癌细胞的一个显著特征是它们能够逃避程序性死亡——特别是细胞凋亡。在正常情况下，细胞凋亡在维持组织稳态和清除受损或多余细胞方面发挥着关键作用。然而，在癌细胞中，细胞凋亡机制的紊乱或失衡使得细胞能够在通常会触发死亡的 DNA 损伤和致癌信号下存活，从而导致细胞不受控制地增殖。
本篇博客聚焦于调控细胞凋亡的关键蛋白家族，并简要介绍其他细胞死亡途径，如坏死性凋亡、铁死亡和细胞焦亡，这些途径正作为癌症“抵抗细胞死亡”特征中的治疗干预靶点。
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凋亡概览 凋亡是一种受到高度调控的细胞死亡形式，可由外部信号（外源性途径）或内部应激（内源性途径，即线粒体途径）启动。无论通过何种方式启动，两种凋亡途径最终都会导致半胱天冬酶 (caspase) 的激活，而这类半胱氨酸蛋白酶在执行程序性细胞死亡中扮演关键角色。 |
《癌症的标志》是什么？《癌症的标志》1-3是一个研究框架，用于系统整理癌细胞为实现生长和扩散所获得的关键特征。该框架最初由 Douglas Hanahan 和 Robert Weinberg 于 2000 年提出，将癌症的潜在机制划分为多个子集，以推进研究。该概念于 2011 年进行了扩展，新增了两个标志特征和两个促进特性，并于 2022 年进一步补充了四个新兴标志特征。
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作为最初界定的核心特征之一，“抵抗细胞死亡”在早期被表述为“逃避细胞凋亡”。外源性途径通常由 caspase-8 的激活启动，而内源性途径则由 caspase-9 的激活启动。
使用 Cleaved Caspase-8 (Asp374) (E6H8S) Rabbit Monoclonal Antibody #98134（上图）、Caspase-8 (1C12) Mouse Monoclonal Antibody #9746（中图）或 GAPDH (D16H11) Rabbit Monoclonal Antibody #5174（下图），对未经处理 (-) 或经过 Staurosporine #9953 处理的 HCT 116 细胞和 CRISPR/Cas9 caspase-8 敲除型 HCT 116 细胞的提取物进行蛋白质印迹 (WB) 分析。Staurosporine 处理会触发细胞凋亡，从而导致 caspase-8 激活。
重要的是，通过 Fas 配体 (FasL) 与其受体 Fas 的相互作用所导致的外源性凋亡调控异常，在肿瘤免疫逃逸和转移中起着关键作用，因为癌细胞能够逃避本应支持免疫监视的死亡受体介导的信号。
一旦被激活，这两条途径都会触发包括执行者 caspases（如 caspase-3）在内的级联反应。这导致多种蛋白质的剪切，包括参与细胞分解的聚 ADP 核糖聚合酶 (PARP)、核纤层蛋白以及 DNA 片段化因子 45 (DFF45)。
癌细胞如何规避凋亡
癌细胞通过改变蛋白质表达来绕过细胞死亡信号，使它们能够在通常足以清除异常细胞的损伤或应激下持续存活。这些适应性变化包括上调抗凋亡蛋白、沉默促凋亡基因以及干扰死亡通路的激活。
调节 IAP 蛋白家族的表达
凋亡抑制蛋白 (IAP) 家族是一类通过抑制 caspase 来阻遏程序性细胞死亡的凋亡抑制剂。其关键家族成员包括细胞凋亡抑制蛋白 1 (c-IAP1)、细胞凋亡抑制蛋白 2 (c-IAP2)、X 连锁凋亡抑制蛋白 (XIAP)、存活蛋白 (survivin) 和 livin。它们通过杆状病毒抑制剂重复序列 (BIR) 结构域直接结合 caspase，从而抑制凋亡。
IAP 在肿瘤中经常过表达，导致细胞对凋亡产生抵抗。凋亡过程中从线粒体释放的 Smac/Diablo 等拮抗剂会抑制 IAP，破坏 IAP 与 caspase 的相互作用并促进细胞死亡。此外，促生存通路（如 NF-kB 信号转导通路）也可能在癌症中诱导 IAP 的表达。
通过 Bcl-2 家族破坏促凋亡与抗凋亡信号
细胞对内源性凋亡的敏感程度受 B 细胞淋巴瘤 2 (Bcl-2) 家族中促凋亡和抗凋亡成员水平的调控。具体而言，Bcl-2 连同 Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1 和 A1/Bfl-1 是抗凋亡家族成员，它们通过结合并抑制促凋亡家族成员 Bax、Bak 和 Bok 发挥作用。在抑制被解除后，Bax 与 Bak 的二聚化会导致线粒体外膜通透性 (MOMP) 增加，并促使凋亡诱导蛋白（如细胞色素 c 和凋亡诱导因子 (AIF)）从线粒体中释放。进入细胞浆后，细胞色素 c 与 Apaf-1 结合，进而触发 caspase-9 的激活。
使用 Bcl-xL (54H6) Rabbit mAb #2764 对石蜡包埋的人肺癌组织进行免疫组织化学分析。
癌细胞对细胞死亡信号的抵抗常源于抗凋亡 Bcl-2 家族成员水平的升高，这些蛋白促进了细胞存活。例如，Bcl-2 被确认为一种原癌基因，在滤泡性淋巴瘤中因染色体易位而过表达。
仅含 BH3 结构域的蛋白：凋亡的守门人
Bcl-2 家族对凋亡的调控是通过 BH3 结合结构域实现的，该结构域同时存在于促凋亡蛋白、抗凋亡蛋白以及第三类称为“仅含 BH3 结构域”的蛋白中。仅含 BH3 结构域的蛋白（包括 Bid、Bim、Bad、BMF、Puma、Noxa 和 Hrk）能够与抗凋亡成员（如 Bcl-2、Bcl-xL）相互作用并中和其功能，或直接激活效应蛋白 Bax 与 Bak，从而促进线粒体外膜通透性 (MOMP) 增加及细胞死亡。
细胞已经进化出多种机制来调节仅含 BH3 结构域的蛋白，包括磷酸化、剪切和转录调控——其中许多机制被癌细胞利用以促进疾病进展。仅含 BH3 结构域蛋白调控的经典案例包括 caspase 诱导的 Bid 剪切，该过程增强其诱导死亡的功能。
使用 Bim (C34C5) Rabbit Monoclonal Antibody #2933 对石蜡包埋的人结肠腺癌组织进行免疫组织化学分析，实验在 Leica BOND Rx 仪器上进行。Bim 是一种促凋亡蛋白，属于 Bcl-2 家族中仅含 BH3 结构域的亚组。
其他例子还包括 Akt 介导的 Bad 磷酸化，这会削弱其诱导凋亡的能力。相反，抑癌基因 p53（一种调控细胞周期停滞与凋亡的转录因子）的缺失会损害 Puma 和 Noxa 的转录，从而减少凋亡发生。
当前治疗方向
靶向癌细胞的凋亡通路
针对凋亡信号转导通路的治疗策略已在癌症治疗中取得重大进展，当前研究聚焦于靶向 IAP 和 Bcl-2 蛋白家族内的相互作用结构域，以克服细胞对凋亡的抵抗。例如，Bcl-2 抑制剂 venetoclax 已获得美国食品药品监督管理局的批准，用于治疗 Bcl-2 水平升高的 B 细胞淋巴瘤（如伴有 Bcl-2 基因易位的类型）。可抑制 IAP 的 Smac 模拟物已在多项临床试验中进行测试，同样处于试验阶段的还有能阻断 Bcl-2、Bcl-xL 和 Mcl-1 等抗凋亡蛋白的 BH3 模拟物。广谱 BH3 模拟物（例如 Bcl-2/Bcl-xL/Bcl-w 抑制剂 navitoclax）和新兴的 Mcl-1 抑制剂也显示出治疗潜力，但由于靶向毒性，临床试验受到了一定限制。
使用 c-IAP1 (F7C3U) Rabbit Monoclonal Antibody #96099（上图）或 GAPDH (D16H11) Rabbit Monoclonal Antibody #5174（下图），对未经处理 (-) 或经过 SMAC 模拟物 SM-164 #56003（100nM，6 小时；+）处理的 U-118 MG 和 Detroit 562 细胞的提取物进行蛋白质印迹分析。SM-164 是一种 SMAC 模拟物，可降低 c-IAP1 的表达，并可能有助于克服肿瘤细胞对凋亡的抵抗。
这些策略至今仍是研究的热点方向，学界正持续努力拓展其治疗窗口，可能通过优化 PROTAC 设计或与传统化疗药物开展联合治疗来实现。
超越凋亡：重新激活铁死亡、坏死性凋亡与细胞焦亡通路
除凋亡外，近年研究也开始探索非凋亡性细胞死亡通路在癌症中的作用。多种肿瘤类型已进化出逃避这类受调控细胞死亡的机制，这使其成为新治疗策略中极具吸引力的靶点。研究重点包括受调控的坏死通路，如铁死亡、坏死性凋亡和细胞焦亡。
重要的是，这些非凋亡通路既能抑制也能促进癌症——尽管它们的激活可通过提供替代途径来杀死耐凋亡的癌细胞，从而抑制肿瘤生长，但在某些情况下，肿瘤微环境中相关的炎症与免疫应答激活反而可能促进肿瘤进展、转移或免疫逃逸。
铁死亡
铁死亡是一种依赖铁的程序性细胞死亡形式，其特点是细胞膜中脂质过氧化物的积累，导致膜完整性丧失和细胞死亡。该通路的核心调控因子是抗氧化酶 GPX4，它能降解脂质过氧化物，但其功能依赖于谷胱甘肽。而谷胱甘肽的合成又依赖于由转运蛋白 xCT/SLC7A11 导入的胱氨酸所提供的半胱氨酸。
正常情况下，抑癌基因 p53 会限制 xCT/SLC7A11 的表达；然而在 p53 发生突变或缺失时（许多癌症中存在这种情况），xCT/SLC7A11 表达上调，从而增加胱氨酸的摄取、维持 GPX4 的活性并阻止铁死亡的发生。在治疗上，铁死亡可在多个节点进行调控，包括 GPX4、xCT/SLC7A11、铁代谢、细胞抗氧化系统以及脂质代谢酶（如 ACSL4）。
使用 ACSL4 (F6T3Z) Rabbit Monoclonal Antibody #38493（上图）或 GAPDH (D16H11) Rabbit Monoclonal Antibody #5174（下图）对不同细胞系的提取物进行蛋白质印迹分析。MCF7 和 T-47D 细胞中 ACSL4 蛋白的低表达与预测的表达模式一致。
诱导铁死亡可能有助于杀死肿瘤细胞，但铁死亡在某些情况下也具有免疫抑制和促肿瘤效应，因此推动了对铁死亡抑制剂的开发。这凸显出激活或抑制该通路均可能具有临床价值。
坏死性凋亡
坏死性凋亡是一种溶解性、促炎症性的程序性细胞死亡形式，它会导致细胞膜破裂并释放细胞内容物，从而引发免疫应答。在响应 TNFα 等炎性细胞因子时，RIPK1 被募集至受体复合物；当 caspase-8 介导的凋亡被阻断时，其激酶活性会促进 RIPK3 的激活，继而磷酸化 MLKL 以执行坏死性凋亡。在许多肿瘤中，RIPK3 通过启动子甲基化发生表观遗传沉默，导致坏死性凋亡功能丧失。实验性策略包括调节 RIPK1 及相关信号转导，并与免疫检查点抑制剂联用以增强抗肿瘤免疫。
使用 Phospho-MLKL (Ser345) (D6E3G) Rabbit Monoclonal Antibody #37333（绿色）对未经处理（左图）、经过 Z-VAD 预处理后再用 SM-164 和 mTNF-α 处理（中图），随后用 λ 磷酸酶处理（右图）的 L-929 细胞进行免疫荧光分析。红色 = Propidium Iodide (PI)/RNase Staining Solution #4087（DNA 荧光染料）。
焦亡
细胞焦亡是一种由 gasdermin 蛋白介导的促炎症程序性细胞死亡形式。在该通路中，炎症性 caspase（如 caspase-1）的激活导致 Gasdermin D (GSDMD) 被剪切，进而在细胞膜上形成孔道，引起细胞肿胀、裂解并释放炎性细胞因子。在癌症中，负责细胞焦亡的基因（例如 Gasdermin E (GSDME)）常发生表观遗传沉默，削弱了细胞发生炎症性死亡及逃避免疫监视的能力。恢复或调控细胞焦亡的实验策略包括激活焦亡相关 caspase 或上调 gasdermin 表达的制剂，但仍需进一步研究以明确在何种情况下激活或抑制该通路能带来最佳治疗效果。
使用 Gasdermin D (E9S1X) Rabbit Monoclonal Antibody #39754（上图）、Cleaved Gasdermin D (Asp275) (E7H9G) Rabbit Monoclonal Antibody #36425（中图）或 GAPDH (D16H11) Rabbit Monoclonal Antibody #5174（下图），对经 TPA (12-O-Tetradecanoylphorbol-13-Acetate) #4174 分化（50 ng/ml，过夜）分化后再用 Lipopolysaccharides (LPS) #14011（5 μg/ml，6 小时）处理的 THP-1 细胞提取物进行蛋白质印迹分析。
重定向细胞死亡通路以攻克肿瘤
癌细胞能够逃逸多种程序性细胞死亡形式（包括细胞凋亡、坏死性凋亡、铁死亡和细胞焦亡），这是推动肿瘤进展和产生治疗抵抗的主要因素。通过靶向这些通路以促进肿瘤细胞死亡，或协助肿瘤微环境中抗肿瘤免疫细胞发挥作用，为癌症治疗带来了广阔前景。在恢复或触发受调控细胞死亡的小分子药物、生物制剂及联合策略研发方面取得的进展，正在为更有效、持久的癌症治疗方法铺平道路。
用于研究癌症细胞死亡通路的小包装组合与单克隆抗体
其他资源
- 在博客文章《细胞死亡机制：凋亡》中，了解参与内源性与外源性细胞死亡的关键蛋白和信号转导事件
- 阅读癌症标志系列中的其他博客文章，了解更多信息：
选择参考文献：
- Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144(5):646-674. doi:10.1016/j.cell.2011.02.013
- Elmore S. Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicol Pathol. 2007;35(4):495-516. doi:10.1080/01926230701320337
- Liu ZL, Chen HH, Zheng LL, Sun LP, Shi L. Angiogenic signaling pathways and anti-angiogenic therapy for cancer. Signal Transduct Target Ther. 2023;8(1):198. Published 2023 May 11. doi:10.1038/s41392-023-01460-1
- Liu X, Zhang J, Yi T, et al. Decoding tumor angiogenesis: pathways, mechanisms, and future directions in anti-cancer strategies. Biomark Res. 2025;13(1):62. Published 2025 Apr 18. doi:10.1186/s40364-025-00779-x
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