凋亡蛋白Smac與食管癌

陳文慶，張依軍，蔡三立，寇國鋒，劉 剛

(吉林省腫瘤醫(yī)院，吉林 長春130012)

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*通訊作者

凋亡蛋白Smac與食管癌

陳文慶，張依軍，蔡三立，寇國鋒，劉 剛*

(吉林省腫瘤醫(yī)院，吉林 長春130012)

食管癌是消化系統(tǒng)常見惡性腫瘤。我國是食管癌的高發(fā)地區(qū)，對于中、晚期食管癌患者主要采用以手術為主，放化療為輔的治療方案，但是5年生存率較低，大約20%-40%。然而由于個體差異導致患者產(chǎn)生放化療耐受，從而影響治療效果[1-3]。食管癌的發(fā)生需要多基因的參與，其發(fā)生和發(fā)展過程亦是一種細胞增殖與死亡的動態(tài)平衡。研究表明，重要凋亡因子變化會造成正常細胞凋亡程序紊亂，是腫瘤發(fā)生發(fā)展的一個重要因素，而這種抗凋亡機制也造成了腫瘤晚期對放化療的反應性不佳。第2個線粒體衍生的胱天蛋白酶激活劑(Smac)是一種新型線粒體蛋白質。它是Wang等[4]在2000年從HeLa細胞中分離得到的。分析顯示Smac與蛋白質低pI的IAP直接結合蛋白(DIABLO)兩者的特征完全相同， 后者由Verhagan實驗小組[5]從293T細胞中分離得到，因此這兩種蛋白合稱為Smac/DIABLO。Smac的促凋亡作用包括以下幾方面：阻止了凋亡抑制蛋白家族(IAPs)抑制細胞凋亡的作用；促進腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體(TRAIL)誘導細胞凋亡；線粒體途徑細胞色素c(Cyt c)和Smac共同啟動線粒體途徑。基于Smac誘導凋亡特性的食管癌治療主要集中在Smac小分子肽、Smac蛋白過表達促凋亡、以Smac為靶點增強食管癌細胞對放化療的敏感性等。因此，深入探討Smac基因與食管癌發(fā)生、發(fā)展的關系，并以此為靶向的基因治療，不但有助于了解食管癌的發(fā)生、發(fā)展，也為未來基因靶向治療的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 Smac的背景

Smac染色體基因位于基因組12號長臂,有7個外顯子，總長度為1.5 KB。Smac蛋白的相對分子量為27K，包括239個氨基酸，氨基酸殘基為線粒體靶序列(MTS)位于Smac蛋白肽鏈N末端，這樣就可以使Smac轉入到線粒體，剪切掉MTS后 Smac蛋白就以純二聚體形式存在于線粒體膜間隙內，其總相對分子量也減少為25K，只有此種形式的Smac才具有該活性[6]。Smac表達于成人的多個器官組織，包括睪丸、卵巢、心臟、前列腺、腎臟及正常組織中，在肺臟、腦、胸腺及外周血中也有少量表達；Smac在腎癌、卵巢癌、甲狀腺癌、骨肉瘤和胰腺癌等多種腫瘤中高表達，但也在少數(shù)腫瘤組織中表達降低或缺失[7]。這種表達異常與腫瘤發(fā)生、發(fā)展以及預后有關，且可能是腫瘤放化療耐受的原因之一[8]。

2 Smac誘導細胞凋亡

線粒體途徑位于細胞凋亡調控通路的中心，它與死亡受體途徑、內質網(wǎng)應激途徑共同成為細胞主動死亡的的主要途徑其中線粒體途徑在細胞凋亡中最為重要。通常在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中，介導細胞凋亡的相關基因出現(xiàn)異常表達使細胞凋亡處于一種異常狀態(tài)。劉暢等[9]在分析食管鱗癌中Smac表達時發(fā)現(xiàn)，在癌組織、正常組織和癌旁組織中Smac陽性表達率分別為92.50%，63.75%和77.50%，而且Smac陽性表達的癌組織細胞凋亡率明顯高于Smac陰性表達的癌組織細胞凋亡率，這說明二者存在正相關。Smac具有顯著的促凋亡活性，涉及到多種機制。

2.1 Smac可解除IAPs對細胞凋亡的抑制

由于含有大量的桿狀病毒IAP重復區(qū)(BIR)這種特殊的分子結構使人類的IAPs具備了抗細胞凋亡的活性，Smac蛋白可以與凋亡蛋白caspase-3、-6和-7競爭性的與該重復區(qū)域特異性結合，使其失去了對caspases的抑制，使細胞釋放更多的caspase，誘導了細胞的凋亡[10-12]。Smac抑制IAPs的機制如下：Smac蛋白可以在細胞受到外源刺激時由線粒體釋放入細胞漿，由于位于N末端AVPI四肽序列結構可BIR2和BIR3結合，從而競爭性的阻斷caspase與之的相互作用，阻止了caspase的失活，誘導細胞凋亡。

2.2 Smac增強TRAIL對凋亡的正向調節(jié)

激活caspase-8-tBid-Bax的級聯(lián)反應是TRAIL誘導細胞凋亡的途徑之一，caspase-3及tBid的激活是通過TRAIL誘導的Cyt c的釋放以及caspase-8和Bid的加工實現(xiàn)的，在Smac的正向調控下發(fā)揮促凋亡作用的。而且，caspase-8-tBid-Bax級聯(lián)反應導致了更多Smac的釋放，caspases受IAPs的抑制也被解除，從而增強凋亡的發(fā)生[13]。在TRAIL誘導的凋亡途徑中，僅是caspase-8的活化還不足以激活caspase-3，因此，這一過程還需要Smac參與。Ng等[14]的研究結果發(fā)現(xiàn)將編碼Smac的cDNA轉染到前列腺癌細胞(CL-1)中，結果誘導了CL-1細胞發(fā)生了凋亡。

2.3 Cyt c與 Smac同時釋放

Smac和Cyt c具有協(xié)同誘導凋亡的作用，是線粒體凋亡通路被釋放到胞漿中兩種關鍵的凋亡因子。caspase-9前體的形成需要多種因子參與，其中包括Cyt c與Apaf-1，而后結合為凋亡小體(apoptosome)。caspase-9通過caspase-3及 -7的激活發(fā)揮促凋亡作用，同時IAPs抑制凋亡的作用被Smac解除，所以，Smac和Cyt c共同釋放到胞漿中，可以發(fā)生協(xié)同促凋亡的作用[15]。

3 Smac與食管癌治療

食管癌是我國發(fā)病率較高的惡性腫瘤之一，目前研究表明食管癌的發(fā)生、發(fā)展也與許多凋亡調節(jié)因子紊亂相關[16,17],Smac在食管癌中表達異常，并且與凋亡密切相關，因此大量研究將其作為食管癌治療的靶點，且手段較豐富。

3.1 Smac小分子肽

大量實驗結果顯示， Smac蛋白過表達以后，增加了腫瘤細胞對凋亡刺激的敏感性，特別是Smac蛋白N端分離下來的短氨基酸序列也可以與XIAP反應，促進了caspase-9和 -3的活化，同時，對于IAPs過表達的腫瘤細胞，Smac蛋白還能起到殺傷腫瘤細胞的作用[18]。Mizukawa等實驗結果顯示:將與Smac N末端相似的或模擬Smac活性的小分子肽加入到腫瘤細胞后，明顯增強了腫瘤細胞對凋亡的敏感性，體現(xiàn)出明顯的促凋亡作用[19]。

3.2 Smac蛋白過表達促凋亡

通常Smac在腫瘤細胞中存在異常表達，而且其作為內源性IAPs的抑制物作用不強，因此，考慮將過表達的Smac導入到細胞中，從而發(fā)揮其促凋亡的作用。劉迎等[20]將Smac基因導入到前列腺癌細胞株PC-3中，大大增加了Smac的表達，使腫瘤細胞停滯在G0/G1期，明顯的抑制了腫瘤細胞生長并促進了腫瘤細胞的凋亡。Du等[21]構建Smac過表達載體，轉染食管癌細胞Eca109后發(fā)現(xiàn)，Smac表達顯著增加，而且對細胞凋亡具有凋亡促進作用，而且還發(fā)現(xiàn)與單純順鉑作用比較，凋亡增加的更為顯著。食管癌細胞的凋亡與Smac過度表達密切相關，同時Smac與順鉑在促食管癌細胞凋亡方面表現(xiàn)出協(xié)同效應。

3.3 Smac相關靶向治療與腫瘤放、化療的協(xié)同作用

放療和化療是食管癌手術后治療的聯(lián)合方案，而且由于個體差異導致患者產(chǎn)生放化療耐受，從而影響效果。以Smac為靶點促凋亡在多種腫瘤中已經(jīng)體現(xiàn)了顯著的增強放化療敏感性的作用，在食管癌治療中也具有相似的作用。Qin等[22]研究發(fā)現(xiàn)，Smac的模擬物LCL161作用于食管鱗狀細胞癌ESCC細胞，細胞增殖能力降低，并誘導細胞凋亡增加，同時能夠導致ESCC細胞對輻射敏感性增強，而且主要通過降低cIAP1表達，促進caspase-8表達，并上調TNFα表達來實現(xiàn)。Xu等[23]通過對食管鱗狀細胞癌患者標本分析發(fā)現(xiàn)，Smac在腫瘤中表達明顯下調，而且在化療敏感和化療耐受的患者中存在明顯的差異。而且在ESCC細胞中，化療藥順鉑作用后，Smac和Cyt c從線粒體中釋放出來，caspaes-9和-3被激活，而當Smac被敲除后則能降低順鉑導致的細胞凋亡和線粒體失能，Smac缺乏也導致對應腫瘤對順鉑的耐受。Smac的一種小分子模擬物LB2242則能顯著增強順鉑誘導的細胞凋亡和caspase激活，對Smac缺乏的食管癌細胞具有化療致敏作用。

4 Smac的研究前景及展望

Smac蛋白是Cyt c后第二個線粒體蛋白，它對腫瘤的抑制是通過多種途徑實現(xiàn)的。Smac蛋白促進腫瘤凋亡的理論假設是基于腫瘤細胞具備凋亡逃脫能力導致腫瘤細胞無限制增生的特點。實驗證明，一些活性Smac小分子在體內外均能提高腫瘤細胞對化療的敏感性，非常明顯的促進了腫瘤細胞的凋亡，具有廣泛的應用前景。但大量研究結果也指出，過量Smac蛋白對機體正常器官和組織有一定的毒性，所以發(fā)現(xiàn)無毒性的類似Smac蛋白分析活性的替代品等是未來研究的方向。此外，研究表明：Smac治療腫瘤還存在一些應用性問題，如Bartling等[24]發(fā)現(xiàn)Smac在依托泊苷(VP-16)治療肺癌的過程中不發(fā)揮促凋亡作用，提示并不是所有的治療腫瘤手段應用Smac后，都能達到增強其促凋亡效果，這需要更多研究進行篩選，并確定具體的方案。目前針對Smac的靶向治療尚處于初級階段，但其在腫瘤治療領域的潛力是毋庸置疑的。

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