细胞凋亡抵抗细胞通过启动子Caspase Dronc的细胞自主与非自主功能驱动代偿性增殖的机制研究

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

本研究针对组织再生中代偿性增殖的分子机制不明这一关键问题，通过构建延迟报告系统，在果蝇翅盘中鉴定出两个凋亡抵抗细胞群体（DARE和NARE细胞），揭示了启动子Caspase Dronc不依赖Dark凋亡体即可激活，并通过p38 MAPK等信号通路以细胞自主和非自主方式驱动组织再生的新机制，为理解癌症放疗耐受提供了新视角。

　　

在复杂的生命活动中，机体如何精确修复受损组织一直是生物医学领域的核心问题。当组织遭遇严重损伤时，除了直接的细胞损失，还会触发一种被称为"代偿性增殖"的修复机制——存活细胞通过加速分裂来弥补伤亡。然而，这一过程如何被精确调控，特别是经典的"死亡执行者"Caspase蛋白酶在其中扮演何种角色，长期以来存在争议。

传统观点认为，Caspase家族蛋白主要功能是促进细胞凋亡。但在果蝇等模式生物中，科学家观察到一种奇特现象：某些激活了启动子Caspase Dronc（Caspase-9的同源物）的细胞竟然能够逃过死亡命运，并积极参与组织修复。这些"死里逃生"的细胞是否就是驱动再生的关键力量？它们如何平衡Caspase的生死信号？这些问题成为理解组织再生与癌症治疗耐受的关键。

在《Nature Communications》上发表的最新研究中，Tslil Braun等研究者通过精巧的遗传学设计，揭开了这一谜团。他们发现，在果蝇翅盘经历电离辐射后，上皮组织中出现了两类凋亡抵抗细胞：一类是激活Dronc的DARE细胞，另一类是不激活Dronc的NARE细胞。令人惊讶的是，正是这些DARE细胞成为了组织再生的主要驱动力。

关键技术方法

研究团队构建了Dronc活性的延迟报告系统（DBS），结合G-TRACE细胞谱系追踪技术，实现了对DARE细胞的精准标记和追踪。利用组织特异性基因敲低（RNAi）和过表达技术，在DARE细胞中靶向调控dronc、p38、myoID等关键基因。通过免疫荧光染色检测cDcp-1（活化的效应Caspase）、pH3（有丝分裂标志）等指标，结合TUNEL、EdU等技术分析细胞死亡与增殖。采用扩展显微镜技术进行超分辨率成像，揭示细胞间相互作用。

研究结果

Dronc活性延迟报告系统特异性标记凋亡抵抗细胞

研究人员比较了两种Dronc活性报告系统：快速报告系统（RDBS）和延迟报告系统（DBS）。发现RDBS主要标记凋亡细胞（70%与TUNEL共标），而DBS则主要标记存活细胞（仅30%与TUNEL共标）。这表明延迟报告系统能更特异地识别那些激活了Dronc但逃避死亡的细胞群体。

DARE细胞在24-48小时显著增殖并驱动组织再生

时序分析显示，DARE细胞在辐射后24小时大量出现，并在随后24小时内广泛增殖，到48小时时可覆盖翅盘面积的近50%。通过G-TRACE系统追踪发现，DARE细胞后代在组织再生中贡献巨大，其克隆大小随时间显著增加。

DARE细胞缺失严重损害组织再生

当在DARE细胞中特异性表达活性Drice（actDrice）诱导其凋亡，或敲低dronc基因后，DARE细胞增殖显著受阻，同时整个翅盘面积在48小时明显减小。值得注意的是，即使延长观察时间至96小时，NARE细胞也无法完全补偿DARE细胞缺失导致的再生缺陷，表明DARE细胞在再生过程中不可或缺。

Dronc催化活性而非效应Caspase活性驱动DARE细胞增殖

过表达Caspase抑制剂Diap1（同时抑制Dronc和效应Caspase）显著抑制DARE细胞增殖，而过表达特异性抑制效应Caspase的P35蛋白则无此效应。这表明Dronc的催化活性，而非其下游的效应Caspase激活，是DARE细胞增殖所必需的。

非典型肌球蛋白Myo1D和Myo7A调控DARE细胞存活

研究发现，Myo1D通过与Dronc结合，阻止其与Dark凋亡体形成，从而抑制致命的效应Caspase激活，确保DARE细胞存活。相反，Myo7A促进适度的效应Caspase活化，这可能解释了为何部分DARE细胞最终仍会死亡。

TNF受体信号通路在DARE细胞增殖中的拮抗作用

Wengen（Wgn）受体通过ROS激活，强烈促进DARE细胞增殖，而Grindelwald（Grnd）受体与NARE细胞分泌的TNF/Eiger结合，适度抑制DARE细胞增殖。下游p38 MAPK信号是DARE和NARE细胞增殖的关键通路。

DARE与NARE细胞间的增殖平衡对正常再生至关重要

当在DARE细胞中过表达细胞周期抑制剂Dacapo（Dap）削弱其增殖能力时，NARE细胞会出现代偿性过度增殖，虽能维持组织大小，但导致成虫翅分化异常和尺寸减小。这表明两种细胞群体间的平衡对正常组织再生至关重要。

死亡细胞通过激活效应Caspase诱导DARE细胞形成

在翅盘后部区域阻断凋亡（过表达P35或敲低dark）会显著减少DARE细胞数量，说明死亡细胞通过某种依赖效应Caspase活性的信号机制促进DARE细胞的形成。

研究结论与意义

这项研究揭示了组织再生中一种新型细胞群体——DARE细胞的核心作用。这些细胞能够激活启动子Caspase Dronc却逃避死亡，进而通过细胞自主性增殖和非自主性信号传递，协调整个组织的修复过程。

更重要的是，研究发现了Dronc在凋亡之外的全新功能模式：不依赖Dark凋亡体的激活机制，以及Myo1D等调控因子如何帮助细胞"驾驭"Caspase的活性，使其从死亡工具转变为再生信号。p38 MAPK和JNK信号通路的协同作用，以及TNF受体家族的拮抗调控，共同构成了复杂的信号网络，确保再生的精确进行。

该研究不仅深化了对代偿性增殖机制的理解，更重要的是为癌症治疗提供了新思路。放疗抵抗性肿瘤细胞与DARE细胞在抵抗凋亡和异常增殖方面表现出惊人相似性。针对Dronc-p38信号轴或Myo1D等关键调控因子，可能为克服肿瘤治疗抵抗提供新的治疗策略。

这项工作重新定义了Caspase在细胞命运决定中的角色，为组织再生和癌症生物学研究开辟了新的方向。未来，进一步解析DARE细胞特有的分子标识及其与微环境的相互作用，将有望为再生医学和肿瘤治疗带来突破性进展。