当细胞启动凋亡后，如果下游执行程序受阻，它是否就能逃过死亡？已有研究发现，即使无法有效激活caspase，BAK和BAX仍可促使线粒体DNA外泄，并推动细胞死亡。但DNA究竟如何跨越线粒体的双层膜，一直缺少明确的生化解释。

2026年10月22日，美国纪念斯隆凯特琳癌症中心Emily H. Cheng团队在Science发表题为“BAK and BAX form a multiprotein complex to drive mtDNA efflux and caspase-independent cell death”的研究论文。研究结合蛋白复合物分离、遗传学干预和体外功能实验，解析BAK/BAX如何参与线粒体DNA释放，并将相关的caspase非依赖性死亡命名为baciptosis。

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研究背景

在线粒体介导的凋亡中，BAK和BAX被激活后发生寡聚化，使线粒体外膜通透化（MOMP）。随后释放的细胞色素c帮助APAF1组装凋亡小体，激活caspase级联反应，完成细胞死亡。然而，当凋亡小体功能受损时，BAK/BAX激活仍能引起持续的线粒体DNA（mtDNA）外泄，并伴随另一种死亡过程。

既有模型认为，BAK/BAX形成的外膜大孔允许线粒体内膜向外突出，随后内膜破损，使mtDNA逸出。但只有少部分突出的内膜失去完整性，这提示形态变化可能不足以解释主要的DNA释放过程。因此，本文聚焦两个相连的问题：细胞色素c与mtDNA是否由不同蛋白装置释放？mtDNA外泄又是否参与凋亡执行受阻后的细胞死亡？

研究思路

研究团队首先从小鼠胚胎成纤维细胞的线粒体中分离BAK相关复合物，结合质谱、免疫检测和分子大小分离，比较静息及激活状态下的组成与功能，寻找区别于经典MOMP装置的候选复合物。

随后，作者以缺失APAF1的细胞为主要模型，逐一干预候选组分，同时检测细胞色素c释放、胞质mtDNA和细胞死亡，判断这些过程能否在功能上分离。再通过蛋白回补和钙调控位点突变，分析VDAC的具体作用，并在人肾癌、肺癌细胞中验证。最后，将分离的复合物加入去除外膜的线粒体结构，直接检测其促进mtDNA释放的能力；结合荧光成像和电镜，检验DNA外泄减少是否源于内膜突出受阻。

图示显示了介导细胞色素c和线粒体DNA外排的独立BAK-BAX复合物

主要结果

1. BAK参与不同复合物以承担不同功能

BAK是否通过同一种蛋白装置释放细胞色素c和mtDNA？作者首先分离BAK相关蛋白，发现VDAC、ANT及PHB2等组分与其共同富集，且部分蛋白在线粒体内外膜接触位点分级中重叠分布，提示复合物可能位于两层膜的接触区域（Fig. 1A–F）。

分子大小分离显示，BAK存在于约60、160和600 kDa三类复合物中。激活后，部分BAK由60 kDa转向160 kDa，而600 kDa复合物在激活前已存在（Fig. 1G）。功能实验发现，160 kDa组分能够促进细胞色素c释放，600 kDa组分则未显示相同活性（Fig. 1H–J）。作者据此推测，前者可能是BAK六聚体，后者承担另一种功能，为寻找独立的mtDNA释放装置提供了切入点。

图1｜BAK存在于三种具有不同细胞死亡调控活性的蛋白复合物中。

2. VDAC1/2参与凋亡执行受阻后的细胞死亡

作者在缺失APAF1、无法正常组装凋亡小体的细胞中追踪复合物变化。BAK/BAX激活后，BAX也进入约600 kDa组分，提示它被招募至这一大型复合物（Fig. 2A）。

功能筛查发现，缺失VDAC1或VDAC2均能减轻此类细胞的死亡，同时缺失两者保护作用更强，VDAC3缺失则未产生类似效果。相同干预并不能保护凋亡程序完整的野生型细胞（Fig. 2B–D）。更关键的是，VDAC1/2缺失后，细胞色素c仍可释放，BAK/BAX仍能寡聚化（Fig. 2E、F）。因此，这种死亡不能简单归因于MOMP本身。降低mtDNA含量同样能够减轻死亡，支持mtDNA参与其中（Fig. 2G）。作者将这一BAK/BAX激活诱导的caspase非依赖性死亡称为baciptosis。

图2｜VDAC1或VDAC2缺失抑制BAK/BAX依赖的caspase非依赖性死亡，但不抑制caspase依赖性死亡。

3. 外膜VDAC与内膜PHB共同参与mtDNA外泄

确认VDAC1/2影响细胞死亡后，作者直接检测胞质mtDNA。共同干预BAK/BAX显著抑制mtDNA外泄；缺失VDAC1/2也降低了两种激活条件下的释放水平（Fig. 3A–C）。在双缺失细胞中，重新表达VDAC1或VDAC2能够恢复mtDNA外泄和死亡，VDAC3则不能，说明该作用具有亚型差异（Fig. 3D）。

由于mtDNA还必须跨越内膜，作者继续考察复合物中的内膜蛋白。短暂干预PHB2同时降低PHB1/2水平，显著减轻mtDNA释放及细胞死亡（Fig. 3F–H）；相比之下，同时干预ANT1/2未显示相似效果（Fig. 3I、J）。这些结果将关键功能组分收敛至BAK/BAX、VDAC1/2及PHB蛋白，也说明与复合物共同分离的蛋白，并不都对该过程具有同等作用。

图3｜VDAC1、VDAC2或PHB蛋白缺失削弱BAK/BAX依赖的mtDNA外泄和caspase非依赖性死亡。

4. 人癌细胞中的死亡方式受凋亡小体功能影响

这一机制能否在人癌细胞中重现？作者发现，药物联合激活BAK/BAX后，A498肾癌和PC9肺癌细胞的效应caspase活性很低，死亡较慢，且不能被caspase抑制剂有效阻断；乳腺癌对照细胞则表现出明显的caspase活化和更快死亡（Fig. 4A、B）。

A498细胞中也出现相应的BAK/BAX复合物变化（Fig. 4C）。干预VDAC1或VDAC2能够减轻A498、PC9细胞的mtDNA外泄与死亡；降低PHB2则抑制mtDNA外泄（Fig. 4D–G）。相反，在凋亡功能完整的乳腺癌细胞及回补APAF1的A498细胞中，VDAC干预不能提供类似保护（Fig. 4H、I）。这支持凋亡小体功能状态影响死亡路径，但尚不足以推断所有凋亡受损肿瘤均依赖这一机制。

图4｜VDAC1、VDAC2或PHB蛋白缺失削弱凋亡小体功能受损的人癌细胞中由BAK/BAX激活诱导的mtDNA外泄和细胞死亡。

5. VDAC的钙调控功能与mtDNA释放相联系

VDAC为何能够影响mtDNA外泄？作者利用线粒体靶向钙指示器发现，BAK/BAX激活伴随线粒体钙信号升高，而缺失BAK/BAX或VDAC1/2均削弱这一变化（Fig. 5A–C）。

为区分VDAC的结构与功能作用，研究比较野生型蛋白和钙调控位点突变体。野生型VDAC1/2能够恢复钙信号、mtDNA外泄及细胞死亡，突变体的恢复能力明显受损（Fig. 5D、E）。这些突变体仍可维持BAK稳定性、线粒体定位并进入大型复合物，提示其缺陷不能仅用蛋白不稳定或复合物未形成解释（Fig. 5F、G）。另一类VDAC1突变仍保留功能，也支持不同位点的作用存在差异（Fig. 5H）。结合核苷酸运输实验，作者提出VDAC构象重塑参与释放过程，但尚未直接解析其结构变化。

图5｜钙调控突变削弱BAK/BAX激活过程中VDAC1和VDAC2依赖的线粒体钙内流及mtDNA外泄。

6. mtDNA释放可与线粒体内膜突出相分离

大型复合物能否直接促进mtDNA释放？作者将不同分子大小的分离组分加入mitoplast，即去除外膜、保留内膜及基质的线粒体结构。激活后获得的600 kDa组分表现出最强的mtDNA释放活性；激活前组分、缺失VDAC1/2或携带钙调控突变的相应组分活性明显较低（Fig. 6A）。

另一组实验则检验形态变化的作用。荧光共定位与电镜显示，VDAC1/2缺失后，BAK/BAX激活仍能引起内膜突出，其程度与对照相近（Fig. 6B–D）。因此，内膜突出仍然存在时，mtDNA释放也可显著下降，支持两者并非同一过程。作者提出，大型复合物介导主要的主动释放，内膜突出可能贡献后续的残余泄漏；后者属于结合实验形成的机制解释（Fig. 6E）。

图6｜含tBID的600 kDa BAK复合物能够使缺失BAX、BAK、VDAC1和VDAC2的mitoplast通透化并诱导mtDNA外泄

小编总结

这项研究把线粒体介导的细胞死亡进一步拆解为两个可以在实验上区分的过程：细胞色素c释放与mtDNA外泄。BAK/BAX参与二者，但所依赖的蛋白组合不同。前者与较小的寡聚复合物相关，后者则需要VDAC1/2及PHB等组分参与。由此，mtDNA外泄获得了更具体的生化解释，也为理解凋亡执行受阻后的细胞死亡提供了依据。

研究设计中最有说服力的是功能分离：去除VDAC1/2后，BAK/BAX仍能寡聚化，细胞色素c仍可释放，内膜也继续突出，但mtDNA外泄和短期死亡明显减轻。再结合分离组分促进mitoplast释放mtDNA的实验，作者将证据从蛋白关联推进到了功能验证。

但这些发现仍有清晰边界。复合物的精确结构及跨膜释放方式尚未解析；mtDNA如何促成最终死亡也未明确，不能直接将其等同于cGAS–STING驱动的杀伤。本文主要依赖细胞模型，尚未证明诱导baciptosis能够改善体内肿瘤治疗效果。此外，减轻短期死亡也不等于恢复长期存活。

因此，本文提出的后续问题是：哪些肿瘤真正依赖这条死亡路径，以及能否在明确其执行机制后实现有效干预。当前的价值首先在于建立机制依据，而临床应用仍需更多验证。