腫瘤細(xì)胞程序性壞死的相關(guān)研究

劉 欣，陳 琪，姜小凡，王智傳，陳琳博綜述，朱文赫審校

(吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林 吉林 132013)

細(xì)胞死亡的原因復(fù)雜多樣，但卻具有基本并且固定的死亡方式,主要有細(xì)胞凋亡、細(xì)胞程序性壞死和細(xì)胞自噬等。程序性壞死是一種具有獨(dú)特信號通路、信號傳遞過程可被特異性抑制劑所抑制而中斷、受信號分子調(diào)控的有序壞死,受體相互作用蛋白1(receptor-interacting protein,RIP 1)和RIP3作用于其信號通路[1-3]。近年來隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞程序性壞死與腫瘤細(xì)胞有著密切聯(lián)系。

1 程序性壞死與其他死亡方式的異同

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報道[4]，凋亡、自噬和程序性壞死均屬于細(xì)胞自我調(diào)控的程序性死亡。凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)主要包括細(xì)胞核固縮，染色質(zhì)凝集，細(xì)胞變小并形成凋亡小體后被周圍巨噬細(xì)胞吞噬清除。自噬作為一種細(xì)胞自動降解自身獲取能量并發(fā)生代謝的死亡方式，此過程中會形成自噬體[5]。

程序性壞死的形態(tài)學(xué)變化主要包括細(xì)胞膜的完整性被破壞，細(xì)胞器腫大或變形，胞體腫脹，細(xì)胞死亡后細(xì)胞成分大量釋放并激活機(jī)體免疫系統(tǒng)，并誘發(fā)炎癥反應(yīng)。此過程中細(xì)胞核完整并累積于細(xì)胞內(nèi)部，無染色體的凝集[6]。

2 程序性壞死的發(fā)生機(jī)制

研究顯示[7]，腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)首先誘導(dǎo)程序性壞死的發(fā)生，其死亡通路需要RIP1和RIP3的參與，而且此過程與混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL)的磷酸化關(guān)系緊密而并不需要胱天蛋白酶(caspase)的參與。利用敲除caspase功能的細(xì)胞，給予一定的刺激，最終得到結(jié)果：細(xì)胞內(nèi)TNF-α能夠與腫瘤壞死因子受體1(TNF-α receptor，TNFR 1)聯(lián)合并與RIP1等信號分子匯合成復(fù)合體Ⅰ(complexⅠ)[4]，復(fù)合體Ⅰ在轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞后TNFR 1被Fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白(Fas-associated protein with death domain，F(xiàn)ADD)取代形成復(fù)合體Ⅱb[8]。此過程區(qū)別于caspase參與的細(xì)胞凋亡，細(xì)胞死亡通路中傳遞的是程序性壞死信號，最終引起細(xì)胞發(fā)生具有程序性壞死特征的細(xì)胞死亡方式而非細(xì)胞凋亡。

在目前的研究中，RIP1和RIP3被公認(rèn)為是程序性壞死信號通路中極為重要的成分，RIP1與RIP3構(gòu)成復(fù)合物及其磷酸化形成復(fù)合體是程序性壞死區(qū)別于其他細(xì)胞死亡方式的標(biāo)志[9-10]。有研究證明[9],在誘發(fā)程序性壞死的過程中RIP3較RIP1更重要。但也有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[11]，在FADD缺失但發(fā)生程序性壞死的T細(xì)胞中只發(fā)現(xiàn)RIP1活化現(xiàn)象,表明RIP1也可單獨(dú)完成程序性壞死的誘導(dǎo)。而在小鼠巨細(xì)胞中，毒素只在RIP3激活狀態(tài)下才能誘導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死，這表明RIP3也可獨(dú)立啟動程序性壞死。

王曉東研究組[12]發(fā)現(xiàn),RIP3的特異性底物MLKL是一種假性酶類蛋白，它是RIP3介導(dǎo)信號通路中的重要蛋白，并在與RIP1和RIP3聯(lián)合形成“壞死體(necrosome)”的過程中作用顯著。MLKL被RIP3激活后發(fā)生磷酸化后,由單體轉(zhuǎn)化為多聚體并結(jié)合某些磷脂物質(zhì)由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞器膜和細(xì)胞膜上，并在膜結(jié)構(gòu)中形成通透性孔道使得膜完整性被破壞使細(xì)胞死亡。在RIP3引導(dǎo)的信號通路中，RIP3也可發(fā)生與線粒體內(nèi)的有關(guān)酶類結(jié)合產(chǎn)生大量活性氧破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能,進(jìn)而引起細(xì)胞發(fā)生程序性壞死[13-14]。另有研究證明[15]，RIP1與MLKL相結(jié)合形成信號復(fù)合物的過程也同樣是程序性壞死過程中的重要通路。韓家淮教授課題組[16]研究發(fā)現(xiàn),活性氧在RIP1引導(dǎo)的信號通路中發(fā)揮著特異性的增強(qiáng)作用，并找到了活性氧作用的特異性激活靶點(diǎn)。

3 腫瘤細(xì)胞程序性壞死

3.1 腫瘤程序性壞死的研究進(jìn)程

傳統(tǒng)研究中，細(xì)胞壞死被認(rèn)為是由于外界因素刺激下發(fā)生的沒有程序調(diào)控且被動的死亡方式,因此沒有引起研究人員的重視[4]。然而在1988年，有研究[17]將TNF-α作用于多種不同類型的細(xì)胞，并給予適合當(dāng)刺激后發(fā)現(xiàn),細(xì)胞出現(xiàn)一種不同于凋亡的新型細(xì)胞死亡方式，細(xì)胞形態(tài)學(xué)表現(xiàn)為細(xì)胞核完整、細(xì)胞發(fā)生脹大。這引起了當(dāng)時研究人員的注意并成為了研究細(xì)胞死亡的新思路。在2005年，袁鈞英教授[18]于美國哈佛大學(xué)提出necroptosis一詞，即細(xì)胞程序性壞死。也可用“regulated necrosis”或者“programmed necrosis”表述。他的實(shí)驗(yàn)組將一類可抑制RIP1有關(guān)激酶活性的小分子化合物作用于癌癥細(xì)胞，得出研究結(jié)果是細(xì)胞并未發(fā)生壞死[19-20]。此結(jié)果闡釋人為抑制了RIP1的相關(guān)激酶活性后，細(xì)胞壞死因此被阻斷，進(jìn)而明確了細(xì)胞壞死能夠被人為調(diào)控。于新芳[21]的研究將天然產(chǎn)物Neoalbaconol作用于C666-1、HK-1等多種細(xì)胞系后,從TNF-α的自分泌和線粒體功能失控探究細(xì)胞程序性壞死發(fā)生的分子機(jī)制。關(guān)于程序性壞死的研究已經(jīng)成為了當(dāng)今生物學(xué)研究活躍的研究領(lǐng)域，并對當(dāng)今生命科學(xué)研究和疾病的臨床治療方法的探究產(chǎn)生革命性的影響。

3.2 腫瘤細(xì)胞程序性壞死的實(shí)驗(yàn)研究

細(xì)胞的程序性壞死參與機(jī)體內(nèi)免疫激活、動脈粥樣硬化、缺血性壞死等多種生理和病理反應(yīng)。研究的范圍擴(kuò)展至基因水平，最終發(fā)現(xiàn)程序性壞死與腫瘤的發(fā)生在基因上有著密切的聯(lián)系。腫瘤細(xì)胞內(nèi)存在缺乏誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的能力的RIP3β和RIP3γ[21]。有研究證明[22]：在結(jié)腸癌和肺癌細(xì)胞中RIP3γ明顯增多，這可能是腫瘤發(fā)生的原因之一。另有實(shí)驗(yàn)研究顯示[23]，RIP3存在能夠抑制caspase-8的活性，引發(fā)肝細(xì)胞程序性壞死的發(fā)生，抑制肝內(nèi)腫瘤的生長。在慢性淋巴細(xì)胞白血病中檢測RIP3表達(dá)顯著下降[24]。胰腺癌病人預(yù)后不良與MLKL的低表達(dá)降低了腫瘤細(xì)胞程序性壞死的表達(dá)能力有關(guān)[25]。這些實(shí)驗(yàn)為研究細(xì)胞程序性壞死通路并將為研究腫瘤治療策略提供了依據(jù)。

3.3 與誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞程序性壞死有關(guān)的藥物研究

眾所周知，抗腫瘤藥物終極目的均是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡達(dá)到其抗腫瘤目的。大多數(shù)腫瘤會因化療時間不斷延長而抵抗藥物引發(fā)的細(xì)胞凋亡，無法達(dá)到預(yù)期治療效果。隨著研究的逐步深入人們逐漸認(rèn)識到，通過藥物作用誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生程序性壞死是跨越凋亡耐受、逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的新途徑[21,26]。

程序性壞死誘導(dǎo)劑已經(jīng)在腫瘤治療領(lǐng)域成為了一種作用顯著的手段。有研究報道[27]，在caspase-8缺少的惡性T細(xì)胞中，其主要細(xì)胞死亡途徑是細(xì)胞程序性壞死，腦惡性膠質(zhì)瘤(glioblastoma，GBM)細(xì)胞也可被人為利用藥物誘導(dǎo)發(fā)生程序性壞死。因此利用某種藥物或物理方法進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生程序性壞死,可作為防治T細(xì)胞淋巴瘤及治療耐藥性GBM的重要方法[11]。在具有耐藥性的腎細(xì)胞癌中，蛋白酶體抑制劑bortezomib增加細(xì)胞對γ干擾素(interferon γ，IFN-γ)誘導(dǎo)的程序性壞死的敏感能力，聯(lián)合bortezomib和IFN-γ為轉(zhuǎn)移性耐藥腎細(xì)胞癌的治療提供新的研究思路[16]。偶聯(lián)碳二亞胺鹽酸鹽的赫塞汀通過誘發(fā)乳腺癌細(xì)胞程序性壞死克服耐藥性[28]。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)鞘氨醇類似物FTY720可以靶向作用于蛋白磷酸酶2A的抑制劑，然后活化腫瘤抑制因子引發(fā)癌癥細(xì)胞的程序性壞死[29]。

據(jù)文獻(xiàn)報道，一些來源天然化合物如紫草素、和厚樸酚、槲皮素等能夠作用于程序性壞死,誘發(fā)信號通路并誘發(fā)凋亡抵抗細(xì)胞發(fā)生程序性壞死[21,26]。有實(shí)驗(yàn)組[21]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),來源于高等真菌的天然產(chǎn)物Neoalbaconol作用于人鼻咽癌細(xì)胞后,可通過某種途徑誘發(fā)其發(fā)生程序性壞死。

紫草素是一種天然化合物，有實(shí)驗(yàn)顯示其能夠使惡性上皮細(xì)胞MCF-7、HEK293發(fā)生可被程序性壞死特異性抑制劑necrostatin-1抑制的死亡過程，并且抑制率接近100%，這表示細(xì)胞發(fā)生了程序性壞死[14]。XUAN等[30]發(fā)現(xiàn)，紫草素可成功誘導(dǎo)P糖蛋白、多藥耐藥相關(guān)蛋白和乳腺癌耐藥蛋白等抗凋亡蛋白高度表達(dá)的惡性上皮MCF-7、HEK293細(xì)胞,以及白血病HL-60細(xì)胞發(fā)生程序性壞死。

有研究表明[31]，麥冬皂苷D′可以使前列腺癌PC-3細(xì)胞發(fā)生不依賴caspase、且能被necrostatin-1所抑制的死亡方式。麥冬皂苷D′可使p-MLKL四聚體表達(dá)增加，使Cleaved-RIP1的表達(dá)降低,RIP1的表達(dá)升高，且呈明顯的時間依賴性。形態(tài)學(xué)觀察，經(jīng)過麥冬皂苷D′誘導(dǎo)后的PC3細(xì)胞發(fā)生了細(xì)胞腫脹、細(xì)胞核變形腫大等壞死細(xì)胞特征,最終得出結(jié)果，麥冬皂苷D′極有可能是通過激活RIP1/MLKL通路使細(xì)胞發(fā)生了程序性壞死,進(jìn)而降低前列腺癌細(xì)胞PC-3的生長率。

蜂毒肽具有極強(qiáng)的抗腫瘤功能，己有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，蜂毒肽對腎癌細(xì)胞、骨肉瘤細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞等腫瘤細(xì)胞的生長有明顯的抑制作用。2012年P(guān)ARK等將的腎癌細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)對象，證實(shí)了蜂毒肽可通過影響AP-1和核因子kB的轉(zhuǎn)錄活性，來抑制基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)，進(jìn)而阻止腫瘤細(xì)胞的生長作用[32]。王明等[33]研究表明，高濃度的蜂毒肽能夠利用某些途徑對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行殺傷作用。有研究人員進(jìn)行了蜂毒肽誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞7721程序性壞死的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并證明了蜂毒肽對腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)程序性壞死的作用。

4 展 望

程序性壞死是一種受信號分子調(diào)控的、具備獨(dú)特信號通路且有序的細(xì)胞壞死。如今對細(xì)胞程序性壞死研究領(lǐng)域從形態(tài)學(xué)擴(kuò)展至基因水平，發(fā)現(xiàn)了其與腫瘤具有相關(guān)性。目前通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞程序性壞死進(jìn)而克服腫瘤細(xì)胞的凋亡抵抗作用,成為腫瘤預(yù)防和治療的一種新型策略，這將是此后在程序性壞死研究領(lǐng)域上的一大熱點(diǎn)。

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