王小敏 佟树文 郑素琴

(华北煤炭医学院基础部病理学教研室 河北 唐山 063000)

肿瘤细胞增殖与凋亡的失衡是肿瘤发生和发展的重要环节。细胞凋亡调控失败，会引起细胞(尤其是基因突变细胞)过度增殖或凋亡减少，从而增加细胞恶变的潜能导致肿瘤发生。Caspase家族蛋白酶的激活在细胞凋亡过程中起着关键作用，当其凋亡不足时，易发生癌变、病毒性疾病和自身免疫性疾病等。本文就Caspase对大肠癌的影响综述如下。

1 Caspase蛋白酶及其生物学特征

Caspase全称为半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(cysteinyl aspartate specific protease)，主要以酶原的形式广泛存在于细胞中，一般位于胞质，偶见于胞核。目前在哺乳动物细胞中已发现Caspase蛋白酶家族成员有16种，按其发现的先后顺序在Caspase后以阿拉伯数字表示。在细胞凋亡中起重要作用的主要有 caspase－8、caspase－9、caspase－3。根据 Caspase结构同源性、功能和底物特异性的不同，分为三大类:凋亡启动组，包括Caspase－2、－8、－9和－10，通过自身活化启动凋亡并调节效应型Caspase;凋亡执行组，包括Caspase－3、－6和－7等，能分解细胞蛋白，执行凋亡;炎症反应组，包括Caspase－1、－4、－5、－11、－12、－13和－14等，其活化与炎症因子的合成有关。另有人依据种系发生的结果分析将Caspase分为3个亚家族:Caspase－1亚家族，包括 Caspase－1、－4、－5、－11、－12、－13和－14;Caspase－2亚家族，只有Caspase－2一个成员;Caspase－3亚家族，包括 Caspase－3、－6、－7、－8、－9和 －10。

Caspase蛋白酶家族具有以下共同特点:①均属于半胱氨酸蛋白酶;②均以无活性的酶原形式存在于细胞中;③均含有五肽保守序列 QACXG(Caspase－9X=G，Caspase－8和 Caspase－10X=Q外，其余Caspase家族成员X=R);④活化后具有独特的催化活性，将底物在ASP位点后切断，同时通过这种方式也能自我活化;⑤可直接或间接地被钙离子激活，过度表达都可导致一系列不可逆转的蛋白质裂解，最终导致细胞死亡;⑥底物的特异性，即对底物序列的特异性识别，因而酶促反应具有高度特异性;⑦转染不同细胞可诱导凋亡。

2 Caspase的作用底物

Caspase家族在凋亡发生的DNA裂解、细胞形态等方面起着核心作用，激活的Caspase通过对细胞特异性蛋白质的剪切达到快速有序的“杀死”细胞，将凋亡信号逐级传至凋亡底物。目前已有40多种Caspase底物得到发现。根据蛋白酶对其底物酶切后产生作用的后果不同，将其底物分为四大类:第一类是被酶切后活化的底物，如Caspase本身切割可引起自身活化，PKC－δ、P21激活的激酶2(PAK2)、凝脂酶A2、类固醇调节组件结合蛋白(SREBF)等;第二类为酶切后失活的底物，如DNA催化亚单位、视网膜母细胞瘤抑制蛋白等;第三类为酶切后改变其结构的蛋白，如A型和B型细胞核Lamin及Gas2;第四类为酶切后对凋亡作用尚不清楚的底物PARP[poly(Aop－ribose)polymerase]DNA－PAKs等。

3 Caspase激活途径

3.1 死亡受体途径 又称细胞外途径。死亡受体(death receptor，DR)是一类跨膜蛋白，隶属于肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor，TNFR)超家族。目前发现至少有8种死亡受体在细胞凋亡信号的传导过程中发挥作用，主要包括Fas/CD95、TNFR －1、DR －3、－4 和 －5、诱骗受体(Decoy receptor，DcR)等。Fas分子的配体为FasL;TNFR－1配体为TNF－α;DR3为APO－3L，而 DR4H 和 DR5配体为 TRAL、APO－2。当靶细胞表面的配体与各自的受体结合后，膜上的受体就会发生二聚化，存在于胞浆中的结构域就会发生改变，导致死亡结构域(death domain，DD)与连接蛋白(fas－associated death domain protein，FADD)C末端的DD结合，形成诱导死亡信号复合物(death－inducing signal complex，DISC)，从而激活 Caspase－8或Caspase－10，继而活化下游的执行者Caspase－3和Caspase－7，启动Caspase的级联反应，导致细胞凋亡[1]。

3.2 线粒体途径 又称细胞内途径。随着研究的深入，人们发现线粒体在细胞凋亡中发挥着重要的作用，细胞色素C从线粒体内释放是关键的一步，在凋亡发生早期线粒体膜电位下降而通透性增加，线粒体内的各种蛋白质被释放出来，包括细胞色素c、细胞凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor，AIF)、Smac/DIABLO、EndoG等。当细胞的凋亡启动后，Bax蛋白由胞液转至线粒体膜上，细胞色素C从构建的孔隙中进入胞液，在dATP的协助下，Apaf－1发生活化，与pro－Caspase－9分子中的CARD结构域寡聚化，形成凋亡小体(apoptosome)，促使pro－Caspase－9自身活化，活化的Caspase－9进一步激活下游的Caspase－3、－6和－7等，进而引发Caspase级联反应导致细胞凋亡[2]。线粒体自身也含有一定量的Caspase，受凋亡信号刺激时会释放出来，线粒体内部释放的pro－caspase－3直接参与凋亡信号的转导，由此推测可能存在一个Caspase和线粒体自身反馈的环，凋亡刺激导致线粒体细胞色素C、AIF、Smac、Caspase释放，Caspase的活化又促进诱发这一过程，对于凋亡的加速和凋亡信号传递有十分重要的意义。

3.3 内质网信号途径 Caspase－12启动Caspase的第三条途径，即内质网(endoplasmic reticulum，ER)信号途径，是近年来研究发现的又一条重要的Caspase激活途径。内质网应激诱导Caspase－12表达，同时也导致胞质中的Caspase－7转移到内质网表面。Caspase－7激活Caspase－12，激活的 Caspase－12由内质网胞质面移位至细胞质与激活的Caspase－9结合，启动ER stress诱导细胞凋亡的Caspase级联反应[3]。

Caspase介导的细胞凋亡是一种错综复杂的生理及病理现象，细胞外途径导致 Caspase－8的活化，细胞内途径导致Caspase－9的活化。无论何种途径，最终Caspase－3被激活，活化的Caspase－3裂解相应的胞浆胞核底物，导致细胞凋亡[4]。两条凋亡途径能发生交叉对话，即通过死亡受体途径激活的Caspase－8剪切Bid，从而激活Bid，使细胞色素C从线粒体释放激活Caspase－9[5]。Caspase激活除上述的三种主要途径外，还可能有其它的激活方式，各种途径之间也并非完全孤立地发挥作用，细胞的最终命运就在于上述各种信号途径相互作用的结果。

4 Caspase家族的调控

一级调控:Caspase主要以无活性的酶原形式存在;二级调控:Bcl一2家族及SMAC/DABLO调节procaspase的蛋白水解活化;三级调控:活化的Caspase受IAp家族的调控。这些调控蛋白在肿瘤中通常存在异常表达，因此可以作为肿瘤治疗的靶点。

5 Caspase与大肠癌

癌症是多基因控制的疾病。近年的研究表明，细胞凋亡和增殖的平衡破坏为肿瘤的发生发展提供了平台[6，7]。凋亡异常导致本该死亡的细胞被保留下来，其中有些突变的细胞增殖失控，形成肿瘤。目前关于Caspase对大肠癌影响研究较多的主要有以下几种类型:

5.1 Caspase－1与大肠癌 Caspase－1是Caspase家族中最重要的一员，是炎症反应过程的关键效应分子。多项研究表明，通过Caspase补充区域(cARD)，以CARD/CARD途径与衔接蛋白Asc特异性结合原Caspase－1，能使其活化，进一步介导致炎性细胞因子IL－1和IL－18等的成熟与活化，从而引起炎症反应[8]。

江兴林等应用免疫组化法对30例结肠癌标本及相应的癌旁组织进行Caspase－l检测，阳性率分别为60%(18/30)和3O%(9/30)，组间阳性表达率有非常显着性差异(P＜0.05)，提示Caspase－1在结肠癌的凋亡、发生及发展过程中有重要作用[9]。

5.2 Caspase－3与大肠癌 Caspase－3是是哺乳类动物细胞凋亡的关键蛋白酶，是凋亡执行的重要效应分子，被称为死亡蛋白酶。它一般以23ku的无活性前体存在于细胞质中，当细胞进入凋亡时才被激活，参与多种因素诱导的细胞凋亡。

曾浩然等采用免疫组化法和原位末端标记法分别检测28例大肠癌、10例大肠腺瘤及5例正常大肠黏膜中Caspase－3基因的表达水平及细胞凋亡，结果显示Caspase－3基因在大肠癌、大肠腺瘤和正常黏膜组织中的表达分别为46.4%(13/28)、60.0%(6/10)和80.0%(4/5)，三者之间有显着性差异(P ＜0.01)[10]。与邓文英等[11]的研究结果一致，提示 Caspase －3 基因参与了大肠癌的发生及去分化过程。Larmonier等研究得出大鼠的结直肠癌组织在脂质A的诱导下激活Caspase－3基因，促进了肿瘤细胞的凋亡，而引起肿瘤的退化[12]。

5.3 Caspase－8与大肠癌 Caspase－8主要在胚胎早期起作用，Caspase－8基因甲基化、基因突变及其它表达异常与某些肿瘤、自身免疫性疾病的发生有关。结直肠癌组织及多种肿瘤细胞系检测到Caspase－8基因突变，并表现出凋亡受损[13]。Kim等检测到结直肠癌中Caspase－8基因突变率为5.1%，肿瘤来源的突变体表现出明显减弱的凋亡活性[14]。

5.4 Caspase－9与大肠癌 Caspase－9属于上游起始Caspase，主要在内源性细胞凋亡途径中活化，从而激活效应Caspase－3导致细胞凋亡。Caspase－9普遍表达于神经、肌肉、肝脏、脾脏、肺和胃等正常组织[15]。有研究表明，在胃癌、皮肤黑色素瘤和白血病中都发现Caspase－9基因转录和翻译水平的下调[16]。

沈小钢、韩峥等采用RT－PCR测定大肠癌组织及癌旁组织中Caspase－9mRNA的表达，结果显示与癌旁组织比较，Caspase－9在大肠癌中表达下调，二者差异有显着性(P＜0.05)。提示Caspase－9在大肠癌的发病中参与了肿瘤组织的分化[17，18]。

5.5 Caspase－14与大肠癌 栗琴应用免疫组化法检测大肠组织中Caspase－14的表达，Caspase－14在正常组、腺瘤组、高分化腺癌组、中分化腺癌组、低分化腺癌组中的阳性表达率分别为95%、90%、58%、30%和25%，多组间比较差异有统计学意义(P ＜0.001)，分化程度越低，Caspase－14 表达越低[19]。与Krajewska等的报道一致[20]。

除 Caspase－1、3、8、9 和 14 外，Caspase凋亡通路中其它组份与大肠癌的相关性及Caspase通路对大肠癌的具体作用机制还需进一步研究。

大肠癌是一个多因素、多阶段、多基因变异所致的疾病，多种癌基因的激活和抑癌基因的失活及正常凋亡机制的紊乱在这一过程中起着重要的作用。近年来对促细胞凋亡基因的深入研究已成为分子肿瘤学的一个热点。Caspase家族是细胞凋亡调控的关键分子群，它们通过切断与周围细胞的联络、重组细胞骨架、关闭DNA复制和修复、破坏DNA和核结构，诱导凋亡小体的形成。明确其机制及调控过程，无疑是防治肿瘤和其它疾病研究的重要方面。正是由于Caspase在细胞凋亡机制中的重要作用及其特性，针对它们来进行凋亡保护以及凋亡调控机制的研究日益广泛。相信随着对Caspase系统研究的深入，Caspase上游基因和下游的作用底物及各种协作因子将一一被阐明，促Caspase因子和拮抗因子将制成药品推向市场，对有关疾病产生细胞凋亡独特机制的深入了解，有可能用于某种肿瘤和某种疾病的治疗，从而开辟基因治疗的新领域。

[1]Henning RS，Juliane M，Hwain S，et al.Pro － Caspase － 3 is a major hysiologic target of Caspase[J].The Journal of Biological Chemistry，1998，273(42):27084

[2]Anichini A，Mortarini R，Sensi M，et al.APAF － 1 signaling in human melanoma[J].Cancer Lett，2006，238:168

[3]Rammohan VR，Evan H，Susana CO，et al.Coupling endoplasmic reticulum stress to the cell death program[J].Biol Chem，2001，276:3869

[4]Thomberry NA，Lazebnik Y.Caspases:Enemines ithin[J].Science，1998，281(5381):1312

[5]Chen M，Guerrero AD，Huang L，et a1.Caspase － 9 induced mitochondrial disruption through cleavage of anti－apoptotic BCL－2 family members[J].Biol Chem，2007，282(46):33888

[6]Fulda S.Cell death in hematological tumors[J].Apoptosis:An international Journal On Programmed Cell Death，2009，14(4):409

[7]Zhen HN，Zhang X，Hu PZ，et al.Survivin expression and its relation with Proliferation，Apoptosis and angiogenesis in brain liomas[J].Cancer，2005，104(12):2775

[8]Franchi L，Kanneganti TD，Dubyak GR，et al.Differential Requirement of P2X7 Receptor and Intracellular K+for Caspase－1 Activation Induced by Intracellular and Extracellular acteria[J].Chem，2007，282(26):18810

[9]江兴林，左云飞.ASC与Caspase－1在结肠癌中的表达及临床意义[J].怀化医专学报，2008，7(2):11

[10]曾浩然，刘学勇，陈德志，等.Caspase－3基因在大肠癌、大肠腺瘤中的表达及其与细胞凋亡的关系[J].中国厂矿医学，2008，21(5):515

[11]邓文英，罗素霞，陈小兵，等.Bcl－2、Caspase－3在大肠癌中的表达及意义[J].现代肿瘤医学，2009，17(12):2363

[12]Larmonier CB，Amould L，Larmonier N，et al.Kinetics of tumor cell apoptosis and immune cell activation during the regression of tumors induced by lipid A in a rat model of colon cancer[J].Int J Mol Med，2004，13(3):355

[13]Liu B，eng D，Lu Y，et a1.A novel single amino acid deletion caspase－8 mutant in cancer cells that lost proapoptotic activity[J].Biol Chem，2002，277:30159

[14]Kim HS，Lee JW，Soung YH，et al.Inactivating mutations of caspase－8 gene in colorectal carcinomas[J].Gastroenlerology，2003，125(3):708

[15]Lemaire C，Godefroy N，Costina－ Parvu I，et a1.Caspase－9 can antagonize p53－induced apoptosis by generating a p76(Rb)truncated form of Rb[J].Oncogene，2005，24(20):3297

[16]Frank 0，Brors B，Fabarius A，et a1.Gene expression signature of primary imatinib － resistant chronic myeloid leukemia patients[J].Leukemia，2006，20(8):1400

[17]沈小钢，周总光，王 存，等.Caspase－9在结直肠正常黏膜和癌中的表达[J].实用医学杂志，2008，24(17):2978

[18]韩 峥，邓长生.Apaf－1和Caspase－9在大肠癌中的表达及意义[J].世界华人消化杂志，2008，16(26):3012

[19]粟 琴.Annexin－11和Caspase－l4在大肠癌组织中的表达及与肿瘤分化的意义[J].肿瘤基础与临床，2009，22(1):24

[20]Krajewska M，Kim H，Shin E，et al.Tumor－ associated alterations in caspase－ 14 expression in epithelial malignancies[J].Clin cancer Res，2005，11(15):5462