炎症性肠病(IBD)正在全球范围内困扰着数以百万计的人。据统计,仅在美国就有约300万成年人受此影响,而欧洲的患病人数更是超过了250万。这种以溃疡性结肠炎和克罗恩病为代表的自发性肠道疾病,会导致腹泻、腹痛、恶心甚至消化道大出血,严重损害患者的生活质量。更棘手的是,长期患病还会增加结直肠癌的风险,科学家们一直试图弄清楚,肠道如何在快速自我更新的同时,避免过度增生演变为癌症。
近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Caspase 5c amplifies Wnt via APC cleavage to promote intestinal homeostasis”的研究报告中,来自威尔康奈尔医学院等机构的研究人员揭开了这个谜题的一角—答案藏在一个名为caspase-5的蛋白身上。
长期以来,caspase-5被认为是一种免疫相关的“炎症性半胱氨酸蛋白酶”,与它的近亲caspase-4一起参与抵抗细菌感染。然而,这项研究中,研究人员发现,caspase-5实际上并不负责清除入侵者。相反,它在人体肠道上皮细胞中以三种不同的亚型存在,其中最短的那一个(被称为CASP5C)扮演着Wnt信号通路的“放大器”角色。Wnt信号是上皮发育和再生的核心调控系统,决定着肠道干细胞的后代—即“转运放大细胞”—何时增殖、何时分化。
研究人员在实验室中构建了人类结肠和小肠类器官,模拟从干细胞到成熟肠上皮细胞的完整分化过程。他们发现,三种亚型的分布有着明确的空间规律:CASP5C主要富集在肠隐窝的“转运放大区”,这里是新细胞诞生的地方,细胞需要快速分裂然后向上迁移。而较长的两种亚型CASP5A和CASP5B则在更上方的成熟肠上皮细胞中占主导。CASP5C通过一个精巧的机制发挥作用:它与Wnt信号通路中的一个枢纽蛋白Dishevelled结合,然后精准地切割细胞内的关键“刹车”蛋白APC(具体是在其Armadillo重复结构域的Asp556位点)。APC一旦被切割,降解β-catenin的复合物就被破坏,导致β-catenin累积,进而开启促进细胞增殖和修复的基因。
相比之下,CASP5A和CASP5B虽然也能与Dishevelled结合,但它们缺少CASP5C所没有的抑制性结构域(CARD),因此无法切割APC。它们的作用更像是“占着位置不干活”—通过竞争性结合同一个合作伙伴,阻止了CASP5C的过度活跃。这就形成了一套精妙的内在平衡系统:隐窝底部的CASP5C高表达,在需要时推动增殖;而隐窝上部的CASP5A/B水平上升,适时踩下刹车,让细胞得以正常分化成熟。研究者将之比喻为肠道自己内部的“调光开关”,精准调控修复和增殖的强度与位置。
这项发现对炎症性肠病的理解尤其重要,当研究人员检查溃疡性结肠炎或克罗恩病患者的肠道样本时发现,CASP5C的水平显著升高;这表明在肠道受损时,机体正在主动上调这个修复开关,试图恢复上皮屏障,研究者指出,这个蛋白本质上是在“护理”那些祖细胞,确保它们在损伤期间获得足够的增殖动力。
然而,这种平衡一旦被打破,后果可能很严重;如果在慢性炎症环境中CASP5C持续过长时间地过度活跃,Wnt信号可能失控,导致异常细胞增生,长期来看会增加异型增生甚至结直肠癌的风险—而这恰恰是长期炎症性肠病患者面临的现实威胁。这项研究不仅重新定义了caspase-5的生物学功能,还揭示了一个更广阔的原理:许多先天免疫相关的蛋白,其实在组织稳态维持中也承担着关键角色。它们不是免疫系统的“专属雇佣军”,更像是身兼数职的“多面手”,在一线免疫之外,默默守护着肠道的每一天。(生物谷Bioon.com)
参考文献:
Jia, B., Shi, Y., Hong, Y. et al. Caspase 5c amplifies Wnt via APC cleavage to promote intestinal homeostasis. Nature (2026). doi:10.1038/s41586-026-10343-8.