凋亡蛋白Smac与食管癌

陈文庆，张依军，蔡三立，寇国锋，刘 刚

(吉林省肿瘤医院，吉林 长春130012)



*通讯作者

凋亡蛋白Smac与食管癌

陈文庆，张依军，蔡三立，寇国锋，刘 刚*

(吉林省肿瘤医院，吉林 长春130012)

食管癌是消化系统常见恶性肿瘤。我国是食管癌的高发地区，对于中、晚期食管癌患者主要采用以手术为主，放化疗为辅的治疗方案，但是5年生存率较低，大约20%-40%。然而由于个体差异导致患者产生放化疗耐受，从而影响治疗效果[1-3]。食管癌的发生需要多基因的参与，其发生和发展过程亦是一种细胞增殖与死亡的动态平衡。研究表明，重要凋亡因子变化会造成正常细胞凋亡程序紊乱，是肿瘤发生发展的一个重要因素，而这种抗凋亡机制也造成了肿瘤晚期对放化疗的反应性不佳。第2个线粒体衍生的胱天蛋白酶激活剂(Smac)是一种新型线粒体蛋白质。它是Wang等[4]在2000年从HeLa细胞中分离得到的。分析显示Smac与蛋白质低pI的IAP直接结合蛋白(DIABLO)两者的特征完全相同， 后者由Verhagan实验小组[5]从293T细胞中分离得到，因此这两种蛋白合称为Smac/DIABLO。Smac的促凋亡作用包括以下几方面：阻止了凋亡抑制蛋白家族(IAPs)抑制细胞凋亡的作用；促进肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)诱导细胞凋亡；线粒体途径细胞色素c(Cyt c)和Smac共同启动线粒体途径。基于Smac诱导凋亡特性的食管癌治疗主要集中在Smac小分子肽、Smac蛋白过表达促凋亡、以Smac为靶点增强食管癌细胞对放化疗的敏感性等。因此，深入探讨Smac基因与食管癌发生、发展的关系，并以此为靶向的基因治疗，不但有助于了解食管癌的发生、发展，也为未来基因靶向治疗的发展提供理论依据。

1 Smac的背景

Smac染色体基因位于基因组12号长臂,有7个外显子，总长度为1.5 KB。Smac蛋白的相对分子量为27K，包括239个氨基酸，氨基酸残基为线粒体靶序列(MTS)位于Smac蛋白肽链N末端，这样就可以使Smac转入到线粒体，剪切掉MTS后 Smac蛋白就以纯二聚体形式存在于线粒体膜间隙内，其总相对分子量也减少为25K，只有此种形式的Smac才具有该活性[6]。Smac表达于成人的多个器官组织，包括睾丸、卵巢、心脏、前列腺、肾脏及正常组织中，在肺脏、脑、胸腺及外周血中也有少量表达；Smac在肾癌、卵巢癌、甲状腺癌、骨肉瘤和胰腺癌等多种肿瘤中高表达，但也在少数肿瘤组织中表达降低或缺失[7]。这种表达异常与肿瘤发生、发展以及预后有关，且可能是肿瘤放化疗耐受的原因之一[8]。

2 Smac诱导细胞凋亡

线粒体途径位于细胞凋亡调控通路的中心，它与死亡受体途径、内质网应激途径共同成为细胞主动死亡的的主要途径其中线粒体途径在细胞凋亡中最为重要。通常在肿瘤的发生和发展过程中，介导细胞凋亡的相关基因出现异常表达使细胞凋亡处于一种异常状态。刘畅等[9]在分析食管鳞癌中Smac表达时发现，在癌组织、正常组织和癌旁组织中Smac阳性表达率分别为92.50%，63.75%和77.50%，而且Smac阳性表达的癌组织细胞凋亡率明显高于Smac阴性表达的癌组织细胞凋亡率，这说明二者存在正相关。Smac具有显著的促凋亡活性，涉及到多种机制。

2.1 Smac可解除IAPs对细胞凋亡的抑制

由于含有大量的杆状病毒IAP重复区(BIR)这种特殊的分子结构使人类的IAPs具备了抗细胞凋亡的活性，Smac蛋白可以与凋亡蛋白caspase-3、-6和-7竞争性的与该重复区域特异性结合，使其失去了对caspases的抑制，使细胞释放更多的caspase，诱导了细胞的凋亡[10-12]。Smac抑制IAPs的机制如下：Smac蛋白可以在细胞受到外源刺激时由线粒体释放入细胞浆，由于位于N末端AVPI四肽序列结构可BIR2和BIR3结合，从而竞争性的阻断caspase与之的相互作用，阻止了caspase的失活，诱导细胞凋亡。

2.2 Smac增强TRAIL对凋亡的正向调节

激活caspase-8-tBid-Bax的级联反应是TRAIL诱导细胞凋亡的途径之一，caspase-3及tBid的激活是通过TRAIL诱导的Cyt c的释放以及caspase-8和Bid的加工实现的，在Smac的正向调控下发挥促凋亡作用的。而且，caspase-8-tBid-Bax级联反应导致了更多Smac的释放，caspases受IAPs的抑制也被解除，从而增强凋亡的发生[13]。在TRAIL诱导的凋亡途径中，仅是caspase-8的活化还不足以激活caspase-3，因此，这一过程还需要Smac参与。Ng等[14]的研究结果发现将编码Smac的cDNA转染到前列腺癌细胞(CL-1)中，结果诱导了CL-1细胞发生了凋亡。

2.3 Cyt c与 Smac同时释放

Smac和Cyt c具有协同诱导凋亡的作用，是线粒体凋亡通路被释放到胞浆中两种关键的凋亡因子。caspase-9前体的形成需要多种因子参与，其中包括Cyt c与Apaf-1，而后结合为凋亡小体(apoptosome)。caspase-9通过caspase-3及 -7的激活发挥促凋亡作用，同时IAPs抑制凋亡的作用被Smac解除，所以，Smac和Cyt c共同释放到胞浆中，可以发生协同促凋亡的作用[15]。

3 Smac与食管癌治疗

食管癌是我国发病率较高的恶性肿瘤之一，目前研究表明食管癌的发生、发展也与许多凋亡调节因子紊乱相关[16,17],Smac在食管癌中表达异常，并且与凋亡密切相关，因此大量研究将其作为食管癌治疗的靶点，且手段较丰富。

3.1 Smac小分子肽

大量实验结果显示， Smac蛋白过表达以后，增加了肿瘤细胞对凋亡刺激的敏感性，特别是Smac蛋白N端分离下来的短氨基酸序列也可以与XIAP反应，促进了caspase-9和 -3的活化，同时，对于IAPs过表达的肿瘤细胞，Smac蛋白还能起到杀伤肿瘤细胞的作用[18]。Mizukawa等实验结果显示:将与Smac N末端相似的或模拟Smac活性的小分子肽加入到肿瘤细胞后，明显增强了肿瘤细胞对凋亡的敏感性，体现出明显的促凋亡作用[19]。

3.2 Smac蛋白过表达促凋亡

通常Smac在肿瘤细胞中存在异常表达，而且其作为内源性IAPs的抑制物作用不强，因此，考虑将过表达的Smac导入到细胞中，从而发挥其促凋亡的作用。刘迎等[20]将Smac基因导入到前列腺癌细胞株PC-3中，大大增加了Smac的表达，使肿瘤细胞停滞在G0/G1期，明显的抑制了肿瘤细胞生长并促进了肿瘤细胞的凋亡。Du等[21]构建Smac过表达载体，转染食管癌细胞Eca109后发现，Smac表达显著增加，而且对细胞凋亡具有凋亡促进作用，而且还发现与单纯顺铂作用比较，凋亡增加的更为显著。食管癌细胞的凋亡与Smac过度表达密切相关，同时Smac与顺铂在促食管癌细胞凋亡方面表现出协同效应。

3.3 Smac相关靶向治疗与肿瘤放、化疗的协同作用

放疗和化疗是食管癌手术后治疗的联合方案，而且由于个体差异导致患者产生放化疗耐受，从而影响效果。以Smac为靶点促凋亡在多种肿瘤中已经体现了显著的增强放化疗敏感性的作用，在食管癌治疗中也具有相似的作用。Qin等[22]研究发现，Smac的模拟物LCL161作用于食管鳞状细胞癌ESCC细胞，细胞增殖能力降低，并诱导细胞凋亡增加，同时能够导致ESCC细胞对辐射敏感性增强，而且主要通过降低cIAP1表达，促进caspase-8表达，并上调TNFα表达来实现。Xu等[23]通过对食管鳞状细胞癌患者标本分析发现，Smac在肿瘤中表达明显下调，而且在化疗敏感和化疗耐受的患者中存在明显的差异。而且在ESCC细胞中，化疗药顺铂作用后，Smac和Cyt c从线粒体中释放出来，caspaes-9和-3被激活，而当Smac被敲除后则能降低顺铂导致的细胞凋亡和线粒体失能，Smac缺乏也导致对应肿瘤对顺铂的耐受。Smac的一种小分子模拟物LB2242则能显著增强顺铂诱导的细胞凋亡和caspase激活，对Smac缺乏的食管癌细胞具有化疗致敏作用。

4 Smac的研究前景及展望

Smac蛋白是Cyt c后第二个线粒体蛋白，它对肿瘤的抑制是通过多种途径实现的。Smac蛋白促进肿瘤凋亡的理论假设是基于肿瘤细胞具备凋亡逃脱能力导致肿瘤细胞无限制增生的特点。实验证明，一些活性Smac小分子在体内外均能提高肿瘤细胞对化疗的敏感性，非常明显的促进了肿瘤细胞的凋亡，具有广泛的应用前景。但大量研究结果也指出，过量Smac蛋白对机体正常器官和组织有一定的毒性，所以发现无毒性的类似Smac蛋白分析活性的替代品等是未来研究的方向。此外，研究表明：Smac治疗肿瘤还存在一些应用性问题，如Bartling等[24]发现Smac在依托泊苷(VP-16)治疗肺癌的过程中不发挥促凋亡作用，提示并不是所有的治疗肿瘤手段应用Smac后，都能达到增强其促凋亡效果，这需要更多研究进行筛选，并确定具体的方案。目前针对Smac的靶向治疗尚处于初级阶段，但其在肿瘤治疗领域的潜力是毋庸置疑的。

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1007-4287(2016)11-1977-03

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