Necroptosis在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷修復(fù)中作用的研究進(jìn)展

劉佳，孫天勝

近年來(lái)，作為一種可調(diào)控的細(xì)胞死亡途徑，necroptosis成為惡性腫瘤[1]、免疫性疾病[2]及缺血性心血管病[3]等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究表明，necroptosis廣泛參與上述疾病的病理生理過(guò)程。在神經(jīng)系統(tǒng)病變中，相關(guān)研究多集中在神經(jīng)退行性疾病[4]，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷方面的探索剛剛起步。本文就necroptosis的主要信號(hào)通路及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷病理生理過(guò)程的作用進(jìn)行綜述。

1 Necroptosis及其相關(guān)信號(hào)通路

1.1 Necroptosis的特征

一直以來(lái)，壞死被定義為由強(qiáng)烈的物理、化學(xué)及生物因素刺激，導(dǎo)致細(xì)胞快速、不可控的死亡[5]。盡管這一細(xì)胞死亡方式廣泛參與各種疾病的病理生理過(guò)程，但是因其不可控性而未引起人們足夠的重視。然而，近年來(lái)的一些研究表明，有部分壞死可能像凋亡那樣，由特定因子啟動(dòng)，按照一定信號(hào)通路和程序發(fā)生，可以對(duì)其過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，這一過(guò)程被學(xué)者們稱為“necroptosis”[6]。目前認(rèn)為，necroptosis是指由死亡受體配體啟動(dòng)、通過(guò)死亡受體介導(dǎo)的一種特殊的細(xì)胞壞死方式。這一過(guò)程有自己獨(dú)特的信號(hào)通路，可以被小分子化合物necrostatin-1(Nec-1)特異性抑制，而不受凋亡阻斷劑的影響[7]。

在形態(tài)學(xué)方面，necroptosis具有明顯的壞死特征，主要表現(xiàn)為細(xì)胞器腫脹、細(xì)胞膜完整性破壞，核內(nèi)染色質(zhì)缺乏明顯的形態(tài)改變等[8]。此外，在necroptosis過(guò)程中，會(huì)釋放大量損傷相關(guān)分子，引發(fā)嚴(yán)重的局部炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和激活[9]。截至目前，人們對(duì)相關(guān)機(jī)制仍然知之甚少。

1.2 Necroptosis相關(guān)信號(hào)通路

1.2.1 Necroptosis的啟動(dòng) 如前所述，necroptosis的啟動(dòng)需要死亡受體與配體的結(jié)合?，F(xiàn)已知的配體主要包括腫瘤壞死因子α(TNF-α)[10]、Fas配基(Fasligand,FasL)[11]、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘生配基(tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand,TRAIL)等，它們的活化受體分別是腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor 1,TNFR1)、Fas和TRAILR[12]。目前，還不清楚上述配體與其受體結(jié)合后是否激活共同的下游信號(hào)通路。其中TNF-α/TNFR所介導(dǎo)的信號(hào)通路研究得較為廣泛，且機(jī)制較為清楚。TNF-α由激活的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生[13]，通常情況下它能夠誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡；但新的證據(jù)表明，它也可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的壞死[14]。

TNFR1及TNFR2為T(mén)NF-α的特異性細(xì)胞表面受體。由于TNFR2缺乏死亡結(jié)構(gòu)域，TNFR1便成為介導(dǎo)TNF-α活動(dòng)的主要受體。TNF-α通過(guò)與TNFR1的胞外段結(jié)合而引起胞內(nèi)段構(gòu)象的改變，將其激活[15]。

1.2.2 復(fù)合體的形成 TNFR通過(guò)與包含死亡結(jié)構(gòu)域的蛋白結(jié)合，形成復(fù)合體Ⅰ，觸發(fā)下游信號(hào)[16]。這些蛋白主要包括受體交互作用蛋白1(receptor interaction protein 1,RIP1)、凋亡蛋白細(xì)胞抑制物(cellular inhibitor of apoptosis proteins,cIAPs)、TNFR相關(guān)因子2(TNF receptor-associated factor 2,TRAF2)和TRAF5等[17]。外界環(huán)境的各種刺激使得復(fù)合體Ⅰ在不同的信號(hào)通路之間進(jìn)行切換，從而決定細(xì)胞是存活還是死亡。

該復(fù)合體中某些蛋白的泛素化在這一過(guò)程中起了決定性作用[18]。RIP1是具有同源性N-末端激酶結(jié)構(gòu)域的RIP家族的一員，其泛素化狀態(tài)決定著它是作為促進(jìn)存活的信號(hào)分子還是導(dǎo)致死亡的激酶。在去泛素化以后，RIP1從復(fù)合體Ⅰ中解離，被釋放到胞漿中，迅速被復(fù)合體Ⅱ所募集。復(fù)合體Ⅱ又被稱為死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體，由腫瘤壞死因子受體相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(tumor necrosis factor receptor associated death domain,TRADD)、Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(Fas-associated death domain,FADD)、RIP1和caspase-8組成。如果復(fù)合體Ⅱ中caspase-8被藥物或RNA干擾所阻斷，胞漿中的RIP3通過(guò)其同型作用結(jié)構(gòu)域部分與RIP1的相應(yīng)部分結(jié)合，形成死亡小體[19]。RIP1和RIP3可被某種激酶磷酸化，啟動(dòng)caspase非依賴的necroptosis[20]。

RIP1與RIP3形成復(fù)合物及磷酸化是necroptosis發(fā)生的關(guān)鍵性步驟[21]，而且不出現(xiàn)于其他形式的細(xì)胞死亡中，因此也是necroptosis的特異性生化標(biāo)記。RIP1與RIP3同為necroptosis發(fā)生的必須要素，后者的作用更為專一和重要，是壞死通路與凋亡通路的“分路器”[22]。在對(duì)小鼠成纖維細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，RIP3是選擇啟動(dòng)細(xì)胞凋亡或necroptosis的分子開(kāi)關(guān)。當(dāng)RIP3缺乏而RIP1過(guò)量表達(dá)時(shí)，誘發(fā)細(xì)胞凋亡；當(dāng)RIP1缺乏而RIP3過(guò)量表達(dá)時(shí)，則誘發(fā)necroptosis[23]。

1.2.3 Necroptosis的執(zhí)行 目前，RIP3下游的分子機(jī)制仍然不明確。前期的研究表明，在所有細(xì)胞器均未發(fā)現(xiàn)RIP3的定植，說(shuō)明RIP3活化后并不直接作用于細(xì)胞器，可能在胞漿中募集、活化其他蛋白，將信號(hào)進(jìn)一步下傳[24]。有研究表明，TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死需要活性氧(reactive oxygen species,ROS)的參與，而RIP3可以加速線粒體活性氧的釋放。此外，對(duì)T293細(xì)胞進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在TNF-α誘導(dǎo)的necroptosis中，RIP3可以提高糖原磷酸化酶、谷氨酸氨連接酶及谷氨酸脫氫酶1的活性。據(jù)此推測(cè)，活性氧導(dǎo)致的脂質(zhì)過(guò)氧化、生物能量代謝級(jí)聯(lián)反應(yīng)、溶酶體膜通透化和線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子等細(xì)胞毒性因子，都參與necroptosis效應(yīng)的產(chǎn)生[25]。

2 Necroptosis與中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷

2.1 Necroptosis與腦損傷

腦損傷后，神經(jīng)元出現(xiàn)一系列異常變化，如缺血缺氧導(dǎo)致的細(xì)胞裂解、細(xì)胞器游離、細(xì)胞腫脹等。Degterev等在小鼠大腦中動(dòng)脈缺血再灌注損傷模型中，使用necroptosis的特異性阻斷劑Nec-1，發(fā)現(xiàn)這種小分子化合物能顯著減小梗死面積，其作用呈劑量依賴性；與凋亡阻斷劑Z-VAD.fmk相比，Nec-1的給藥時(shí)間窗更長(zhǎng)[26]。該實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)了necroptosis參與了缺血缺氧造成的腦組織損害。此后，Nec-1的治療效果在小鼠的腦外傷模型中同樣得到了驗(yàn)證。在該項(xiàng)研究中，Zerong等發(fā)現(xiàn)側(cè)腦室內(nèi)注射Nec-1可以緩解損傷急性期細(xì)胞膜通透性的異常增高，可在48 h內(nèi)減少中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)和小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活，保護(hù)大腦神經(jīng)元，從而使模型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)及認(rèn)知功能得到改善。上述結(jié)果充分證明，necroptosis與腦外傷后神經(jīng)細(xì)胞損傷關(guān)系密切[27]。

2.2 Necroptosis與脊髓損傷

作為一種高致殘率的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病，脊髓損傷后神經(jīng)細(xì)胞損傷相關(guān)機(jī)制的研究從未停止過(guò)?，F(xiàn)有證據(jù)表明，經(jīng)典的細(xì)胞死亡方式——凋亡[28]、自噬[29]和壞死，均在其中扮演了重要的角色。其中，凋亡和自噬相關(guān)研究較多，也較為透徹，而針對(duì)壞死，特別是necroptosis與脊髓損傷后神經(jīng)細(xì)胞丟失及神經(jīng)功能障礙的研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，脊髓損傷后數(shù)小時(shí)，組織內(nèi)可見(jiàn)散在出血點(diǎn)，部分神經(jīng)元開(kāi)始破裂、溶解，神經(jīng)元數(shù)目減少，白質(zhì)脫髓鞘及大量微型空洞形成等。上述結(jié)果表明，壞死是脊髓損傷急性期神經(jīng)細(xì)胞死亡的主要方式，深入揭示其相關(guān)機(jī)理意義重大。此外，由于necroptosis這種細(xì)胞死亡方式會(huì)導(dǎo)致大量損傷相關(guān)分子的釋放，從而誘發(fā)局部劇烈的炎癥反應(yīng)；而后者是繼發(fā)性脊髓損傷的重要組分[30]。有必要對(duì)necroptosis在脊髓損傷病理過(guò)程中的作用開(kāi)展相關(guān)研究。

3 問(wèn)題與展望

盡管近年來(lái)necroptosis相關(guān)的信號(hào)通路已初見(jiàn)端倪，但仍然存在大量的未知有待進(jìn)一步探索。在多種疾病的病理生理過(guò)程中，均發(fā)現(xiàn)了necroptosis、細(xì)胞凋亡和自噬等多種細(xì)胞死亡形式的共存，且在一定情況下，各種形式之間可以相互轉(zhuǎn)換。前期的實(shí)驗(yàn)證據(jù)也說(shuō)明，聯(lián)合使用阻斷不同細(xì)胞死亡途徑的藥物比單獨(dú)用藥有更好的細(xì)胞保護(hù)效果。因此，必須明確necroptosis與其他細(xì)胞死亡機(jī)制之間的關(guān)系，深入探討各種細(xì)胞死亡方式的發(fā)生條件及相互轉(zhuǎn)換機(jī)制，以利于制定最恰當(dāng)?shù)闹委煼桨浮?/p>

此外，作為一種可調(diào)控的細(xì)胞死亡方式，necroptosis無(wú)疑在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后神經(jīng)細(xì)胞死亡及神經(jīng)功能喪失中發(fā)揮了重要的作用。目前對(duì)于上述疾病，特別是脊髓損傷后necroptosis現(xiàn)象發(fā)生的許多問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

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