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Mol Cell | 王曉東團隊揭示程序性壞死細胞激活自身Ifnb表達的機制
導(dǎo)讀 ?
Introduction
程序性壞死是一種裂解性細胞死亡途徑，通過破壞細胞膜并釋放炎性細胞內(nèi)容物引發(fā)炎癥。多種信號通路可激活程序性壞死：死亡受體（如TNF-R1、Fas、TRAILR）通過RIPK1激活；Toll樣受體（如TLR3、TLR4）通過TRIF激活；胞質(zhì)Z型核酸感受器ZBP1激活后也能啟動該過程。RIPK1、TRIF和ZBP1均含有受體相互作用蛋白同型作用基序（RHIM），可通過此結(jié)構(gòu)域結(jié)合并激活下游蛋白RIPK3。激活的RIPK3進一步磷酸化MLKL，形成磷酸化MLKL（pMLKL）。pMLKL對帶負電的磷脂具有親和性，其寡聚體與細胞膜負電磷脂結(jié)合并打孔，導(dǎo)致細胞膜破損及細胞死亡。實驗室前期研究發(fā)現(xiàn)，程序性壞死細胞中同時存在細胞膜修復(fù)機制：膜結(jié)合的pMLKL可通過Flotillin介導(dǎo)的內(nèi)吞作用與ESCRT介導(dǎo)的外排作用被移除，從而抑制細胞膜破損。然而，細胞中累積的pMLKL是否還具有其他生物學(xué)功能，尚不清楚。
2025年7月3日，北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院的王曉東實驗室在Molecular Cell雜志上以封面論文形式發(fā)表了題為MLKL activates the cGAS-STING pathway by releasing mitochondrial DNA upon necroptosis induction的研究。該研究發(fā)現(xiàn)，在程序性壞死細胞中，I型干擾素表達上調(diào)，其中Ifnb上升最為顯著。敲除程序性壞死關(guān)鍵蛋白RIPK1、RIPK3或MLKL可完全抑制Ifnb表達，且此效應(yīng)獨立于細胞膜破損。
細胞內(nèi)Ifnb表達主要依賴于TBK1-IRF3信號軸的激活。在該程序性壞死體系中，可能有兩種途徑激活TBK1：1. RIG-I/MDA5識別胞質(zhì)雙鏈RNA后，通過下游MAVS蛋白激活TBK1；2. cGAS識別胞質(zhì)雙鏈DNA后，通過STING激活TBK1。研究人員發(fā)現(xiàn)，敲除MAVS不影響Ifnb表達，而敲除cGAS則顯著降低Ifnb表達。進一步敲低cGAS下游蛋白STING或TBK1雖不影響程序性壞死進程，但均能抑制Ifnb表達。這些結(jié)果表明，程序性壞死細胞中Ifnb表達上調(diào)是由cGAS-STING信號通路激活介導(dǎo)的。
cGAS是胞質(zhì)游離雙鏈DNA感受器，可識別病毒、線粒體或核基因組來源的DNA。為探究程序性壞死中何種DNA激活了cGAS，研究人員分離了細胞的胞質(zhì)組分（cytosol）。qPCR檢測顯示，胞質(zhì)中游離的核基因組DNA含量基本不變，而線粒體DNA（mtDNA）含量顯著增加。免疫熒光結(jié)合超分辨成像顯示，誘導(dǎo)程序性壞死后，mtDNA從線粒體內(nèi)部移出至線粒體外或限制于線粒體外膜。在線粒體DNA缺失的ρ0細胞中，程序性壞死仍能發(fā)生，但由于缺乏胞質(zhì)游離mtDNA，Ifnb表達被抑制。
多種線粒體應(yīng)激壓力可導(dǎo)致mtDNA釋放，例如線粒體內(nèi)核酸酶EndoG缺失或mtDNA結(jié)合蛋白TFAM缺失等。然而程序性壞死細胞中這些蛋白并未減少。mtDNA釋放的可能途徑包括線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）、VDAC寡聚化孔、Gasdermin家族蛋白或Bax/Bak等。但mPTP和VDAC寡聚化的抑制劑均不能抑制此mtDNA釋放。由于程序性壞死誘導(dǎo)體系中Z-VAD-fmk的存在，Gasdermin不會被切割活化。Bax/Bak雙敲除細胞也不能抑制程序性壞死中的mtDNA釋放。最終，研究人員確定寡聚的pMLKL是執(zhí)行mtDNA釋放的關(guān)鍵。pMLKL寡聚化抑制劑13172可抑制mtDNA釋放。在線粒體膜開口處也觀察到了pMLKL的共定位。在純化的線粒體組分中檢測到pMLKL富集。線粒體膜富含帶負電的心磷脂，而MLKL對心磷脂具有高親和性。PLSCR3是負責將心磷脂從線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運至外膜的翻轉(zhuǎn)酶，其缺失可抑制程序性壞死導(dǎo)致的mtDNA釋放。
圖
寡聚pMLKL定位于線粒體外膜開口
為探究mtDNA釋放過程是否受調(diào)控，研究人員通過小規(guī)?；衔锖Y選發(fā)現(xiàn)微管完整性起關(guān)鍵作用。穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)的小分子不影響mtDNA釋放，而破壞微管結(jié)構(gòu)的小分子則顯著抑制其釋放。免疫熒光結(jié)果顯示，微管結(jié)構(gòu)破壞后，程序性壞死細胞內(nèi)的線粒體雖發(fā)生分裂，但mtDNA仍被線粒體外膜包裹，不會釋放到胞質(zhì)。然而微管結(jié)構(gòu)的完整性并不影響pMLKL在線粒體上的富集。
部分極早發(fā)性炎癥性腸?。?/span>IBD）患者因Caspase8蛋白表達降低而導(dǎo)致腸上皮細胞發(fā)生程序性壞死。研究人員構(gòu)建了腸上皮特異性誘導(dǎo)敲除Caspase8的小鼠模型。注射他莫昔芬誘導(dǎo)后，小鼠出現(xiàn)腸炎癥狀，包括腸上皮損傷、中性粒細胞浸潤和腸上皮杯狀細胞減少等。在腸上皮細胞中同時敲除RIPK3或MLKL，可完全抑制由程序性壞死引發(fā)的腸炎癥狀。透射電鏡在腸上皮細胞中觀察到破損的線粒體，分離的腸上皮細胞胞質(zhì)中游離mtDNA也顯著增加。熒光原位雜交顯示IBD小鼠腸上皮中Ifnb表達顯著升高，干擾素刺激基因產(chǎn)物IFI44蛋白水平也增加。注射STING抑制劑H-151可降低腸上皮細胞中Ifnb表達和IFI44蛋白水平，減少中性粒細胞浸潤，并加速炎癥消退。
圖 IBD腸上皮細胞線粒體破損伴隨Ifnb表達增加
總結(jié)而言，王曉東團隊發(fā)現(xiàn)，在程序性壞死過程中，pMLKL除了破壞細胞膜外，還會導(dǎo)致線粒體膜破損并釋放mtDNA，進而激活cGAS-STING通路，誘導(dǎo)Ifnb表達。在程序性壞死誘發(fā)的小鼠IBD模型中，STING抑制劑能加速腸道炎癥消退。該研究深化了對程序性壞死的理解，并對IBD治療具有積極意義。
北京大學(xué)-清華大學(xué)-北京生命科學(xué)研究所聯(lián)合招生項目（PTN項目）、清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院、北京生命科學(xué)研究所王曉東實驗室的丁璋誠博士為本文第一作者。其他作者還包括王曉東實驗室的博士研究生王睿，以及北京生命科學(xué)研究所電鏡中心的李玉華。王曉東研究員為本文通訊作者。
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https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.06.005
