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坏死性凋亡调节机制的研究现状综述

更新时间:2020-08-10 08:30点击:

细胞死亡和增殖之间的平衡是生物体生长,发育的重要条件之一,而这种平衡的打破也是很多疾病产生的原因。过度的细胞死亡会导致炎性反应性或退行性疾病的发生。过去传统观念认为,细胞坏死和细胞凋亡是细胞死亡的两种主要方式。但是,随着对细胞死亡机制的不断深入研究,越来越多的证据支持细胞的死亡方式远不止这两类,坏死性凋亡就是近年来发现的一种新的细胞死亡方式,包含了受体相互作用蛋白激酶 1(RIPK1) 与 PIPK3 的激活和 Mixed Lineage Kinasedomain - Like(MLKL) 所共同作用下的可调控的细胞坏死。坏死性凋亡的发现颠覆了传统中将坏死仅仅看做是一种被动的死亡方式的观点,并且为临床相关疾病,尤其是与细胞坏死相关的疾病如缺血再灌注损伤、神经变性性疾病等,的治疗提供了新的可能性。
 
  本文就坏死性凋亡调节机制的研究现状做一综述。
 
  1 坏死性凋亡概念的提出
 
  1964 年首次提出程序性细胞死亡(PCD) 的概念。之后PCD 一直是细胞凋亡的代名词,并一直认为细胞凋亡与半胱氨酸蛋白酶家族 Caspases 密切相关。但近几年来的研究发现,如果抑制 Caspases,并不能防止死亡受体(DR) 所诱导的细胞死亡。并且这种细胞死亡具有一定的坏死样形态学特征。这就说明在 PCD 过程中 Caspases 的激活并不是唯一的决定细胞生死的,还可能存在其他的细胞死亡方式。2005 年,Degterev等报道了一种新的细胞死亡方式: 坏死性凋亡(necropto-sis) ,并将其定义为: 一种与坏死具有相似的形态学特征,但其细胞死亡方式为可调控的非 caspase 依赖性的程序性细胞死亡,即在 caspase 抑制的条件下,死亡受体与配体的结合可触发坏死性凋亡。
 
  2 坏死性凋亡的激活
 
  细胞的坏死性凋亡是一个主动的、信号依赖的过程,可以由许多因素所诱导。研究发现,这些因素大多可以通过激活死亡受体而触发细胞凋亡机制。死亡受体是近年发现的一组细胞表面标记,属于肿瘤坏死因子受体超家族,它们与相应的配体结合后,可以通过一系列的信号转导过程,将凋亡信号向细胞内部传递。近年来的研究发现,TOLL 样受体激动剂可以诱导巨噬细胞或者小胶质细胞的 TNF 依赖的坏死性凋亡[2].FAS 配体的产物也可以诱发 T 淋巴细胞的坏死性凋亡。cIAP1 /2 拮抗剂[3]、TLR3 兴奋剂[4]和干扰素[5]也被发现可能会诱发细胞的坏死性凋亡,并且不依赖于死亡受体而存在。
 
  3 Complex I 的形成
 
  TNF - α 诱导的细胞死亡需要 TNF - a 在细胞膜上与 TN-FR1 结合,并在细胞内招募一系列蛋白形成不同的复合体。TNF - α 与 TNFR1 结合后可诱导自身及其下游蛋白死亡结构域和其他分子的聚集而形成复合体Ⅰ(Complex I) .复合体Ⅰ包括: TNF 受体相关死亡结构域(TRADD) 、RIP1、TNFR 相关因子2 (TRAF2) 、胞内凋亡蛋白抑制因子 1(cIAP1) 、cIAP2、泛素酶复合体。这些蛋白质分子的泛素化对于 complex I 活性的调控起着重要作用,并影响细胞最终的结局。Complex I 会根据不同的刺激物或者微环境的改变做出相应的转换,引发不同的信号通路的激活,并最终决定细胞是存活、凋亡还是坏死性凋亡。
 
  4 complex II 及 necrosome 的形成
 
  如果 complex I 中的 RIP1 被泛素化,泛素化的 RIP1 募集NEMO 和转化生长因子 β 激活激酶 1 (TAK1) ,而这两种因子分别是 TNF 诱导的 NF - κB 和 MAP 激酶路径的关键调解因子,这两种路径抑制 caspase -8 的活性,并促进细胞的存活.CYLD,一种重要的去泛素化酶,可以诱导 RIP1 的去泛素化。
 
  在此复合体中,如果 caspase -8 切割 RIP1、RIP3 使其失活,细胞通过凋亡的方式死亡; 如果 caspase -8 被抑制或者 caspase -8 相关基因被敲除,RIP1、RIP3 通过磷酸化的方式形成复合体necrosome,诱导细胞的坏死性凋亡.
 
  近几年的研究发现了一种坏死性凋亡的特异性的抑制剂necrostatin - 1,它可以特异性抑制 RIP1 的激酶活性,从而破坏RIP1 - RIP3 复合体的构建.这也进一步证实了 RIP1 激酶的活化对于 necrosome 的形成是不可或缺的。受体相互作用蛋白3(RIP3) 在坏死性凋亡的过程中也起了十分关键的作用,它在丝氨酸、苏氨酸激酶及 PIP1 的作用下磷酸化而激活.
 
  RIP3 会诱导细胞线粒体活性氧产物的的大量生成,最终导致细胞的死亡.最近的研究中发现 NAD 依赖的脱去乙酰基酶SIRT2 在 RIP1 - RIP3 复合物的形成中也有一定的作用.
 
  5 坏死性凋亡的最终执行
 
  混合谱系激酶结构域蛋白(MLKL) ,是目前研究发现的坏死性凋亡最重要的下游效应器,也同时参与 complex IIb(也被称为 necrosome) 的构成。MLKL 激酶结构域的第 357 位苏氨酸和358 位丝氨酸在细胞程序性坏死启动后被 PIP3 磷酸化,磷酸化的 MLKL 由单体状态向寡聚体状态转化,寡聚化的 MLKL 结合磷酸肌醇和心肌磷脂,使整个 necrosome 复合体从细胞质转移到细胞膜或细胞器膜上,并在这些膜结构上形成通透性孔道,破坏膜的完整性,引发细胞坏死。
 
  6 结论与展望
 
  坏死性凋亡的诱导与抑制涉及机体自我稳定、正常发育及多种疾病的发展与变化。坏死性凋亡的调节机制是十分复杂的,目前的研究表明坏死性凋亡主要是通过 RN 途径所调控的,这一调控途径包含: RIPK1 和 RIPK3 激酶相关作用形成 necro-some 信号复合体,并且通过 RIPK3 所调控的磷酸化作用使MLKL 活化,活化后的 MLKL 从细胞浆转移到细胞膜并使细胞膜完整性破坏,最终导致细胞的坏死.最近十年里,RIPK1 抑制剂(例如: Nec - 1) 与坏死性凋亡相关基因的敲除(例如: RIPK3 敲除或者 MLKL 敲除的小鼠模型等) 的联合应用,对于人们深入的研究坏死性凋亡的调节机制起了关键的作用。RIP3 激酶是如何在诱导坏死性凋亡的同时抑制凋亡的是十分复杂的和需要进一步研究的。坏死性凋亡的最重要的下游调节分子 MLKL,是如何实现坏死性凋亡的最终执行的相关分子机制,还存在争议。对于上面所存在的问题的深入研究将会加深我们对于坏死性凋亡调节机制的理解,同时也为我们探索人类疾病中坏死性凋亡的存在及其治疗提供有价值的工具和手段。

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