坏死性凋亡

坏死性凋亡 （Necroptosis）

坏死性凋亡（Necroptosis）是一种受精密调控的、程序性的细胞坏死形式，其形态学类似于传统坏死（细胞肿胀、质膜破裂、内容物释放引发炎症），但由特定的分子信号通路驱动。它通常作为细胞凋亡（Apoptosis）的“备用”或“替代”途径被激活，当凋亡通路（特别是外源性凋亡通路中的caspase-8活性）被病原体或病理条件抑制时发生。坏死性凋亡在宿主防御、炎症性疾病和组织损伤中扮演双重角色。

1. 核心信号通路

坏死性凋亡的核心信号传导依赖于一系列蛋白的磷酸化事件，最终导致执行蛋白的膜破坏。

• 启动：由死亡受体（Death receptors， 如TNFR1， FAS）或模式识别受体（PRRs， 如TLR3/4， Z-DNA结合蛋白1 ZBP1）在配体（如TNF-α， LPS， 病毒核酸）结合后触发。

• 关键激酶复合物形成：

  • 在TNF-α信号下，当caspase-8活性被抑制（如病毒编码的抑制剂如CrmA，或药物z-VAD），受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）不被切割，而是与RIPK3通过各自的RIP同型相互作用基序（RHIM）发生相互作用。

  • RIPK1和RIPK3相互磷酸化，形成一种不溶性的胞质淀粉样信号复合物，称为坏死小体（Necrosome）。

• 执行：

  • 坏死小体中的RIPK3磷酸化并激活其关键底物——混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL）。

  • 被磷酸化的MLKL发生构象变化，寡聚化并转位至质膜（Plasma membrane）和细胞器膜。

  • 活化的MLKL寡聚体在膜上形成孔道或直接破坏膜完整性，导致离子稳态失衡、水分内流、细胞肿胀和最终破裂，释放损伤相关分子模式（DAMPs），引发炎症。

2. 关键调控点

• Caspase-8的开关作用：Caspase-8是关键的命运决定因子。它既能切割并失活RIPK1和RIPK3以抑制坏死性凋亡，又能执行凋亡。其活性丧失是启动坏死性凋亡的关键许可信号。

• 泛素化修饰：RIPK1的泛素化状态（尤其是K63连接和线性泛素化）决定其是参与促存活（NF-κB激活）还是促死亡（坏死性凋亡或凋亡）信号复合物。

• 磷酸化与去磷酸化：除RIPK3对MLKL的磷酸化外，其他激酶（如TBK1， IKKs）和磷酸酶（如PP1， PGAM5）也参与精细调控MLKL的激活和失活。

3. 生理与病理功能

• 宿主抗病毒防御：许多病毒编码caspase抑制剂以阻断凋亡，而坏死性凋亡提供了一种备用机制来清除被感染的细胞，释放病毒颗粒使其暴露于体液免疫，并通过炎症信号募集免疫细胞。

• 炎症调控：释放的DAMPs（如HMGB1， ATP， DNA）激活免疫细胞，既是防御的一部分，也可能导致过度炎症（Excessive inflammation）。

• 发育与稳态：在胚胎发育中有特定作用。Caspase-8、RIPK1或RIPK3的全身性基因敲除会导致小鼠胚胎致死或出生后严重的免疫紊乱，表明该通路在发育和免疫稳态中的重要性。

• 疾病关联：

  • 促病角色：与多种炎症性和退行性疾病相关，包括缺血-再灌注损伤（心肌梗死、中风）、神经退行性疾病（阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化）、炎症性肠病、胰腺炎、银屑病和急性肾损伤。

  • 抗肿瘤免疫：诱导肿瘤细胞发生坏死性凋亡可能比凋亡更能激发有效的抗肿瘤免疫应答（因释放大量DAMPs），是一种有潜力的癌症治疗策略。

4. 与相关概念的区分

• 与传统坏死：传统坏死是意外、被动的物理化学损伤结果，而坏死性凋亡是主动的、信号依赖的程序性过程。

• 与细胞凋亡：凋亡由caspase执行，细胞膜完整，不引发炎症；坏死性凋亡不依赖执行型caspase，最终膜破裂并致炎。

• 与焦亡：两者均为程序性坏死，致炎。但执行分子不同（焦亡为Gasdermin家族，坏死性凋亡为MLKL），上游激活通路不同（焦亡依赖炎症小体和炎性caspase，坏死性凋亡依赖RIPK1/RIPK3/MLKL轴）。在某些情况下，通路可能存在交叉对话。

5. 治疗前景

靶向坏死性凋亡通路是治疗相关疾病的热点：

• 抑制剂：开发RIPK1抑制剂（如Necrostatin-1及其衍生物）、RIPK3抑制剂、MLKL抑制剂，用于治疗炎症性和退行性疾病。

• 激动策略：在癌症治疗中，与诱导凋亡的药物联用，或在肿瘤中抑制caspase-8的同时，诱导坏死性凋亡，以增强免疫原性细胞死亡。

参考文献

1. Degterev, A., et al. (2005). Chemical inhibitor of nonapoptotic cell death with therapeutic potential for ischemic brain injury. Nature Chemical Biology, 1(2)， 112-119. （里程碑研究，首次报道了坏死性凋亡特异性抑制剂Necrostatin-1，并命名该通路）

2. Sun, L., et al. (2012). *Mixed lineage kinase domain-like protein mediates necrosis signaling downstream of RIP3 kinase*. Cell, 148(1-2)， 213-227. （同期关键研究，鉴定MLKL为RIPK3的关键底物和坏死性凋亡的执行蛋白）

3. Newton, K., & Manning, G. (2016). Necroptosis and inflammation. Annual Review of Biochemistry, 85, 743-763. （全面综述了坏死性凋亡的分子机制及其在炎症中的核心作用）

4. Vandenabeele, P., et al. (2010). Molecular mechanisms of necroptosis: an ordered cellular explosion. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 11(10)， 700-714. （早期经典综述，系统阐述了坏死性凋亡的概念与通路）

5. Pasparakis, M., & Vandenabeele, P. (2015). Necroptosis and its role in inflammation. Nature, 517(7534)， 311-320. （权威综述，深入探讨了坏死性凋亡在生理病理性炎症中的双重角色）