Caspase-3、Caspase-9在胃癌組織中的研究進展

楊　靜，程　玉,王明娟,齊潔敏（承德醫(yī)學院病理教研室，河北承德　067000）

綜述講座

Caspase-3、Caspase-9在胃癌組織中的研究進展

楊靜，程玉,王明娟,齊潔敏△
（承德醫(yī)學院病理教研室，河北承德067000）

胃癌；Caspase-3；Caspase-9；細胞凋亡

胃癌是我國常見的消化道惡性腫瘤之一，發(fā)病率居惡性腫瘤發(fā)病率的第二位，病死率占人類惡性腫瘤的第三位，嚴重危害人類的健康。胃癌病人多選用手術治療、化療、放療和聯(lián)合治療，進展期胃癌5年生存率仍不足30%[1]。了解胃癌發(fā)生、發(fā)展的機制并對其早期發(fā)現(xiàn)和干預，有益于制定合理有效的治療方案、提高胃癌生存率及改善患者的預后。目前，關于胃癌的病因及發(fā)病機制尚未完全明確。諸多研究表明，其發(fā)生、發(fā)展是多因素、多步驟共同作用的結果。近年來，細胞凋亡機制成為胃癌發(fā)病機制研究中的熱點。Caspase是一組半胱氨酸蛋白酶家族,在細胞凋亡的啟動和完成中起重要作用，是細胞凋亡的執(zhí)行者，決定了細胞凋亡的形態(tài)改變和生物化學改變。Caspase-3、Caspase-9是Caspase家族中引起凋亡的關鍵成分，它們在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中扮演重要角色。本文就Caspase-3、Caspase-9在胃癌組織中的表達及與胃癌生物學行為之間的關系進行了綜述。

1　Caspase家族

Caspase是近年來發(fā)現(xiàn)的一組結構上相關的半胱氨酸蛋白酶，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Caspase家族成員14種，根據(jù)其結構的同源性分為3個亞族[3]：（1）Caspase-1蛋白亞家族，包括Caspase -1、-4、-5、-11、-12、-13和-14，與炎癥細胞因子的合成有關；（2）Caspase-2蛋白亞家族，包括Caspase-2蛋白一個成員；（3）Caspase-3蛋白亞家族，包括Caspase-3、-6、-7、-8、-9和-10蛋白。它們直接參與介導細胞凋亡，其中Caspasee-2、-8、-9、-10蛋白與胞膜上的受體和接頭分子構成的Caspase激活復合物結合、聚集，稱為凋亡起始分子。而Caspase-3、-6、-7促使細胞凋亡，稱為凋亡效應分子。Caspase家族成員擁有相似的氨基酸序列、結構和底物特異性，它們都以無活性的酶原形式存在于胞質(zhì)中。Caspase前體包括原結構域、大亞基和小亞基。當受到凋亡信號刺激時，caspase被激活，并引發(fā)caspase級聯(lián)反應，通過裂解特異性底物及激活內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶，使細胞呈現(xiàn)典型的凋亡形態(tài)學和生物化學特征[4]。

2　Caspase-3與胃癌

2.1Caspase-3的分子結構Caspase-3又稱半胱氨酸蛋白32(CPP32)。Caspase-3基因是1994年Femandes-AlneIllri等[5]利用PT-PCR技術從T淋巴細胞文庫中篩選到的，分為CPP32α和CPP32β，它們的可讀框均由831個核苷酸組成，編碼277個氨基酸的多肽，分子量32KD。人Caspase-3基因定位于4q32-4q35.1處[6]。Caspase-3廣泛表達于多種正常組織中，如淋巴結、骨髓、上皮等，在惡性腫瘤組織中也有表達。正常狀態(tài)下，胞質(zhì)中的Caspase-3無活性，以pro-Caspase-3形式存在于細胞中。當細胞接受到凋亡刺激時，pro-Caspase-3被系列反應激活，從無活性的二聚體形式水解為17KD和12KD亞單位，前者為活性單位，參與切割多種死亡底物；后者無活性，參與細胞構象改變，有助于切割死亡底物。

2.2Caspase-3的生物學功能Caspase-3家族是凋亡級聯(lián)反應下游最為關鍵的蛋白酶，是直接導致凋亡細胞解體的蛋白酶系統(tǒng)，它是多種凋亡刺激信號傳導的共同通路，其活化標志著凋亡進入不可逆階段[7]，在細胞凋亡機制中居重要地位，因此被稱為“死亡蛋白酶”。Caspase-3經(jīng)兩條途徑介導細胞凋亡[8]：細胞外途徑(或死亡受體途徑)和細胞內(nèi)途徑(或稱線粒體途徑)。細胞外途徑死亡配體與受體的結合，死亡受體上的死亡結構域(DD)與Caspase-8酶原的特異性區(qū)域相連接形成三聚體，隨之Caspase-8被激活自身水解，活化的Caspase-8可以直接切割并激活效應的Caspase-3及其它Caspase家族成員，同時還能誘導線粒體外膜通透性增加，促進線粒體內(nèi)細胞色素C的釋放[9]。在細胞內(nèi)途徑中，如生長因子缺乏、理化因素導致的DNA損傷、氧化應激等均可降低細胞線粒體的膜電位，促使細胞色素C從線粒體釋放入胞漿，進而活化Caspase-9，啟動Caspase級聯(lián)反應，引起細胞凋亡[10]。活化的Caspase-3蛋白能使許多與細胞結構、細胞周期及DNA修復相關的蛋白或激酶失活，從而導致凋亡的發(fā)生[11]。

2.3Caspase-3在胃癌中的表達及與胃癌預后的關系Caspase -3是Caspase家族中的重要成員，是凋亡傳導途徑最下游的蛋白酶，是細胞凋亡的最終執(zhí)行者。研究顯示，Caspase -3在胃癌中低表達，但Caspase-3的表達與胃癌生物學行為之間的關系目前意見不一致，多數(shù)研究提示Caspase-3的表達與胃癌的組織分化程度有關。李嵐等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Caspase-3在胃癌中表達減低，Caspase-3蛋白的表達與組織分化程度有關，胃癌的分化程度越低，Caspase-3蛋白的表達越低，但Caspase-3蛋白的表達與TNM分期、淋巴結轉移、浸潤深度無關，顯示Caspase-3蛋白表達與胃癌生物學預后無相關性。閆育平等[13]在胃癌組織生存素及半胱氨酸蛋白酶-3的表達與腫瘤生物學行為的相關性研究時發(fā)現(xiàn)，Caspase-3蛋白在胃癌中表達率降低，Caspase-3蛋白的表達與腫瘤分化程度、淋巴結轉移及臨床分期相關，說明Caspase-3表達抑制與胃癌的浸潤、轉移等生物學行為有關，有助于評估胃癌的惡性程度和預后。Leonardos等[14]發(fā)現(xiàn)，Caspase-3的表達下調(diào)與腫瘤的浸潤、轉移和臨床病理分期等生物學行為特征有關?？苡袨榈萚15]采用免疫組化法研究XIAP、Caspase-3在胃癌中的表達及其相關性，發(fā)現(xiàn)Caspase-3蛋白的陽性表達率隨淋巴轉移的產(chǎn)生、臨床分期的提高而明顯降低,隨腫瘤病理分化程度的降低而降低，認為Caspase-3可作為胃癌診斷和預后估計的指標。

3　Caspase-9與胃癌

3.1Caspase-9的分子結構Caspase-9是1996年Duan等在人類慢性白血病細胞cDNA文庫中篩選到的，它的氨基酸序列與線蟲CED-3有55%的相似性。Caspase-9基因定位于1p36.3-36.1，編碼的蛋白分子產(chǎn)物分子量約為46kDa[16]，廣泛表達于人類的正常組織，如心臟、胰腺、骨骼肌、肝臟、脾臟、胃、肺等[17]。Caspase-9的前體以無活性的酶原形式存在于細胞中，可分為三個結構域：N-末端前域、大亞基、小亞基。在Caspase-9前體的大小亞基之間有兩個酶切位點，其前體被酶切以后形成兩個亞基，進一步結合形成α2 β2四聚體，變?yōu)橛谢钚缘拿浮?/p>

3.2Caspase-9的生物學功能Caspase-9是線粒體凋亡通路的最重要啟動子和關鍵蛋白酶，處于Caspase瀑布式級聯(lián)激活反應的頂端[18]。當受到凋亡信號刺激后，Caspase-9酶原經(jīng)蛋白酶水解成大小亞單位，在細胞色素C及凋亡相關因子1（Apaf-1）、dATP的參與下，形成有活性的多聚體，并促使Caspase-9酶原與其結合，形成凋亡復合體，Caspase -9發(fā)生剪切活化，被激活的Caspase-9能進一步激活Caspase -3、Caspase-6、Caspase-7，從而啟動Caspase級聯(lián)反應[19]。Caspase-3和Caspase-7蛋白等被激活,通過破壞細胞核纖層，導致細胞結構的破壞，進而使細胞發(fā)生凋亡。細胞核纖層是由頭尾相連的Lamin A蛋白組成，具有保持核輪廓并將染色質(zhì)固定在核膜內(nèi)特定部位的功能，完整的核纖層使核內(nèi)染色質(zhì)按一定次序分布[20]。

3.3Caspase-9在胃癌中的表達及與胃癌預后的關系對多數(shù)惡性腫瘤（結直腸癌、甲狀腺癌、乳腺癌、肝癌、喉鱗癌、前列腺癌、白血病等）的研究中發(fā)現(xiàn)，Caspase-9呈現(xiàn)低表達，且Caspase-9與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預后有著密切的關系。孫曉剛等[21]研究發(fā)現(xiàn)，Caspase-9在胃癌中表達降低，且與胃癌的分化程度有關，隨惡性程度的提高,表達率下降。方長清等[22]在研究胃癌組織中Caspase-9的表達及多態(tài)性變化時發(fā)現(xiàn)，Caspase-9基因在胃癌組織中表達明顯下調(diào)。而Yoo等[23]研究發(fā)現(xiàn)，Caspase-3、Caspase-9、Caspase-8、Caspase-10在胃癌中高表達，明顯高于正常胃組織。劉滿華等[24]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中Caspase-9蛋白的陽性表達率降低，且與腫瘤浸潤深度、淋巴結轉移、臨床分期及腫瘤病理分化程度密切相關，Caspase-9可能成為胃癌臨床診斷、判斷療效及監(jiān)測預后的可靠指標。

4　Caspase-3、Caspase-9在其它惡性腫瘤中的表達

大量研究發(fā)現(xiàn)，Caspase-3、Caspase-9在許多惡性腫瘤組織中存在異常表達。王進京等[25]研究乳腺癌中Caspase-3、Caspase-9的表達及意義時發(fā)現(xiàn)，Caspase-3在乳腺癌中呈現(xiàn)高表達，而Caspase-9則呈現(xiàn)出低表達，二者共同參與了乳腺癌的發(fā)生發(fā)展，但不能作為估計病情預后的指標。而多數(shù)研究結果顯示，Caspase-3在食管癌、肺癌、結腸癌、胰腺癌、膀胱癌、腎透明細胞癌、甲狀腺癌、胃癌等多種惡性腫瘤中表達降低，Caspase-3蛋白在不同腫瘤組織中的表達存在差異性。郭曉東等[26]在研究Caspase-9和survivin在肝癌組織中的表達及意義時發(fā)現(xiàn)，Caspase-9在肝癌組織中表達降低，Caspase-9低表達參與了肝癌的發(fā)生，但與肝癌的臨床分期、淋巴結轉移無關，不能作為判斷疾病預后的指標。

目前，關于在胃癌組織-癌旁正常黏膜組織中同步檢測Caspase-3、Caspase-9兩者之間的相關性的研究尚未見報道。Caspase-9在胃癌中的表達，有的文獻結果是呈現(xiàn)高表達，有的文獻則呈現(xiàn)低表達，存在爭議，有待于進一步研究。Caspase-3、Caspase-9在胃癌中的表達及與胃癌的生物學行為和預后存在爭議，有必要從基因水平上對Caspase-3、Caspase-9作進一步研究。深入研究兩者在胃癌中表達的相關性及與胃癌生物學行為的關系，將為探討胃癌發(fā)生機制及預后評估提供理論依據(jù)。

5　小結與展望

胃癌起病隱襲，進展迅速，且其預后差，早期癥狀不明顯，進而不易被發(fā)現(xiàn)。目前，其治療手段仍以手術和化療為主，大部分胃癌患者發(fā)現(xiàn)時已屬中晚期，治療效果較差。因此，探究胃癌早期診斷及判斷預后的方法具有重要意義。細胞凋亡是由基因編碼控制的細胞的主動性死亡，是細胞死亡的一種重要形式，對維持機體正常生理平衡有著重要作用。Caspase引發(fā)的級聯(lián)反應是細胞凋亡過程的中心環(huán)節(jié)。Caspase-3、Caspase-9作為Caspase家族中介導細胞凋亡的關鍵分子，在胃癌的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，有可能為胃癌早期的診斷和治療提供新的靶點。隨著對它們的深入研究，分子生物學技術的不斷發(fā)展，靶向促進其在胃癌中的高表達可為胃癌的治療帶來新的前景。

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（2016-03-10）