细胞凋亡存在线粒体介导的通路、死亡受体介导的通路和内质网应激诱导通路。参与这些通路的天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶分别为：线粒体途径——天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶9（cysteine containing aspartate specific protease 9，Caspase-9），死亡受体途径——Caspase-8或者Caspase-10，内质网应激诱导的途径——Caspase-4^[3]。Caspase-2、8、9、10、11、12是起始Caspase，这些起始Caspase激活下游的效应Caspase-3、6、7，从而切割下游蛋白，执行细胞程序性死亡^[4]。

IAPs包括8个成员，特别是细胞凋亡抑制蛋白1（cellular IAP-1，cIAP-1）和细胞凋亡抑制蛋白2可间接抑制Caspase活性，X连锁的凋亡抑制蛋白（X chromosome-linked IAP，XIAP）能够直接抑制起始Caspase和效应Caspase。所有的IAPs至少有3个baculoviral IAP repeat（BIR）结构域，每个结构域包括大约70个氨基酸，在抑制细胞凋亡中起着关键作用^[5]，IAPs的主要作用是通过结合Caspase-3、7、9抑制其活性。IAPs中最有效的当属XIAP，XIAP是IAPs中唯一直接抑制凋亡Caspase的蛋白。XIAP有3个BIR重复序列区和一个RING结构域。XIAP的第3个序列区（BIR3）能够选择性地结合Caspase-9，BIR2能够抑制Caspase-3与Caspase-7。与XIAP有效的凋亡抑制作用相一致的是，XIAP在很多人类肿瘤细胞系以及患者的肿瘤样本中高表达，在肿瘤细胞的抗癌药物抵抗中发挥着重要作用^[6]。

2000年7月，Du等^[7]首次报道从Hela细胞中分离出一种新型线粒体蛋白质，命名为Smac。几乎与此同时，Verhagen等^[8]从293T细胞中分离出一种蛋白质，并命名为低等电位点的凋亡抑制蛋白直接结合蛋白（direct IAP binding protein with low pi，DIABLO）。后经比对分析发现，两者是同一种蛋白，为了纪念这两位科学家的贡献，将Smac和DIABLO合称为Smac/DIABLO。Smac基因在人类基因组中定位于12号染色体，包括7个外显子，Smac的cDNA长为1.5 kb，编码239个氨基酸，形成相对分子质量为27×10³的蛋白。未成熟的Smac定位于线粒体内膜上，前55个氨基酸形成线粒体定位信号肽，当Smac进入线粒体后即被切除，形成成熟的Smac^[7]。当凋亡发生时，成熟的Smac与细胞色素C、线粒体丝氨酸蛋白酶（Omi）、腺苷酸激酶2一起从线粒体释放到细胞质中^[8]。Smac有单体和二聚体两种形式，二聚体的Smac是活化形式，释放到细胞质中时才具有促凋亡作用。Smac蛋白氨基末端的保守序列Ala-Val-Pro-Lle（AVPI）与IAPs的BIRs结合，使其释放Caspase，促进细胞凋亡。例如Smac与XIAP的BIR2和BIR3结合阻断了XIAP对Caspase-3、7、9的抑制。Smac单体仅仅与一个BIR结合，而二聚体的Smac能同时结合两个BIR ^[9-10]。

Smac的表达水平决定了肿瘤细胞对凋亡的敏感性，其可以作为一个肿瘤发生前兆及治疗效果的标志物，肿瘤细胞常常表现为低水平的Smac，且抵制凋亡。一项有关肝癌患者的研究表明，相比于正常的肝组织，Smac在肿瘤组织中的mRNA和蛋白表达水平都降低了，这种降低与肿瘤的进展直接相关^[11]。并且Kempkensteffen等^[12]在睾丸生殖细胞肿瘤的研究中发现，Smac的mRNA水平在肿瘤的进展和恶化中明显下降。在鳞状细胞癌中，肿瘤的复发与Smac的表达直接相关^[13]。恶性肿瘤中Smac水平的下降可能会提高肿瘤细胞凋亡阈值，使肿瘤细胞对化疗和放疗产生抵抗^[14]。在一项对乳腺癌患者的研究中，将62例乳腺癌患者与11例乳腺纤维瘤患者比较发现，Smac的表达与临床和病理学数据一致，尽管在这些样本中都有Smac的表达，但Smac的中位表达量在乳腺癌中要比在乳腺纤维瘤中低很多。Smac的表达还与乳腺癌的分期呈负相关^[15]。

Sekimura等^[16]研究发现，Smac可以作为早期肺癌患者检测的一个标志物。Smac在肺癌中的表达水平较正常肺组织低很多，而且在鳞状细胞癌中较腺癌中低，T2~4期较T1期低，吸烟者较不吸烟者低，Smac水平较低的患者一般预后都较差^[16]。然而，与此研究结果不同的是，在另外一个有关非小细胞肺癌的研究中，Smac mRNA和蛋白的表达水平比正常的肺组织样本高^[17]。在这两个研究中，患者的选择标准、样本的测量方法是相似的，但是产生这种矛盾的原因尚不清楚。因为Smac是促进细胞凋亡的，在肿瘤组织中应该低表达。但是，如果Smac在肿瘤中的表达增高，Smac的一些正常功能可能发生了改变。当Smac不能从线粒体正常释放至细胞质时，高表达的Smac也将会毫无作用。在最近的研究报道中，高表达Smac mRNA的非小细胞肺癌患者接受或不接受辅助化疗的无疾病进展存活率及整体存活率都高很多^[18]。在一项对鼻窦内翻性乳头状瘤（nonnasal inverted papilloma，NIP）和正常鼻粘膜（nasal cavity mucosae，NM）组织的免疫组化对比研究中，Smac在NIP组中的阳性表达程度弱于在NM组中的表达，在NIP不同病理分级中，阳性表达程度随病理分化程度的降低而降低。Smac与XIAP的表达呈负相关，XIAP与Caspase-3的表达呈负相关，Smac与Caspase-3的表达呈正相关，这一结果提示Smac、XIAP、Caspase与NIP的发病及恶变有关^[19]。

在肿瘤的治疗中，放疗是最传统的方法之一，放疗的应用已近百年，占据着不可替代的重要地位。随着放疗技术和设备的改善和提高，放疗的效果有了一定程度的提高，但并没有显著改善，大多数肿瘤都存在一定的放射抗性。放射抗性的产生有一部分原因是细胞逃避凋亡。而细胞中IAPs通过高表达抑制Caspase活性在这一过程中起到了关键作用。因此，近年来，研究者对拮抗IAPs以使肿瘤细胞克服放射抵抗、增加放射敏感性产生了很大兴趣。

自Smac被发现以来，基于Smac的肿瘤治疗得以发展，这些基于Smac的治疗策略主要聚焦于两点：Smac基因的过表达和Smac模拟物。Smac的过表达能够诱导细胞凋亡，使这些细胞对化疗、放疗、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体敏感。McNeish等^[22]研究发现，用腺病毒载体将Smac转染进卵巢癌细胞系中，Smac既能提高卵巢癌对化疗和放疗的敏感性，还能增加Caspase-3和Caspase-9的活性。过表达Smac在很多肿瘤细胞中能有效地提高辐射诱导的细胞死亡，包括成神经细胞瘤、成胶质细胞瘤、胰腺癌和乳腺癌。全长Smac（包括有线粒体定位序列，定位于线粒体内膜，当受到凋亡信号刺激时，释放至细胞质）或者成熟形式的Smac（缺失线粒体定位序列，在细胞质中组成性表达）都能够显著地增强辐射诱导的细胞凋亡，降低克隆形成率。过表达这两种形式中任一种Smac都能提高γ射线诱导的Caspase瀑布式反应的激活——线粒体膜通透性增加，细胞色素C、Smac从线粒体释放，Caspase-3活性增加，Caspase依赖的细胞凋亡发生。但是，过表达Smac并没有影响最初的DNA损伤和细胞内应激反应，因为实验中对γ射线产生应答的磷酸化组蛋白H2AX（γH2AX）、DNA双链断裂修复蛋白Rad51的荧光强度、细胞核因子κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）的活性和细胞周期阻滞都没有发生变化^[21-22]。

Smac模拟物治疗肿瘤的证据也在逐年增多。体内外实验的临床前证据也在为Smac模拟物进入Ⅰ期临床做好铺垫。目前Smac模拟物主要包括3种：①肽类；②多核苷酸；③复合物。使用Smac模拟物的一个好处是他们能够克服肿瘤细胞对传统抗癌药的抵抗，从而协助传统抗癌药物更好地发挥作用，特别是当药物抵抗发生在NF-κB-IAP通路时。Smac不只在单独应用时能诱导肿瘤细胞凋亡，在联合治疗时常表现为协同作用。然而，值得注意的是，不同的细胞类型的效应也是不同的，Smac模拟物并非对所有的细胞有效，其有效性可能主要受限于凋亡通路发生异常的肿瘤细胞中^[23]。

目前，Smac模拟物单独应用或者联合化疗应用治疗实体瘤、淋巴瘤、白血病已经进入临床Ⅰ/Ⅱ期试验阶段。但尚未有将Smac模拟物联合放疗的临床试验。

BV6是一种Smac模拟物，能够拮抗XIAP、cIAP1和cIAP2，在一些成神经纤维瘤细胞株中，BV6可显著增加γ射线诱导的细胞凋亡，在这一凋亡过程中，Caspase的活性是必需的，且并不依赖自分泌或旁分泌的肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）。BV6不仅能增加普通神经胶质瘤细胞的辐射敏感性，还能增加引起神经胶质瘤的干细胞的辐射敏感性。因此，BV6具有很大的临床应用潜力^[24]。除了神经胶质瘤，BV6还能在非小细胞肺癌中明显地增强辐射诱导的细胞凋亡^[25]。

Smac模拟物LBW242能够与IAPs的BIR3结构域紧密结合，从而阻止他们与Caspase的结合，释放Caspase活性。LBW242还能穿透血脑屏障，在神经胶质瘤细胞中，特异性地阻断XIAP与Caspase-9的结合，从而促进细胞凋亡。LBW242既能增加辐射引起的细胞毒性，还能降低克隆形成率。并且，在原位神经胶质细胞移植模型中，LBW242与放疗、替莫唑胺联合应用，能够抑制肿瘤生长。这一发现为神经胶质瘤的治疗开拓了新的方法^[26]。

小分子复合物SM-164也是一种具有膜穿透能力的Smac模拟物，具有辐射增敏作用，这种作用在一项乳腺癌细胞的研究中是通过下调cIAP-1和结合有活性的Caspase-9实现的^[27]；一项头颈部鳞癌细胞的研究结果显示，SM-164的辐射增敏作用与NF-κB的激活和TNF-α的分泌以及随后Caspase-8和Caspase-9的活化所引起的凋亡作用加强有关。在此项研究的肿瘤异种移植实验中，SM-164也表现为辐射增敏作用，且对荷瘤鼠几乎无不良作用^[28]。

Smac模拟物SH-130能提高前列腺癌细胞辐射诱导的Caspase的活性，促进细胞凋亡。在前列腺癌异种移植的小鼠模型中，SH-130联合放疗能达到80%的肿瘤受到抑制的效果^[29]。结直肠癌细胞常具有辐射抗性，然而Smac模拟物JP-1201能够增强电离辐射的效应，减弱照射后DNA双链损伤的修复能力，降低结直肠癌细胞的存活率。在结直肠癌异种移植小鼠模型中，JP-1201能够降低肿瘤负荷^[30]。在一项最新的研究中，将Tat穿膜肽与SmacN7用脯氨酸连接形成Tat-SmacN7，从而使SmacN7具有穿膜能力，这个融合肽能通过激活Caspase活性增强胃癌EC109细胞和肺癌H460细胞对辐射的敏感性^[31]。

还有很多具有或不具有膜通透性的Smac模拟物陆续被报道，这些模拟物在多种癌细胞类型中都是有效的，从血液系统肿瘤到实体瘤，从体外实验到体内试验，或单独用药，或与化疗药物联合，或与放疗联合，且对正常组织几乎无不良作用。与放疗联合作用，还能更好地杀伤具有辐射抗性的肿瘤干细胞。因此Smac模拟物在肿瘤治疗方面具有巨大的潜力。但是将Smac广泛地应用于临床还有很长的一段路要走，需要有更多的基础实验和临床试验做铺垫。

综上所述，IAPs在很多癌细胞中高表达，而Smac的低表达为以IAPs为靶点，过表达Smac或应用Smac模拟物以提高癌细胞放疗后死亡率开拓了新的治疗方法。Smac模拟物与放疗联合的协同作用在许多临床前肿瘤模型中已得到验证，不仅可以增强普通肿瘤细胞的辐射敏感性，还能增强肿瘤干细胞的辐射敏感性，而且对正常组织的不良作用极小。这些都使得Smac模拟物对肿瘤的治疗提供了广阔的前景。但是，哪种分子标志物可以用来筛选患者以达到治疗的最优化，我们还知之甚少。目前，部分Smac模拟物已在晚期实体瘤患者中应用于Ⅰ期临床；然而尚需有更多的临床试验探究这些Smac模拟物对患者的潜在的不良作用，以及其与放疗的协同作用。