Nature | 贾宝森/石玉华等揭示人caspase-5蛋白的生物学功能|caspase|wnt|生物学|石玉华|细胞|蛋白|贾宝森

炎症性caspase是炎性小体（inflammasome）的核心组成成分。炎性小体作为关键的先天免疫感受器和启动平台，在抗微生物宿主防御以及多种非感染性疾病中发挥重要作用【1】。在炎症性caspase家族中，caspase-4和caspase-5具有独特性，因为它们同时还可作为胞内细菌脂多糖（LPS）的模式识别受体（pattern recognition receptors,PRRs），从而启动非经典炎性小体的激活，继而诱导IL-1β和IL-18分泌、细胞焦亡以及胞内细菌清除，构成宿主抵御入侵细菌病原体的重要防御机制。尽管caspase-4在LPS识别和抗菌防御中的作用已得到较为深入的研究，caspase-5 的生物学功能仍不明确。Caspase-5是人特异性的caspase，受限于缺乏合适的人源模型体系，相关研究主要停留在转化细胞系和生化体系中。

2026年4月22 日，来自美国康奈尔大学威尔康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）的Julie Magarian Blander团队（贾宝森博士和石玉华博士为共同第一作者）在Nature发表题为Caspase-5c amplifies WNT via APC cleavage to promote intestinal homeostasis的研究论文。该研究打破传统认知，揭示了人caspase-5全新的生物学功能。作者利用人肠道类器官培养体系开展研究，发现caspase-5在肠上皮细胞（intestinal epithelial cells,IECs）中高表达，并通过调控WNT信号通路在维持肠上皮稳态中发挥重要作用。值得注意的是，腺瘤性息肉病蛋白（adenomatous polyposis coli ，APC）作为 W NT 信号通路的关键负调控蛋白【2】，是caspase-5 C 的直接裂解底物。该发现揭示了caspase-5C可通过靶向APC调控Wnt信号活性，从而参与肠上皮稳态的精细调控，进一步的研究还揭示了caspase-5C在炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）中的潜在作用。

在人原代巨噬细胞和肠道类器官培养体系中，作者证实了caspase-5不参与非经典炎性小体介导的抗菌免疫。接着作者试图揭示caspase-5在哪些器官和细胞中具有表达。通过分析已有数据库中的 RNA表达谱，作者发现caspase-5和同家族的caspase-4相比具有明显不同的表达特征： caspase-4 转录本广泛表达于多种组织，而caspase-5转录本则主要局限于肠道和阑尾；在单细胞水平上， caspase-4 转录本在多种细胞类型中均广泛且高水平表达，而caspase-5转录本则主要局限于肠上皮细胞和单核细胞/巨噬细胞。在肠上皮细胞和巨噬细胞中可以检测到三种caspase-5异构体的表达： caspase-5A（UniProt P51878-1，49.7 kDa）、caspase-5B（P51878-2，43.2 kDa）和caspase-5C（P51878-3，33.3 kDa）。

鉴于caspase-5在肠上皮细胞中优势表达，且其在非经典炎性小体激活中并非必需，为了进一步探究其生物学功能，作者在人结肠类器官中表达与BioID2生物素连接酶融合的caspase-5A，并进行了生物素邻近标记实验来揭示与caspase-5具有相互作用的蛋白。三种人Dishevelled 蛋白（DVL1、DVL2和DVL3）均位列最显著的相互作用蛋白之中。Dishevelled蛋白是WNT NT 信号通路中的枢纽分子，能够与Frizzled受体及下游效应分子相互作用，提示caspase-5可能在 WNT信号通路调节中发挥作用。进一步的研究证实了在三种caspase-5异构体中，caspase-5C可以上调 WNT信号通路，而caspase-5A和caspase-5B通过竞争性结合 Dishevelled蛋白来抑制caspase-5C的WNT调节功能。 WNT 是维持肠上皮组织稳态的关键调节分子，具有抑制肠上皮细胞分化和促进细胞增殖的作用【2】。与此相对应，在结肠和小肠类器官中，外源表达caspase-5C 可以抑制类器官的分化和促进类器官的生长和存活；特异性下调caspase-5A和caspase-5B的表达也表现出类似的作用。 WNT信号通路对于损伤后肠上皮修复至也关重要【3】，进一步实验证实了 caspase-5C 对于辐射损伤后结肠类器官的修复具有促进作用。

在作用机制方面，作者发现，在caspase-5的三种异构体中，仅caspase-5C具有组成性的天冬氨酸蛋白酶活性。进一步研究表明，APC蛋白是caspase-5C的直接裂解底物，其切割位点被鉴定为APC第556位天冬氨酸残基。APC是β-catenin降解复合体的核心组分，因此，caspase-5C通过裂解APC破坏了β-catenin降解复合体的完整性，进而导致β-catenin积累并发生核转位。作为WNT信号通路的核心转录调控因子，β-catenin的核内积累进一步激活了WNT信号通路。

鉴于caspase-5C能够特异性放大WNT信号，作者推测其应在快速扩增细胞（transit-amplifying, TA cells）中高表达，因为这类细胞在从WNT丰富的隐窝底部向上迁移过程中，其增殖依赖于WNT信号。通过异构体特异性的原位杂交，对已发表的全长单细胞RNA测序数据集的分析和一系列的生化实验，作者证实了 caspase-5 C富集于肠上皮的 TA细胞区，而 caspase-5 A和caspase-5B富集于分化的肠上皮细胞。

在炎症性肠病（IBD）中，肠上皮持续经历损伤与再生，而WNT信号通路对于组织修复至关重要【3】。研究者发现，与Crohn病和溃疡性结肠炎患者肠上皮组织中caspase-5A或caspase-5B的表达不同，caspase-5C的水平显著升高。结合caspase-5C在TA细胞中的富集特征，以及其在损伤后增强WNT活性和促进干细胞恢复中的作用，这些结果提示caspase-5C在IBD相关组织损伤过程中对肠上皮再生具有关键作用。

综上所述，caspase-5异构体caspase-5C是一种WNT信号通路的酶性放大因子，它通过裂解APC，在逐渐减弱的WNT梯度中维持TA细胞的增殖，从而保障上皮更新。上述发现拓展了炎症性caspase的功能范畴，使其作用超越先天免疫，并揭示了其在组织稳态维持中的发挥的重要作用。

美国康奈尔大学威尔康奈尔医学院 Julie Magarian Blande r为论文的通讯作者，贾宝森博士和石玉华博士为论文的共同第一作者。参与论文的重要合作者还有 Yourae Hong 博士和杨重博博士等，参与合作的研究团队还包括（但不限于）：美国康奈尔大学威尔康奈尔医学院 Steven M. Lipkin 团队以及比利时鲁汶大学Sabine Tejpar 团队。

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10343-8

制版人：十一

参考文献

1. Barnett, K. C., Li, S., Liang, K. & Ting, J. P. A. 360 degrees view of the inflammasome: mechanisms of activation, cell death, and diseases.Cell186, 2288–2312 (2023).

2. Rim, E. Y., Clevers, H. & Nusse, R. The Wnt pathway: from signaling mechanisms to synthetic modulators.Annu. Rev. Biochem.91, 571–598 (2022).

3. Moparthi, L. & Koch, S. Wnt signaling in intestinal inflammation.Differentiation108, 24–32 (2019).

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（*排名不分先后）