細(xì)胞凋亡抵抗細(xì)胞通過啟動(dòng)子Caspase Dronc的細(xì)胞自主與非自主功能驅(qū)動(dòng)代償性增殖的機(jī)制研究

《Nature Communications》：Apoptosis-resistant cells drive compensatory proliferation via cell-autonomous and non-autonomous functions of the initiator caspase Dronc

【字體： 大 中 小 】 時(shí)間：2025年12月05日 來源：Nature Communications 15.7

　　

在復(fù)雜的生命活動(dòng)中，機(jī)體如何精確修復(fù)受損組織一直是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的核心問題。當(dāng)組織遭遇嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，除了直接的細(xì)胞損失，還會(huì)觸發(fā)一種被稱為"代償性增殖"的修復(fù)機(jī)制——存活細(xì)胞通過加速分裂來彌補(bǔ)傷亡。然而，這一過程如何被精確調(diào)控，特別是經(jīng)典的"死亡執(zhí)行者"Caspase蛋白酶在其中扮演何種角色，長(zhǎng)期以來存在爭(zhēng)議。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，Caspase家族蛋白主要功能是促進(jìn)細(xì)胞凋亡。但在果蠅等模式生物中，科學(xué)家觀察到一種奇特現(xiàn)象：某些激活了啟動(dòng)子Caspase Dronc（Caspase-9的同源物）的細(xì)胞竟然能夠逃過死亡命運(yùn)，并積極參與組織修復(fù)。這些"死里逃生"的細(xì)胞是否就是驅(qū)動(dòng)再生的關(guān)鍵力量？它們?nèi)绾纹胶釩aspase的生死信號(hào)？這些問題成為理解組織再生與癌癥治療耐受的關(guān)鍵。

在《Nature Communications》上發(fā)表的最新研究中，Tslil Braun等研究者通過精巧的遺傳學(xué)設(shè)計(jì)，揭開了這一謎團(tuán)。他們發(fā)現(xiàn)，在果蠅翅盤經(jīng)歷電離輻射后，上皮組織中出現(xiàn)了兩類凋亡抵抗細(xì)胞：一類是激活Dronc的DARE細(xì)胞，另一類是不激活Dronc的NARE細(xì)胞。令人驚訝的是，正是這些DARE細(xì)胞成為了組織再生的主要驅(qū)動(dòng)力。

關(guān)鍵技術(shù)方法

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了Dronc活性的延遲報(bào)告系統(tǒng)（DBS），結(jié)合G-TRACE細(xì)胞譜系追蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DARE細(xì)胞的精準(zhǔn)標(biāo)記和追蹤。利用組織特異性基因敲低（RNAi）和過表達(dá)技術(shù)，在DARE細(xì)胞中靶向調(diào)控dronc、p38、myoID等關(guān)鍵基因。通過免疫熒光染色檢測(cè)cDcp-1（活化的效應(yīng)Caspase）、pH3（有絲分裂標(biāo)志）等指標(biāo)，結(jié)合TUNEL、EdU等技術(shù)分析細(xì)胞死亡與增殖。采用擴(kuò)展顯微鏡技術(shù)進(jìn)行超分辨率成像，揭示細(xì)胞間相互作用。

研究結(jié)果

Dronc活性延遲報(bào)告系統(tǒng)特異性標(biāo)記凋亡抵抗細(xì)胞

研究人員比較了兩種Dronc活性報(bào)告系統(tǒng)：快速報(bào)告系統(tǒng)（RDBS）和延遲報(bào)告系統(tǒng)（DBS）。發(fā)現(xiàn)RDBS主要標(biāo)記凋亡細(xì)胞（70%與TUNEL共標(biāo)），而DBS則主要標(biāo)記存活細(xì)胞（僅30%與TUNEL共標(biāo)）。這表明延遲報(bào)告系統(tǒng)能更特異地識(shí)別那些激活了Dronc但逃避死亡的細(xì)胞群體。

DARE細(xì)胞在24-48小時(shí)顯著增殖并驅(qū)動(dòng)組織再生

時(shí)序分析顯示，DARE細(xì)胞在輻射后24小時(shí)大量出現(xiàn)，并在隨后24小時(shí)內(nèi)廣泛增殖，到48小時(shí)時(shí)可覆蓋翅盤面積的近50%。通過G-TRACE系統(tǒng)追蹤發(fā)現(xiàn)，DARE細(xì)胞后代在組織再生中貢獻(xiàn)巨大，其克隆大小隨時(shí)間顯著增加。

DARE細(xì)胞缺失嚴(yán)重?fù)p害組織再生

當(dāng)在DARE細(xì)胞中特異性表達(dá)活性Drice（actDrice）誘導(dǎo)其凋亡，或敲低dronc基因后，DARE細(xì)胞增殖顯著受阻，同時(shí)整個(gè)翅盤面積在48小時(shí)明顯減小。值得注意的是，即使延長(zhǎng)觀察時(shí)間至96小時(shí)，NARE細(xì)胞也無法完全補(bǔ)償DARE細(xì)胞缺失導(dǎo)致的再生缺陷，表明DARE細(xì)胞在再生過程中不可或缺。

Dronc催化活性而非效應(yīng)Caspase活性驅(qū)動(dòng)DARE細(xì)胞增殖

過表達(dá)Caspase抑制劑Diap1（同時(shí)抑制Dronc和效應(yīng)Caspase）顯著抑制DARE細(xì)胞增殖，而過表達(dá)特異性抑制效應(yīng)Caspase的P35蛋白則無此效應(yīng)。這表明Dronc的催化活性，而非其下游的效應(yīng)Caspase激活，是DARE細(xì)胞增殖所必需的。

非典型肌球蛋白Myo1D和Myo7A調(diào)控DARE細(xì)胞存活

研究發(fā)現(xiàn)，Myo1D通過與Dronc結(jié)合，阻止其與Dark凋亡體形成，從而抑制致命的效應(yīng)Caspase激活，確保DARE細(xì)胞存活。相反，Myo7A促進(jìn)適度的效應(yīng)Caspase活化，這可能解釋了為何部分DARE細(xì)胞最終仍會(huì)死亡。

TNF受體信號(hào)通路在DARE細(xì)胞增殖中的拮抗作用

Wengen（Wgn）受體通過ROS激活，強(qiáng)烈促進(jìn)DARE細(xì)胞增殖，而Grindelwald（Grnd）受體與NARE細(xì)胞分泌的TNF/Eiger結(jié)合，適度抑制DARE細(xì)胞增殖。下游p38 MAPK信號(hào)是DARE和NARE細(xì)胞增殖的關(guān)鍵通路。

DARE與NARE細(xì)胞間的增殖平衡對(duì)正常再生至關(guān)重要

當(dāng)在DARE細(xì)胞中過表達(dá)細(xì)胞周期抑制劑Dacapo（Dap）削弱其增殖能力時(shí)，NARE細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)代償性過度增殖，雖能維持組織大小，但導(dǎo)致成蟲翅分化異常和尺寸減小。這表明兩種細(xì)胞群體間的平衡對(duì)正常組織再生至關(guān)重要。

死亡細(xì)胞通過激活效應(yīng)Caspase誘導(dǎo)DARE細(xì)胞形成

在翅盤后部區(qū)域阻斷凋亡（過表達(dá)P35或敲低dark）會(huì)顯著減少DARE細(xì)胞數(shù)量，說明死亡細(xì)胞通過某種依賴效應(yīng)Caspase活性的信號(hào)機(jī)制促進(jìn)DARE細(xì)胞的形成。

研究結(jié)論與意義

這項(xiàng)研究揭示了組織再生中一種新型細(xì)胞群體——DARE細(xì)胞的核心作用。這些細(xì)胞能夠激活啟動(dòng)子Caspase Dronc卻逃避死亡，進(jìn)而通過細(xì)胞自主性增殖和非自主性信號(hào)傳遞，協(xié)調(diào)整個(gè)組織的修復(fù)過程。

更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)了Dronc在凋亡之外的全新功能模式：不依賴Dark凋亡體的激活機(jī)制，以及Myo1D等調(diào)控因子如何幫助細(xì)胞"駕馭"Caspase的活性，使其從死亡工具轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕�信�?hào)。p38 MAPK和JNK信號(hào)通路的協(xié)同作用，以及TNF受體家族的拮抗調(diào)控，共同構(gòu)成了復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，確保再生的精確進(jìn)行。

該研究不僅深化了對(duì)代償性增殖機(jī)制的理解，更重要的是為癌癥治療提供了新思路。放療抵抗性腫瘤細(xì)胞與DARE細(xì)胞在抵抗凋亡和異常增殖方面表現(xiàn)出驚人相似性。針對(duì)Dronc-p38信號(hào)軸或Myo1D等關(guān)鍵調(diào)控因子，可能為克服腫瘤治療抵抗提供新的治療策略。

這項(xiàng)工作重新定義了Caspase在細(xì)胞命運(yùn)決定中的角色，為組織再生和癌癥生物學(xué)研究開辟了新的方向。未來，進(jìn)一步解析DARE細(xì)胞特有的分子標(biāo)識(shí)及其與微環(huán)境的相互作用，將有望為再生醫(yī)學(xué)和腫瘤治療帶來突破性進(jìn)展。