。

果蝇细胞中，细胞有丝分裂像数目随细胞死亡率变化而变化，可称之为“凋亡导致的补偿性增殖”；离体的水蛭息肉中凋亡也同样发挥重要作用，Caspase3阻滞剂zV AD-fmk作用于离体水蛭息肉后，没有明显细胞再生[5]。

因此凋亡细胞被认为是再生信号的发出者，通过旁分泌Wnt3和活化Wnt/β信号通路刺激非凋亡细胞再生。

Wnt/β信号通路不仅参与胚胎发育，同时在细胞增殖、组织再生中起作用，一旦信号活化，细胞质中β蛋白即刻转录翻译。

β信号的易位传导加快了β蛋白的转录并上调细胞循环和增殖中的靶基因表达[6]。

Chera研究中，对经zV AD-fmk处理后的息肉培养皿中添加Wnt3蛋白，β核转录明显、细胞再生，验证了作者关于Caspase3通过Wnt/β途径触发组织的再生的假说[7]。

Caspase-3 主要负责切割某些蛋白质。

其对底物作用引起的变化包括：（1）引起细胞周期阻滞；（2）破坏细胞平衡状态及修复机制；（3）使细胞从周围的组织结构中脱落；（4）使维持细胞结构的物质解体。

大多数触发细胞凋亡的因素，最终均需要通过Caspase-3 介导的信号传递途径导致细胞凋亡。

在Caspase3或其它Caspase家族成员缺乏情况下，机体组织同样存在细胞凋亡，但表现出了凋亡周期延长、形态学骤变等生物学特征。

在细胞内因素诱导凋亡的途径中，细胞线粒体通透性增加、ATP消耗、细胞自噬及线粒体释放促凋亡因子启动Caspase3依赖的细胞凋亡；在外源性刺激诱导的凋亡途径中，Caspase8做为中间产物间接活化Caspase3，并通过裂解CYLD，抑制细胞坏死性凋亡[8]。

因此，Caspase3蛋白阻滞剂通过抑制死亡信号接收器，促进相关蛋白及RIP3的磷酸化，导致坏死性细胞凋亡。

即使Caspase3家族在细胞凋亡中可有可无，但Caspase3的活化在维持组织生理平衡的过程中举足轻重。

凋亡和Caspase3活化的生物学行为触发抑炎症分子的释放，以抑制炎症发展。

研究表明Caspase3除了促凋亡作用外，同时参与免疫系统应答，通过影响促炎症分子表达，减弱炎症反应，避免自主免疫应答。

促炎因子DAMPs被认为是细胞坏死的炎症或免疫级联反应的始动者[9]。

机体免疫系统对Caspase依赖的细胞凋亡和非Caspase依赖
的细胞死亡应答是截然不同的，有学者认为Caspase3密切参与炎症反应，有效预防了坏死细胞导致的免疫性疾病。

3 Caspase3与肿瘤治疗
Caspase3的旁分泌功能有利于组织损伤的再生修复、诱发部分对放化疗耐受的细胞的增殖，这种机制可能减弱了目前肿瘤治疗的有效性。

现临床绝大部分放化疗方法都以诱导癌症细胞凋亡为目的。

肿瘤细胞复杂的生理环境、免疫应答、基因突变和不断变化的新陈代谢意味着并不是所有的肿瘤细胞都对放化疗同样敏感。

肿瘤细胞部分杀伤学说，强调一定时间内的靶向放化疗能集中杀伤一批细胞，杀伤效果只与肿瘤敏感性相关，与肿瘤的大小、部位组织来源等性质不密切。

换句话说，放化疗后逃逸的肿瘤细胞无论是增殖速度还是细胞分化程度都具有更强的侵袭性。

实际上，增殖速率的提高往往提示不良预后情况。

与癌症细胞间差异性反应相对应的的是在肿瘤中以一定数量存在的肿瘤干细胞[10]。

肿瘤干细胞对放化疗有独特的耐受力，Caspase3旁分泌信号可特异性激活其肿瘤发生的潜能。

Caspase3效应器通过调节旁分泌信号通路，特别是Caspase3作为肿瘤生长和增殖的刺激因素，发挥其在肿瘤治疗中的信号转导作用。

在体外模型中，荧光标记的干细胞与凋亡细胞MEFs被植入同一培养皿中，对照组单独植入干细胞，同等条件下培养一段时间后，实验组干细胞增殖明显优于对照组，说明了凋亡细胞MEFs加速了干细胞的增殖。

进一步实验表明，在植入凋亡MEFs的培养皿中加入Caspase3灭活剂后不再出现明显的干细胞增殖，更加确认了Caspase3这种特殊的旁分泌信号导致细胞增殖。

值得一提的是，Huang临床研究提出有复发倾向的肿瘤对放化疗的耐受性较高，因此大大降低了患者临床放化疗的有效性[11]。

流行病学调查发现，Caspase3高表达提示肿瘤高复发率和患者较低生存率。

这个结论与人们普遍认为的Caspase3高表达预示着放化疗较为成功的观点截然相反。

cas3的特异性活化在何种类型肿瘤中，能加速肿瘤的再生还有待进一步证实，但Caspase3这种独特的功能有望使其成为判断肿瘤耐受力和复发性的重要标志。

关于Caspase3的最新发现对临床肿瘤的治疗具有重要的指导意义。

确切的说，caspase3介导的肿瘤细胞凋亡是放化疗根治肿瘤的基础，有效抑制Caspase3旁分泌信号的传导将可能成为一项卓有成效的治疗方法，特别针对那些具有不良愈后倾向的肿瘤。

特异性阻断Caspase3旁分泌信号下游效应器，比如拮抗PGE2或Wnt信号途径，也能有效阻止至少减缓放化疗后肿瘤细胞再增长速率，为肿瘤的治疗提供了更多选择并值得深入研究探讨[12]。

常规放疗与特异性Caspase3信号阻滞结合在一起的治疗方法明显延迟肿瘤细胞的生长，且肿瘤血管化较常规治疗对照组明显减少。

已有数据表明靶向抑制Caspase3有效阻止了异种移植肺癌的细胞增殖，这种综合治疗方法有待进一步推广[13]。

Huang采用cas3基因缺陷MCF—7原代细胞建立了移植瘤模型，经过放射处理后肿瘤细胞完全凋亡，且没有再生长；相反，对照组用Caspase3转染MCF—7细胞使其表达Caspase3，同样照射处理后，残余肿瘤细胞以一定速度生长，并逐渐显现出对放疗耐受性，提示抑制cas3活性可能间接提高肿瘤细胞的放疗敏感性[11]。

因此，特异性的抑制Caspase3的活化并结合放化疗的综合治疗方法对那些具有放化疗耐受性和复发倾向的肿瘤开辟了新的治疗途径。

参考文献
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