caspase-3介导的CAD蛋白剪切在化疗诱导癌细胞凋亡中的关键作用及靶向干预策略

本研究针对胃癌(GC)和结直肠癌(CRC)化疗耐药机制，揭示了CAD（多功能酶复合体）通过caspase-3依赖性剪切调控嘧啶合成通路的关键作用。研究人员发现化疗药物通过激活caspase-3剪切CAD第1371位天冬氨酸(D1371)位点，导致嘧啶核苷酸耗竭并诱导癌细胞凋亡。临床样本中发现的CAD-D1371突变与化疗耐药显著相关，而新型小分子RMY-186可通过促进CAD降解逆转耐药。该研究为克服化疗耐药提供了新靶点和治疗策略，发表于《Nature Communications》。

　　

癌症治疗领域长期面临化疗耐药的重大挑战，尤其在胃癌(GC)和结直肠癌(CRC)中，超过半数患者最终会对5-氟尿嘧啶(5-FU)等化疗药物产生耐药。代谢重编程被认为是耐药的重要驱动因素，但其中嘧啶核苷酸合成通路的具体调控机制仍不明确。更棘手的是，肿瘤异质性导致不同患者对治疗反应差异显著，临床缺乏有效的预测标志物和干预手段。

厦门大学的研究团队通过系统研究，发现CAD（Carbamoyl-phosphate synthetase II, Aspartate transcarbamylase, and Dihydroorotase）作为嘧啶从头合成的限速酶，其caspase-3介导的蛋白剪切是决定化疗敏感性的关键分子开关。该成果发表于《Nature Communications》，为破解化疗耐药难题提供了全新视角。

研究采用多组学技术联用策略：通过全外显子测序(WES)分析化疗耐药患者样本；利用CRISPR/Cas9构建基因编辑小鼠模型(Cldn18-ATK和Cad^{D1371A/D1371A})；开发晶体数字液滴PCR(ddPCR)检测临床突变；结合质谱分析鉴定CAD剪切位点；基于结构生物学设计小分子抑制剂RMY-186并通过显微尺度热泳动(MST)验证结合活性。

CAD水平在化疗过程中下降
研究发现5-FU、奥沙利铂(Oxa)等化疗药物处理可特异性降低CAD蛋白水平，伴随嘧啶核苷酸(CTP、UTP等)含量显著减少。在Cldn18-ATK小鼠模型中，5-FU治疗组CAD表达降低与肿瘤缩小呈正相关。补充尿苷可挽救化疗诱导的凋亡，证实嘧啶合成抑制是细胞死亡的关键机制。

Caspase-3介导CAD的剪切
通过截短体构建和质谱分析，团队精确定位CAD第1371位天冬氨酸(D1371)为caspase-3的特异性剪切位点。在caspase-3敲除小鼠中，5-FU既不能诱导CAD剪切，也无法引发肿瘤消退。值得注意的是，临床耐药样本中发现CAD-D1371E/Y突变，这些突变体抵抗caspase-3剪切并赋予癌细胞化疗抗性。

CAD剪切决定化疗敏感性
基因组敲入CAD^D1371A的癌细胞对5-FU敏感性显著降低，异种移植瘤体积缩小幅度减少47%。机制上，剪切后的CAD片段通过泛素-蛋白酶体系统快速降解，而突变体维持稳定表达，持续支持嘧啶合成。

RMY-186克服化疗耐药
筛选获得的小分子RMY-186能直接结合CAD（K_d=6.78×10^-6 mol/L），促进其通过BIRC6/UBE3C依赖的泛素化降解。在Cad^{D1371A/D1371A}小鼠中，RMY-186联合5-FU使肿瘤抑制率恢复至70%，并增强CD8⁺ T细胞浸润，显著改善PD-1抗体疗效。

这项研究阐明了CAD剪切在化疗应答中的核心地位：caspase-3激活后剪切CAD-D1371，导致嘧啶合成中断和癌细胞死亡；而该位点突变则通过维持核苷酸供应促进耐药。临床意义在于：①CAD-D1371突变可作为化疗疗效预测标志物；②RMY-186为代表的小分子降解剂为逆转耐药提供新策略；③联合免疫检查点抑制剂可协同增强抗肿瘤效果。研究不仅揭示了代谢调控与细胞死亡交叉对话的新机制，更为精准肿瘤治疗提供了可转化的干预靶点。