程序性壞死與心血管疾病的研究進展

周 飛 李 松

(三峽大學 第一臨床醫(yī)學院[宜昌市中心人民醫(yī)院] 心血管內(nèi)科& 三峽大學 心血管疾病研究所， 湖北 宜昌 443003)

既往認為細胞壞死是一種被動、不可逆且不受調(diào)控的死亡形式，近年有學者報道了一種由細胞信號通路介導的細胞死亡，因其兼顧壞死的形態(tài)學特征和凋亡的程序性特點，遂將這種細胞死亡方式命名為程序性壞死(necroptosis)，此外還篩選出特異性抑制程序性壞死的化學小分子，即necrostatin-1(Nec-1)[1]。有研究表明，程序性壞死在缺血性損傷、神經(jīng)退行性疾病、惡性腫瘤、免疫性疾病和感染性疾病等多種疾病的病理生理過程中發(fā)揮重要的作用[2]。眾所周知，心肌細胞屬終末分化細胞，再生能力有限，許多損傷因素可引起心肌細胞壞死進而導致多種心臟疾病的發(fā)生。因此，深入闡明心肌細胞壞死的機制，尋找新的治療靶點并確定干預方法，從根本上降低心血管疾病的發(fā)病率和死亡率具有重要的理論和臨床意義。本文就程序性壞死的信號轉導通路及其與心血管疾病之間的關系做一綜述。

1 程序性壞死信號轉導

程序性壞死是非半胱天冬酶依賴的可調(diào)控性細胞壞死，調(diào)控方式主要由死亡受體和配基啟動、受體相互作用蛋白(receptor interacting proteins，RIPs)活化介導、線粒體蛋白磷酸酶(phosphoglycerate mutase 5，PGAM5)和混合系列蛋白激酶樣結構域(mixed lineage kinase domain-like，MLKL)調(diào)節(jié)而實現(xiàn)，調(diào)控過程可被Nec-1特異性抑制[3]。壞死的特征性表現(xiàn)為大量炎癥細胞浸潤和激活，并伴有自噬現(xiàn)象，可引起炎癥反應。故程序性壞死是一種具有程序性調(diào)控特點兼壞死形態(tài)學改變的死亡形式[4]。

RIPs家族屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶家族成員，是一類具有特殊功能的蛋白質(zhì)超家族，具有高度保守的絲/蘇氨酸激酶結構域。RIPs是調(diào)控細胞應激反應的主要信號分子，可決定細胞走向存活、壞死或凋亡等不同命運。RIPs包括RIP1和RIP3兩種蛋白。RIP1主要由3部分構成，即N端的絲/蘇氨酸激酶結構域(kinase domain，KD)部分、中段的RIP同源結合基序(RIP family homotypic interaction motifs，RHIM)部分及C端的死亡結構域(death domain，DD)部分；而RIP3僅由RHIM和KD兩部分構成，缺失DD部分[5]。當死亡受體與配體結合后，可招募相關蛋白包括TNF受體相關的死亡結構域(TNF receptor-associated death domain protein，TRADD)、RIP1和胞內(nèi)凋亡蛋白抑制因子1等聚集形成復合物I。復合物I中RIP1泛素化狀態(tài)是決定細胞壞死或存活的關鍵步驟，可影響其與下游分子的結合[6]。一旦RIP1泛素化，將激活NF-κB通路促進細胞生存；當RIP1去泛素化時，細胞則出現(xiàn)程序性壞死或凋亡。RIP1在去泛素化酶的作用下，可從復合物I中解離，釋放到胞漿招募半胱天冬酶-8、半胱天冬酶-3、TRADD和Fas死亡結構域相關蛋白形成復合物II，介導細胞凋亡或壞死[7]。半胱天冬酶-8是調(diào)控細胞程序性壞死或者凋亡的關鍵因子，若能量充足，復合物II中半胱天冬酶-8則被活化，形成復合物IIa，通過信號轉導激活凋亡通路，同時使RIP1和RIP3失活從而關閉程序性壞死通路。反之，若能量不足，半胱天冬酶-8功能受抑制，胞漿中RIP3與RIP1的RHM部分相結合，形成RIP1-RIP3壞死體，聚集在一起的RIP1和RIP3的KD部分相互磷酸化，啟動RIP3的活性，使信號進一步下傳[8]。Nec-1主要作用于RIP1的激酶活性部位，通過抑制RIP1-RIP3壞死體的形成從而抑制程序性壞死的發(fā)生[9]。

迄今，RIP1/RIP3下游信號轉導分子機制仍未完全闡明，MLKL和PGAM5是RIPs下游的兩個重要的調(diào)節(jié)分子。RIP3通過募集使MLKL的兩個位點T357、S358和PGAM5L磷酸化，在鈣離子和活性氧族的作用下，RIP1-RIP3-MLKL-PGAM5L與線粒體膜上的PGAM5S亞基結合，形成一個短暫動態(tài)的線粒體攻擊復合物III，復合物III激活線粒體分裂蛋白，導致線粒體發(fā)生線性斷裂而誘導細胞程序性壞死的發(fā)生[10]。

程序性壞死在多種心血管疾病的病理生理過程中發(fā)揮重要作用，尤其在一些急危重癥中，如急性心肌梗死、急性心力衰竭等。上述疾病往往導致機體的三磷酸腺苷不足，進而難以維持半胱天冬酶的功能，導致凋亡通路受阻，出現(xiàn)程序性壞死[11]。Nec-1因其藥理作用能特異性抑制程序性壞死的發(fā)生，不僅是研究程序性壞死的重要手段，也有望成為新的藥物靶點。

2 程序性壞死與心血管疾病的關系

2.1 程序性壞死與冠狀動脈粥樣硬化

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是最常見的心血管疾病之一，其病理生理基礎為動脈粥樣硬化斑塊形成，隨著斑塊進展最終出現(xiàn)管腔狹窄進而導致心肌缺血性改變[12]。動脈粥樣斑塊進展與否和內(nèi)皮細胞炎癥狀態(tài)密切相關。程序性壞死一旦發(fā)生，將釋放大量炎性因子和趨化因子，誘發(fā)劇烈炎癥反應導致內(nèi)皮細胞功能紊亂，促使動脈粥樣硬化斑塊的形成[13]。在動脈粥樣硬化小鼠模型中，Nec-1能抑制RIP1和RIP3復合物的形成進而阻斷程序性壞死發(fā)生，抑制炎癥反應，從而改善內(nèi)皮細胞功能并減少動脈粥樣硬化斑塊的形成[14]。Meng等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在RIP3基因敲除的動脈粥樣硬化小鼠模型中，白介素-6、白介素-1β等多種炎癥因子水平顯著下降，動脈粥樣硬化斑塊面積減少。上述研究提示，程序性壞死在動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

2.2 程序性壞死與心力衰竭

心力衰竭表現(xiàn)為心臟泵血無法滿足機體需求而引起全身多臟器受累的臨床綜合征，是所有心臟疾病的終末階段。心肌細胞幾乎無修復、再生和增殖能力，心肌細胞進行性壞死及心臟收縮、舒張功能障礙是心力衰竭的重要特征[16]。傳統(tǒng)觀念認為，心肌細胞丟失的主要途徑是凋亡和不可調(diào)控的壞死。研究表明，程序性壞死在心力衰竭的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[17]。Oerlemans等[18]研究表明，Nec-1通過抑制RIP1的表達減少心肌細胞丟失，從而改善心肌重構和心臟功能。另有研究表明[19]，缺血或氧化應激可通過RIP3激活鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶II(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II，CaMKII)，加速心肌細胞丟失；CaMKII的抑制劑KN-93可通過減少程序性壞死而保護心臟功能。因此，選擇性阻斷RIP1或RIP3可抑制程序性壞死的發(fā)生，從而減少心肌細胞丟失，改善心功能。

2.3 程序性壞死與心肌梗死

心肌細胞在ATP充足時發(fā)生凋亡，反之則出現(xiàn)程序性壞死。在急性心肌梗死發(fā)生時，心肌細胞內(nèi)大量ATP被迅速消耗，導致大量心肌細胞壞死，盡管再灌注治療能挽救部分心肌，但缺血再灌注損傷仍無法完全避免心肌細胞壞死[20]。程序性壞死的發(fā)生和調(diào)控與急性心肌梗死的改善及預后密切相關。大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，程序性壞死占心肌細胞壞死的一半以上，表明程序性壞死在調(diào)控心肌細胞壞死過程中尤為重要[13]。Günther等[7]研究表明，在Cyp-D基因敲除的心肌缺血再灌注損傷小鼠模型中，Nec-1通過抑制RIP1-RIP3復合物形成，可縮小心肌梗死面積，減輕心肌纖維化，并改善左室收縮和舒張功能，發(fā)揮心肌保護作用。Fang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在離體大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，腹腔注射Nec-1可通過阻斷RIP1減少梗死區(qū)面積，Nec-1的保護作用在給藥30 min即開始發(fā)揮，其機制可能是減少線粒體功能紊亂并抑制氧自由基形成。以上結果表明，程序性壞死在急性心肌梗死的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，Nec-1可抑制程序性壞死的發(fā)生對心肌細胞發(fā)揮明顯的保護作用。

有研究表明，在大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，上調(diào)RIP3可明顯加重程序性壞死，導致心肌缺血和氧化應激加重，最終導致心肌重構和心衰發(fā)生。其機制可能是通過激活RIP3底物CaMKⅡ，促使Thr287磷酸化和Met281/282氧化，通過線粒體轉化孔開放導致胞內(nèi)鈣離子濃度增加而促使心肌細胞壞死。基因敲除RIP3或使用CaMKⅡ的抑制劑KN-93不僅能減少心肌細胞壞死，還能抑制心室重構并改善心臟功能，提高生存率[19]。Sun等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在高糖誘導的急性心肌梗死模型中，蛋白磷酸酶抑制劑可通過抑制RIP3-CaMKⅡ介導的氧化應激減輕程序性壞死，保護心肌細胞。因此，RIP3-CaMKⅡ途徑可能是治療心肌梗死、改善心肌重構和心力衰竭的新思路。

2.4 程序性壞死與病毒性心肌炎

急性重癥病毒性心肌炎是反復病毒感染導致的心肌組織持續(xù)損害并伴隨免疫炎癥反應，主要表現(xiàn)為一系列分子生物學效應的發(fā)生，包括受損心肌細胞變性壞死、炎性細胞浸潤、心肌及心肌間質(zhì)細胞纖維化等，最終導致心室重構和血流動力學改變，出現(xiàn)心力衰竭而無法逆轉[23]。Zhou等[24]研究表明，程序性壞死是病毒性心肌炎心肌細胞死亡的主要方式，這也說明急性重癥病毒性心肌炎心肌細胞壞死是程序性、可調(diào)控的過程，且Nec-1對CVB3病毒介導的急性重癥病毒性心肌炎具有明顯的改善作用。提示抑制程序性壞死可能對急性重癥病毒性心肌炎的治療具有重要臨床意義。

3 展望

綜上所述，程序性壞死在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。隨著研究深入，我們相信以程序性壞死為靶點來治療心血管疾病將成為可能。但心肌細胞死亡的信號傳導通路錯綜復雜，尋求高特異性、低毒副作用及適合臨床應用的藥物靶點將成為研究程序性壞死的重點和難點。