細(xì)胞死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

石曉花， 莽 靖綜述， 徐忠信審校

死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體(DISC)是一種多蛋白復(fù)合物，通過(guò)死亡配體與細(xì)胞膜表面特定的一種跨膜蛋白-死亡受體的結(jié)合啟動(dòng)，募集含有死亡結(jié)構(gòu)域(DD)、死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域(DED)的蛋白質(zhì)，激活外源性細(xì)胞凋亡[1]。本文對(duì)DISC的成分及在神經(jīng)系統(tǒng)不同疾病中的作用和機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 DISC概述

DISC由死亡配體與死亡受體結(jié)合募集而成。死亡受體(DRs)是腫瘤壞死因子受體超家族的一個(gè)子集，DRs含有一個(gè)獨(dú)特的蛋白序列：死亡結(jié)構(gòu)域(DD)[2]。DRs包括：FAS(CD95/Apo-1)、腫瘤壞死因子受體-1(TNFR1/CD120a)、TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體受體-1和-2(TRAIL-R1/2；DR4/5)等[3]。

Fas介導(dǎo)的DISC成分包括Fas、FADD、procaspase-8；TNFR1介導(dǎo)的DISC成分包括：TNFR1、TRADD、受體相互作用蛋白激酶1(RIPK1)、FADD(復(fù)合體 II a)或不含有TRADD的復(fù)合體IIb[4]；TRAIL受體(DR5)介導(dǎo)的DISC成分包括DR5、FADD、procaspase-8或DR5、FADD、procaspase-8、RIP、c-FLIP和PED/PEA-15，其中前者可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡，而后者因阻止caspase-8被切割并激活NF-κB通路[5]。雖然各種死亡受體產(chǎn)生的DISC成分不盡相似，但是其中都含有對(duì)DISC組成及其重要的DD/DED結(jié)構(gòu)域。如Fas是一種跨膜死亡受體，它的細(xì)胞外部分可以與FasL特異性結(jié)合，其胞質(zhì)內(nèi)部分則有一段死亡結(jié)構(gòu)域(DD)；FADD是一種銜接蛋白，有一段DD區(qū)域和一段死亡效應(yīng)域(DED)；procaspase-8是無(wú)活性的caspase-8前體，包括有兩段DED[6]。

出現(xiàn)缺血缺氧等刺激時(shí)，細(xì)胞外FasL與Fas結(jié)合，位于胞質(zhì)內(nèi)的Fas受體上的死亡結(jié)構(gòu)域(DD)發(fā)生聚合，進(jìn)而募集Fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白(FADD)、FADD/caspase-8樣凋亡調(diào)節(jié)蛋白(FLIP)等相關(guān)蛋白；含有DED的FADD通過(guò)同型DD與死亡受體聚合DD相互作用；procaspase-8或/和FLIP的死亡效應(yīng)結(jié)構(gòu)域(DED)與FADD的DED相互作用，進(jìn)而形成了DISC[7]。

2 DISC與細(xì)胞死亡模式

細(xì)胞死亡是維持多細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要組成部分，包括移除受損的、感染的、退化的細(xì)胞。Caspase-8 切割是死亡配體-受體特異性結(jié)合誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的上游事件。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)caspase-8被抑制時(shí)，DISC介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡模式會(huì)被抑制，出現(xiàn)程序性壞死的死亡模式。

2.1 DISC與細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征是細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)皺縮、染色質(zhì)濃縮、核破碎、凋亡小體形成，完整的凋亡細(xì)胞及凋亡小體會(huì)被周?chē)哂型淌晒δ艿募?xì)胞識(shí)別并吞噬[8]。

細(xì)胞凋亡分為內(nèi)源性凋亡、外源性凋亡。其中外源性細(xì)胞凋亡依賴(lài)于DISC的形成(如上所述)，形成DISC時(shí)procaspase-8發(fā)生自裂解，caspase-8進(jìn)一步激活casepase-3，啟動(dòng)外源性細(xì)胞凋亡[9]。因?yàn)镕LIP的DED與procaspase-8的DED高度同源，進(jìn)而可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合FADD或procaspase-8的DED區(qū)域而阻止FADD與procaspase-8的組合，抑制caspase-8的活化，進(jìn)而產(chǎn)生抗凋亡作用[10]。

兩種不同的Fas凋亡信號(hào)通路可與不同的細(xì)胞類(lèi)型相對(duì)應(yīng)[11]。I型細(xì)胞主要依靠快速且有效的形成DISC，在胞質(zhì)中激活大量的caspase-8，進(jìn)一步直接激活caspase-3，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。I型細(xì)胞產(chǎn)生的凋亡通路是不依賴(lài)于線粒體激活的平行于線粒體凋亡途徑的一類(lèi)，因?yàn)闆](méi)有激活線粒體，所以Bcl-2、Bcl-xl等抗凋亡因子并不會(huì)對(duì)這一通路產(chǎn)生抑制作用。II型細(xì)胞則沒(méi)有形成足夠的DISC，所以?xún)H激活少量的caspase-8，少量激活的caspase-8不足以激活caspase-3，足以切割Bid，使其分割為促凋亡蛋白tBid，tBid與其他Bcl-2家族的促凋亡蛋白：BAX、BAK、BIM、BAD等協(xié)同相互作用激活線粒體細(xì)胞凋亡，線粒體通透性被破壞，細(xì)胞色素C及其他凋亡因子釋放，細(xì)胞色素C與凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)結(jié)合形成凋亡小體，激活procaspase-9，進(jìn)一步激活caspase-3，引發(fā)細(xì)胞核DNA降解，推動(dòng)凋亡進(jìn)程[12]?？梢园l(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡的內(nèi)源性及外源性途徑并不是單向進(jìn)行的，二者之間存在著串?dāng)_關(guān)系。

2.2 DISC與程序性壞死 壞死細(xì)胞是具有腫脹細(xì)胞器的腫脹細(xì)胞，這些細(xì)胞器隨后爆裂以將其內(nèi)容物釋放到細(xì)胞外空間。壞死細(xì)胞破裂并釋放出細(xì)胞內(nèi)容物進(jìn)而引發(fā)炎癥反應(yīng)，壞死不僅代表不可逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)元的丟失，還可能發(fā)生潛在破壞性的神經(jīng)炎性啟動(dòng)與增強(qiáng)[8]。最初認(rèn)為凋亡是可調(diào)控的、是程序性的，而壞死則是偶然的、不可調(diào)控的。但最近的研究發(fā)現(xiàn)，分子調(diào)控機(jī)制并非凋亡細(xì)胞所獨(dú)有，在某些壞死細(xì)胞中也存在信號(hào)調(diào)控通路，這類(lèi)調(diào)節(jié)性壞死或程序性壞死稱(chēng)為程序性壞死[13]。

研究發(fā)現(xiàn)，DISC在誘導(dǎo)細(xì)胞死亡過(guò)程中具有雙重模式，一方面，可通過(guò)經(jīng)典的caspase途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這一途徑啟動(dòng)的關(guān)鍵是DISC中caspase-8的激活，繼而激活下游的經(jīng)典caspase依賴(lài)的凋亡；另一方面，也可以通過(guò)RIPK1/ RIPK3途徑誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生程序性壞死，而這一通路的關(guān)鍵是caspase-8途徑的失活[14]。

受體相互作用蛋白激酶1(RIPK1)是細(xì)胞應(yīng)激信號(hào)的整合子，含有N 端激酶結(jié)構(gòu)域、中間結(jié)構(gòu)域(ID)和 C 端 RHIM，以及死亡結(jié)構(gòu)域(DD)[15]。RIPK3 是 RIPK1 的同源激酶，具有相似的 N 端激酶結(jié)構(gòu)域和一個(gè)中間結(jié)構(gòu)域，如果過(guò)度表達(dá)，則可促進(jìn) TNF 誘導(dǎo)的 NF-κB活化[16]。混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白(MLKL)是一種假激酶，被視為壞死性凋亡的主要效應(yīng)物，MLKL具有N 端四螺旋束結(jié)構(gòu)域，直接或間接導(dǎo)致膜孔形成，但其 C 端假激酶結(jié)構(gòu)域保持無(wú)活性[17]。當(dāng)RIPK1酶活性被激活時(shí)，RIPK1、RIPK3結(jié)合形成“壞死體”并隨后磷酸化MLKL，最后MLKL易位至細(xì)胞膜并誘導(dǎo)細(xì)胞膜破裂和程序性壞死[18]。RIPK3對(duì)MLKL的磷酸化被認(rèn)為是程序性壞死誘導(dǎo)的標(biāo)志物[19]。

3 DISC與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

3.1 DISC與神經(jīng)退行性疾病

3.1.1 帕金森病 帕金森病(PD)是由中腦黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元的損失引起[20]。人體尸檢研究表明，PD中的多巴胺神經(jīng)元因細(xì)胞凋亡而死亡[21]。在 PD 患者中，這種 DA 神經(jīng)元的凋亡細(xì)胞死亡可能是由腫瘤壞死因子(TNF)受體通路介導(dǎo)的[22]。有研究表明，PD 患者紋狀體和腦脊液(CSF)中 TNF-α 的水平顯著增加，并且黑質(zhì)致密部(SNpc)中 TNFR1 水平增加[23]。TNF-α在結(jié)合后誘導(dǎo) TNFR1 三聚化。通過(guò)銜接蛋白 TNF 受體相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(TRADD)和 FAS 相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(FADD)，caspase-8 被激活，進(jìn)而激活caspase-3或Bid觸發(fā)細(xì)胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)caspase-8 是帕金森病多巴胺神經(jīng)元凋亡的效應(yīng)物，但是對(duì)caspase-8抑制時(shí)并沒(méi)有產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，反而引發(fā)了細(xì)胞凋亡到壞死的轉(zhuǎn)變[22]。外源性細(xì)胞凋亡途徑(Fas/FasL信號(hào)通路)的調(diào)節(jié)可以減少 PD 的 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)小鼠模型中的多巴胺神經(jīng)元損失[24]。富含亮氨酸重復(fù)激2(LRRK2)的顯性遺傳錯(cuò)義突變是 PD 最常見(jiàn)的遺傳原因，導(dǎo)致臨床和病理上與散發(fā)性 PD 無(wú)法區(qū)分的臨床綜合征。有研究證明 LRRK2 與死亡銜接蛋白 FADD 相互作用，并且這種相互作用可招募并激活 caspase-8 依賴(lài)性神經(jīng)元死亡[25]。

3.1.2 阿爾茨海默病 阿爾茨海默病(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，其特征是大腦中 β-淀粉樣蛋白(Aβ)水平升高[26]。死亡受體介導(dǎo)的途徑參與Aβ誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。有研究顯示腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)死亡受體 DR4 和 DR5 特異性介導(dǎo)寡聚阿爾茨海默病 A β通過(guò)激活 caspase-8 和 caspase-9 在人微血管腦內(nèi)皮細(xì)胞中誘導(dǎo)外在凋亡途徑[27]，且DR4 和 DR5 沉默可保護(hù) 內(nèi)皮細(xì)胞免受 Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。氟西汀可通過(guò)上調(diào)細(xì)胞 FLIP的表達(dá)并抑制 LPS 誘導(dǎo)的海馬源性神經(jīng)干細(xì)胞凋亡[28]。Huang等的研究[29]也發(fā)現(xiàn)，在 AD 小鼠模型的海馬中，可以觀察到神經(jīng)元凋亡，以及 Aβ產(chǎn)生的增加，氟西汀在阿爾茨海默病小鼠模型中激活 Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)和抑制 β-淀粉樣蛋白產(chǎn)生的作用，對(duì)神經(jīng)元突觸有保護(hù)作用。

3.1.3 多發(fā)性硬化 多發(fā)性硬化(MS)是少突膠質(zhì)細(xì)胞的喪失和脫髓鞘為特征的神經(jīng)退行性疾病[30]。TNFα是一種與 MS 相關(guān)的促炎細(xì)胞因子，可激活壞死性細(xì)胞凋亡[31]，在28例繼發(fā)性進(jìn)展性 MS患者和10例非神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)照的死后大腦的皮質(zhì)灰質(zhì)組織塊研究中發(fā)現(xiàn)，TNF/TNF 受體 1 信號(hào)通路中包括關(guān)鍵蛋白質(zhì)TNFR1、FADD、RIPK1、RIPK3 和 MLKL的表達(dá)增加，而caspase-8 依賴(lài)性凋亡信號(hào)傳導(dǎo)減少。Reuss 等也發(fā)現(xiàn)在復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化癥中FADD上調(diào)[32]。

3.2 DISC與創(chuàng)傷性腦損傷 創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)導(dǎo)致急性或延遲性的進(jìn)行性細(xì)胞死亡，其細(xì)胞死亡也發(fā)現(xiàn)了半胱天冬酶的激活[33]。有研究發(fā)現(xiàn)在人腦發(fā)生TBI后 2～30 h手術(shù)切除的挫傷皮質(zhì)組織樣本中Fas 表達(dá)及 Fas-procaspase-8 相互作用是增加的，表明在人腦中的 TBI 也刺激了 Fas 通路，且Fas參與了DISC的形成；該研究也在小鼠TBI模型中發(fā)現(xiàn)Fas受體DISC的上調(diào)，F(xiàn)as-FADD-procaspase-8 DISC 在 TBI 后在小鼠和人腦中組裝[34]。腦挫傷導(dǎo)致腦外傷后易受細(xì)胞死亡影響的腦區(qū) cFLIP-α 和 cFLIP-δ 顯著減少[35]，cFLIP是DISC誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的抑制劑，該研究作者猜測(cè)cFLIP-δ或cFLIP-α表達(dá)減少可能是有利于 TBI 后的 DISC 組裝。

3.3 DISC與腦腫瘤 最常見(jiàn)的惡性腦腫瘤是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)具有誘導(dǎo)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞凋亡的能力。研究表明，大多數(shù)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對(duì) TRAIL 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有抗性。已有研究揭示膠質(zhì)母細(xì)胞腫瘤中 TRAIL 抗性的分子機(jī)制。TRAIL與其對(duì)應(yīng)的死亡受體(DR5)結(jié)合形成同源三聚體后募集FADD和caspase-8酶原形成DISC。DR5介導(dǎo)的DISC可分為兩類(lèi)：在脂筏中形成的由DR5、FADD和caspase-8組成的DISC用于TRAIL誘導(dǎo)凋亡；脂筏外形成的由DR5、FADD、caspase-8、RIP、c-FLIP和PED/PEA-15組成的DISC，可抑制caspase-8切割，激活NF-κB通路，產(chǎn)生凋亡抗性[5]。有研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞CD95來(lái)增加其浸潤(rùn)能力，所以抑制而不是誘導(dǎo)CD95/CD95L死亡系統(tǒng)可用于對(duì)多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療[36]。有研究表明在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型中，Caspase-8 可以促進(jìn)幾種細(xì)胞因子的 NF-κB 依賴(lài)性表達(dá)、血管生成以及體外和體內(nèi)腫瘤發(fā)生，caspase-8可作為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的新治療靶點(diǎn)[37]。

3.4 DISC與缺血性卒中 壞死性凋亡和細(xì)胞凋亡均與卒中相關(guān)的神經(jīng)損傷有關(guān)[38]。腦缺血可觸發(fā)兩種細(xì)胞凋亡途徑：因細(xì)胞色素C釋放進(jìn)而刺激caspase-3誘導(dǎo)的內(nèi)源性細(xì)胞凋亡；以及細(xì)胞表面死亡受體的激活(如Fas 信號(hào)傳導(dǎo))，導(dǎo)致 caspase-8活化導(dǎo)致的外源性細(xì)胞凋亡途徑。在缺氧缺血性損傷后的脆弱區(qū)域觀察到神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放TNF-α以及FasmRNA和蛋白質(zhì)水平上調(diào)[39]。TNF-α與TNFR1結(jié)合可激活TRADD，F(xiàn)as可募集FADD，隨后，這些含有DD結(jié)構(gòu)域與DED結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)與procaspase-8的DED結(jié)構(gòu)域相互作用，形成DISC并將procaspase-8切割，形成活化的caspase-8進(jìn)而激活下游的執(zhí)行劊子手caspase-3，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[40]。也有研究發(fā)現(xiàn)在大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)后的早期再灌，再灌注后 24 h內(nèi) TNF-α、FasL、Fas、TNFR1 和 TNFR2 的 mRNA 和蛋白質(zhì)表達(dá)顯著增加，直到再灌注后7 d，而Fas 和 TNFR2 蛋白表達(dá)的增加直到再灌注后 3 d仍保持升高，隨后下降[41]。研究發(fā)現(xiàn)，Poly(I：C)治療可以通過(guò)抑制腦 I/R損傷誘導(dǎo)的Fas和FasL及 caspase-8和caspase-3的活性減弱 I/R 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[42]。

研究發(fā)現(xiàn)在caspase-8被抑制的條件下，necrostatin-1(Nec-1)可以抑制Fas或TNFR1的下游RIPK1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡而不是細(xì)胞凋亡，進(jìn)而確定在缺血性腦損傷中存在程序性壞死[43]。通過(guò)激活RIPK1活性，募集RIPK3與MLKL并導(dǎo)致質(zhì)膜穿孔，細(xì)胞內(nèi)容物外漏的一種細(xì)胞死亡模式。有研究發(fā)現(xiàn)腦缺血性損傷在 Ser166 殘基處誘導(dǎo) RIPK1 磷酸化，并增加RIPK3和MLKL的表達(dá)且RIPK1的抑制劑Necrostatin-1可抑制RIPK1下游信號(hào)的激活，該研究還發(fā)現(xiàn)p-RIPK1(Ser166)可用作缺血性/外傷性腦損傷中壞死性凋亡的生物標(biāo)志物[44]。以往認(rèn)為程序性壞死是在外源性細(xì)胞凋亡被抑制時(shí)發(fā)生的[45]。而Naito等發(fā)現(xiàn)腦缺血/再灌注損傷會(huì)迅速激活壞死性凋亡以促進(jìn)腦出血和神經(jīng)炎癥，RIPK1 的激活依次促進(jìn)壞死性凋亡，然后以時(shí)間特異性方式促進(jìn)細(xì)胞凋亡[38]。

缺血性卒中涉及不同的細(xì)胞死亡途徑，聯(lián)合治療比單一治療更有望實(shí)現(xiàn)有效的神經(jīng)保護(hù)。有研究證實(shí)，使用細(xì)胞凋亡抑制劑HNG和程序性壞死抑制劑Nec-1的混合物，可同時(shí)作用于體內(nèi)和體外不同的細(xì)胞死亡途徑，產(chǎn)生協(xié)同保護(hù)作用[46]。

4 展 望

綜上所述，細(xì)胞凋亡及程序性死亡參與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理生理學(xué)機(jī)制，其中凋亡與程序性壞死兩條通路之間存在交叉點(diǎn)，而死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體(DISC)則是位于兩條通路共同的一個(gè)上游調(diào)控靶點(diǎn)。探索DISC與不同神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的調(diào)控關(guān)系，或許可為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供一個(gè)新方向。