SMAC通过调控线粒体完整性、炎症信号与癌细胞行为的新非凋亡功能

本研究揭示了促凋亡蛋白SMAC在非致死性线粒体膜透化过程中的新功能：其通过BAX/BAK-DRP1通路介导的线粒体自发性释放，激活cGAS-STING-IRF3信号轴，驱动干扰素响应与mtDNA胞质泄漏，进而调控癌细胞迁移、侵袭与转移。该发现为SMAC在肿瘤进展中的双重角色提供了机制解释，并为靶向线粒体-免疫轴的治疗策略提供新视角。

在肿瘤生物学领域，线粒体不仅是细胞的能量工厂，更是调控程序性死亡的核心枢纽。其中，SMAC（second mitochondrial activator of caspases，又称DIABLO）作为线粒体膜间隙蛋白，长期以来被公认在细胞凋亡过程中扮演“刽子手”的角色——当细胞接受到凋亡信号时，SMAC与细胞色素c一同被释放到胞质中，通过拮抗凋亡抑制蛋白（IAPs）来促进caspase酶系的激活，最终导致细胞解体。然而，越来越多的证据表明，线粒体凋亡通路成员可能还具有独立于细胞致死之外的“副业”。尤其在癌细胞中，这些蛋白的异常表达往往与肿瘤进展和患者预后密切相关，但其背后的非经典机制却始终笼罩在迷雾之中。

为此，研究团队将目光投向了SMAC在非凋亡情境下的功能探索。论文发表于《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》的这项研究，通过多种基因编辑细胞模型（包括HeLa、MDA-MB-231、1205Lu等癌细胞系），结合亚细胞分级、免疫沉淀、RNA测序等技术，发现即使在未诱导凋亡的稳态条件下，SMAC也会通过BAX/BAK依赖的机制部分释放到胞质中。令人惊讶的是，这种“偷偷泄漏”的SMAC不仅没有引发细胞死亡，反而成为维持癌细胞恶性行为的关键调节因子。

在技术方法上，作者主要运用了CRISPR/Cas9基因敲除技术构建SMAC缺失细胞系；通过超速离心进行亚细胞组分分离以分析蛋白定位；采用RNA测序（RNA-seq）进行转录组分析；使用流式细胞术检测caspase-3活性和线粒体膜电位；通过透射电镜（TEM）观察线粒体超微结构；并利用斑马鱼异种移植模型评估体内转移能力。

研究结果

SMAC是癌细胞中致死性和亚致死性caspase激活的必要条件

在HeLa、MDA-MB-231和1205Lu等癌细胞系中，SMAC的缺失几乎完全阻断了由BH3模拟物（ABT-737/S63845）诱导的caspase-3激活。而在非恶性的WI-38人成纤维细胞或小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中，SMAC缺失仅引起轻微的凋亡敏感性下降，表明癌细胞对SMAC的依赖性显著高于正常细胞。

非凋亡细胞中存在SMAC的胞质组分

细胞分级实验显示，在未受刺激的癌细胞（如AGS胃癌细胞、CaCo-2结肠癌细胞）胞质中可检测到SMAC蛋白，其水平因细胞系而异（1205Lu黑色素瘤细胞中几乎无法检测到）。这种自发释放受到BAX/BAK和线粒体裂变GTP酶DRP1的调控，DRP1缺失可完全阻断SMAC和细胞色素c的胞质泄漏。

SMAC调控癌细胞的生长行为

SMAC缺陷的MDA-MB-231细胞在体外迁移、侵袭、软琼脂集落形成能力均显着降低，在斑马鱼异种移植模型中的转移能力也减弱。值得注意的是，这种效应不依赖于SMAC拮抗XIAP的经典功能，因为XIAP或XIAP/caspase-9双敲除并未能回补表型。

SMAC驱动干扰素响应并与mtDNA释放相关

RNA测序显示，SMAC缺失导致干扰素α响应通路基因显着下调。机制上，SMAC缺陷细胞中STING和IRF3的磷酸化水平降低，胞质内mtDNA含量减少（通过TFAM Western blot、抗dsDNA免疫荧光和D-loop区qPCR证实）。此外，SMAC与新生mtDNA在空间上邻近（通过mitoSIRF实验验证），提示二者可能存在直接相互作用。

SMAC影响线粒体形态与完整性

SMAC缺失导致线粒体网络形态改变（长度和椭圆度增加），线粒体膜电位降低，但耗氧率（OCR）无显着变化。电镜分析进一步揭示SMAC缺陷细胞的线粒体嵴密度降低，“环状嵴”数量增加，表明SMAC对维持线粒体内部结构至关重要。

结论与意义

本研究系统揭示了SMAC在癌细胞中的非凋亡功能：其通过调控线粒体嵴结构完整性及BAX/BAK-DRP1介导的膜透化过程，促进mtDNA和SMAC自身向胞质的有限释放，进而激活cGAS-STING-IRF3信号轴，驱动干扰素相关基因表达和促炎因子（如IL-6）分泌。这种亚致死性的线粒体信号不仅维持癌细胞的侵袭转移能力，还通过诱导DNA损伤反应（如γH2AX形成）和基因组不稳定性间接促进肿瘤进化。对TCGA数据库的分析进一步证实，SMAC（DIABLO）高表达与多种癌症（如肺腺癌、肾透明细胞癌）患者的不良预后显着相关。

该研究突破了SMAC作为单纯促凋亡蛋白的传统认知，将其提升为连接线粒体质量监控、天然免疫激活和肿瘤恶性行为的核心枢纽分子。这不仅为解释为何促凋亡分子反而与癌症进展正相关提供了悖论性答案，也为开发靶向线粒体-免疫 Crosstalk 的癌症治疗策略开辟了新的思路。