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理是引起DNA的損傷以及細胞的死亡，包括線粒體介導的內(nèi)源性細胞凋亡以及死亡受體介導的外源性細胞凋亡。在腫瘤惡化過程中，新產(chǎn)生的腫瘤細胞經(jīng)常會發(fā)生遺傳或表觀遺傳上的突變，導致其對細胞凋亡不再敏感。因此，尋找其它導致癌細胞死亡的方式對于癌癥的治療十分重要。
很久以來，細胞壞死都被認為是一類無規(guī)律的、被動性的細胞死亡方式，主要由炎癥反應與組織損傷引發(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，進一步促發(fā)細胞壞死。在正常狀態(tài)下這種程序化細胞壞死信號被細胞凋亡所抑制。在小鼠中，當caspase 8缺失后，小鼠由于RIP3導致的細胞壞死信號活化使得其在胚胎期致死。當額外敲除RIP-3后，小鼠便可正常發(fā)育。另外，在體外實驗中caspase-8的抑制能夠將TNF-a引導的細胞凋亡向細胞壞死方向轉變，這一過程依賴RIP1, RIP3以及下游的效應分子MLKL。然而，目前對于DNA損傷如何引發(fā)細胞凋亡的機制仍不清楚。
首先，作者以人大腸癌細胞系HCT116為研究對象，人為敲除了細胞中的caspase 3蛋白。出人意料的是：敲除后的細胞系HCT116-/-對5-FU等癌癥藥物處理變得異常敏感（細胞生長受阻，細胞凋亡增多）。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-/-細胞與HCT116WT細胞在5-FU刺激下均發(fā)生了明顯的caspase 9與caspase 7的切割活化。這一結果說明DNA損傷引起的細胞凋亡并沒有收到影響。此外， HCT116-/-細胞在受到刺激后還出現(xiàn)了非細胞凋亡的現(xiàn)象：HMGB1的釋放。對于細胞凋亡進行染色分析，作者發(fā)現(xiàn)HCT116-/-細胞與HCT116WT細胞在5-FU刺激下均發(fā)生了一定比例的細胞凋亡（Annexin-5+）,而且這一亞群可以被pan-caspase 抑制劑Z-VAD*抑制。然而，HCT116-/-細胞還有相當一部分細胞亞群是壞死狀態(tài)（Annexin-5-/PI+），這在野生型細胞中并沒有出現(xiàn)，而且這一部分細胞不能被Z-VAD所抑制。
之前的研究發(fā)現(xiàn)，細胞壞死的信號是由一個經(jīng)典的蛋白復合體介導的。這一復合體由caspase-8，RIP1，RIP3組成，可以被稱為"壞死小體"。通過免疫共沉淀實驗，作者發(fā)現(xiàn)在HCT116-/-細胞與HCT116WT細胞中，5-FU的刺激能夠促進這一小體的形成，而在HCT116WT細胞中caspase 3也存在于這一復合體中。通過Z-VAD進行阻斷，作者發(fā)現(xiàn)HCT116WT細胞的caspase 3不再存在于這一小體中，而展現(xiàn)出于與HCT116-/-細胞相似的表型。之后，作者向HCT116-/-細胞轉入無酶活性的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誘導的HCT116-/-細胞的壞死是否依賴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。檢測結果發(fā)現(xiàn)，這些抑制的處理均能阻斷5-FU刺激HCT116-/-細胞后引發(fā)的細胞壞死（Annexin-5/PI染色）與HGMB1的釋放。之后，作者針對另外一株細胞系RKO利用shRNA方法進行caspase-3的敲低。結果與上述相同。
zui終，作者證明了這一信號依賴于下游的活性氧反應。
總之，該文章*次提出了caspase-3對于癌細胞的壞死具有負向的調(diào)控作用，因此在臨床上結合DNA損傷藥物與caspase-3抑制劑藥物進行配合治療有望誘導癌細胞發(fā)生壞死，從而達到zui終清除癌細胞的目的。
