壞死性凋亡調節機制及其分子靶向藥物相關研究進展

陳俞樂

壞死性凋亡調節機制及其分子靶向藥物相關研究進展

陳俞樂

壞死性凋亡；調節機制；細胞死亡；靶向藥物

壞死性凋亡是一種不依賴于cappase激活的細胞程序性死亡過程，在腫瘤、神經系統退行性病變、缺血性損傷以及病毒感染的發生、發展、治療以及預后中起著重要的作用。壞死性凋亡的誘導過程中最重要的一部分為caspase-8激酶的抑制以及RIP1與RIP3形成ComplexⅡb，然后由necrosome向下游傳達信號最終執行壞死性凋亡程序。壞死性凋亡的特異性阻斷劑Nec-1正是通過阻斷RIP1和RIP3的磷酸化，阻止ComplexⅡb的合成，進而阻斷壞死性凋亡信號通路的。

1 壞死性凋亡與凋亡

1.1 壞死性凋亡的概念長時間以來，人們一直以為細胞的程序性死亡就是指代細胞凋亡，并一直認為細胞凋亡的激活由半胱氨酸蛋白酶家族（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspases）調控。但隨著人們對細胞凋亡信號通路的研究越來越深入，人們發現當抑制Caspases后，細胞的程序性死亡并不能得到完全的抑制。并且這種未能被抑制的細胞死亡后的表現形式與凋亡有較大的差異性，一部分的表現具有相當的壞死樣形態學特征。這就說明在細胞的程序性死亡過程中，Caspases的激活并不是唯一能誘導細胞程序性死亡的方式，很有可能存在其他的通路也能引起細胞的程序性死亡。在2005年，Degterev等[1]就報道了一種未被提出過的細胞死亡方式并命名為壞死性凋亡（necroptosis）。他們將其定義為：一種細胞死亡后的形態學特征與壞死相近，但其啟動方式為非caspase依賴的具有可調控性的程序性細胞死亡。即在抑制caspase的條件下，配體與相應的死亡受體結合后可啟動壞死性凋亡。

1.2 壞死性凋亡與壞死、凋亡的區別細胞的死亡是一個復雜的過程，人們依據其過程是否可被調控將細胞死亡方式分為兩大類：凋亡及壞死。不論是可調控的程序性凋亡還是外力作用下不可控的被動壞死，其發生均需要激活、表達一系列特定的分子來進行調控。而近年來提出的壞死性凋亡是一種新的細胞死亡方式，它的發現加深了人們對細胞死亡過程的認識。

壞死是由于外力導致的物理性創傷致使細胞內環境滲透壓的平衡的改變，導致細胞發生不可逆轉的死亡。在這種方式下死亡細胞的表現有：細胞膜完整性消失，滲透壓改變致使細胞膜腫脹破裂，線粒體功能發生改變等。除了細胞本身的變化外，周圍組織產生炎癥反應也是細胞壞死常伴隨的現象，因為存在細胞膜破裂后，胞內成分迅速、大量漏出的情況。

凋亡是細胞的一種自我殺傷現象，當細胞遇到外界刺激后，這些無法再完成其本身作用或受到損害的細胞會在基因調控下，由caspase誘導啟動程序性的細胞自我毀滅。當細胞發生凋亡時，主要表現為DNA的溶解斷裂、染色質聚集，繼而細胞核裂解、細胞膜內陷形成凋亡小體，從而避免了因胞內成分外漏而導致的炎癥反應。細胞凋亡主要包括兩條信號通路，分別為：由細胞膜上的死亡受體DR（deathreceptor）介導的外源性通路和由線粒體釋放細胞色素C啟動的內源性通路。caspase的活化及其級聯反應在這兩條通路的激活中都是必不可少的[2-3]。

壞死性凋亡也是一種由程序性控制的細胞死亡方式，但與凋亡不同的是，被人們所熟知的導致細胞凋亡的重要調節因子caspase并不能誘導壞死性凋亡的啟動[4]。除此之外，壞死性凋亡還有著一些所獨有的表現[5]：壞死性凋亡的細胞呈現壞死樣形態學特點，細胞膜失去完整性，下游應答多表現為自噬，細胞內活性氧升高不是細胞死亡的關鍵因素，通過小分子Nec-1可以特異性的抑制壞死性凋亡的發生。

1.3 壞死性凋亡與凋亡的聯系壞死性凋亡和凋亡雖然誘導起發生的相關信號通路有所區分，細胞死亡后的形態表現也不盡相同，但兩者之間在一定程度上仍然有所聯系。上世紀90年代起的多項實驗結果均展示出了這一點。具體表現有當人為的將誘導凋亡的信號通路進行抑制后，這些死亡受體仍能誘導細胞死亡，但最終的表現為壞死性凋亡而非凋亡，如對于由TNF-α、FasL引起凋亡的細胞，使用caspase抑制劑或將caspase-8敲除后，兩者將誘導細胞的壞死，而不再引起凋亡。而2009年由Han等[5]完成的一項實驗則表明，在Nec-1的作用下，紫草素誘導細胞產生壞死性凋亡的作用將被抑制，但此時細胞轉而啟動凋亡進行自我毀滅。近年來的各項研究均提示我們，壞死性凋亡和凋亡的信號通路有著重合的部分，有很大可能互相關聯并通過特定的抑制劑來進行兩者間的轉化。

2 壞死性凋亡調節機制

細胞的程序性死亡是一個主動、復雜和動態的過程，其中涉及到一系列特定因子及受體的表達、激活和調控。隨著壞死性凋亡概念的提出以及相關技術的提高，有關壞死性凋亡機制的研究逐年增多。就當前的研究來看，有兩條信號通路被了解得相對透徹，分別為TNFα（tumor necrosis factor）及TNF-R1（tumor necrosis factorreceptor 1）相關信號通路以及TRAIL（necrosisfactorligandsuperfamilymember 10）及Fas L（tumornecrosis factor ligand superfamily m-ember 6）相關信號通路。

2.1 TNF-α及TNF-R1相關信號通路腫瘤壞死因子α（TNF-α）及腫瘤壞死因子受體1（TNF-R1）相關信號通路的誘導主要過程為[6－11]：TNF-α與TNFR1相結合，誘導自身及下游TRADD（TNFαreceptorassociated death domain protein）和RIP1（receptorinteracting protein kinase 1）激酶以及其他分子聚集形成膜相關復合物Ⅰ（Complex I）。隨后ComplexⅠ通過內吞將TRADD及RIP1從自身分離出去，同時與FADD（fas-associated death domainprotein），caspase-8及RIP3（receptor-interactingprotein kinase 3）激酶結合，形成ComplexⅡa。在ComplexⅡa內，如caspase-8活化，則切割破壞RIP1及RIP3，在關閉necroptosis通路的同時激活外源性凋亡通路，最終導致細胞凋亡。如果此時我們對caspase-8的活性進行抑制，使之功能出現障礙，則它不能完全清除RIP1以及RIP3。此時RIP1和RIP3通過磷酸化形成ComplexⅡb（亦稱necrosome），構型發生變化，結合更加緊密。而后ComplexⅡb將信號向下游傳遞，最終誘導壞死性凋亡的發生。因此，的激活與否及RIP1和RIP3之間的相互作用可以稱為是最終激活凋亡或壞死性凋亡的“切換開關”。壞死性凋亡的特異性阻斷劑Nec-1正是通過阻斷RIP1和RIP3的磷酸化，阻止ComplexⅡb的合成，進而阻斷壞死性凋亡信號通路的[6，9]。

2.2 TRAIL及Fas L介導的信號通路TRAIL及F-as L相關信號通路中ComplexⅠ的組成部分與TNFα及TNF-R1相關信號通路有區別，相比之下增加了Fas L、TRAIL、TRAF2（tumor necrosis factor recepto-rassociated factor 2）及FADD。其中TRAIL和Fas L受體因為缺少DD部分所以需要通過FADD輔助從而與TNF-R1相結合[12-13]。所以，在TRAIL及Fas L介導的信號通路中FADD是必不可少的一部分[7]。隨后形成組成與TNFα及TNF-R1相關信號通路相似的ComplexⅡ進一步向下游傳導信號。除此之外precaspase-8以及cFLIP（cellular FLICE-inhibitoryprotein）可通過FADD與Complex域a結合，根據兩者競爭性結合的結果，細胞將呈現出凋亡及壞死性凋亡兩種程序性死亡方式。

3 作為新型靶向藥物可行性研究

3.1 可作為新型靶向藥物的理由近年研究發現，壞死性凋亡與惡性腫瘤的發生、發展、治療及預后有著密切的聯系。另外與其他具有壞死表型的疾病如神經系統退行性病變、缺血性損傷以及病毒感染等也有著一定的聯系。另外，許多針對壞死性凋亡調節機制所做的研究結果均顯示：壞死性凋亡也是一種可通過一系列因子的活性化及高表達來進行調控的細胞程序性死亡，其中RIP1、RIP3及caspase家族的作用最為明顯。目前有不少研究證明，caspase家族活性是否被抑制及RIP1和RIP3之間的相互作用是最終激活凋亡或壞死性凋亡的重要原因。

3.2 現有的理論、實驗成果近幾年研究發現，許多化合物質以及抗癌藥物能夠從各種途徑引發腫瘤細胞產生壞死性凋亡，從而殺傷腫瘤細胞，其中也包括一些天然藥物。其中最早報道由小分子復合物誘導的壞死性凋亡可規避腫瘤多藥耐藥性的是胡訊等關于壞死性凋亡誘導劑——紫草素的研究[14]。在他們的研究中，紫草素及其類似物所誘導發生的壞死性凋亡對于躲避腫瘤耐藥性具有普遍性，其表現在能夠有效避免MRP1、BCRP1及P-gp等多種藥泵造成的多藥耐藥。另外有研究發現MCF-7、HEK 293這類抗凋亡誘導劑蛋白高表達的細胞株對紫草素的壞死性凋亡作用仍然敏感。這表明，紫草素可以躲避腫瘤細胞對凋亡所產生的抵抗性，通過necroptosis途徑而發揮殺傷細胞作用。實驗發現，通過給骨肉瘤肺轉移動物模型注射紫草素，最終表現出了原發腫瘤及肺轉移灶的腫瘤細胞生長得到抑制，模型動物的生存率得到提高[15]。

4 結語

對壞死性凋亡信號通路的誘導及阻斷機制進行研究，有助于尋找相關疾病新的治療靶點及為新的分子靶向藥物的研發做出貢獻。其中壞死性凋亡對回避腫瘤的多藥耐藥性及凋亡耐藥有著較為明顯的功效，對開辟新的腫瘤靶點治療思路，開發新型分子靶向藥物有著很大的指導意義。

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（收稿：2016-10-21 修回：2016-11-20）

浙江中醫藥大學第一臨床醫學院（杭州310002）