陳俞樂

壞死性凋亡調(diào)節(jié)機制及其分子靶向藥物相關(guān)研究進(jìn)展

陳俞樂

壞死性凋亡；調(diào)節(jié)機制；細(xì)胞死亡；靶向藥物

壞死性凋亡是一種不依賴于cappase激活的細(xì)胞程序性死亡過程，在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變、缺血性損傷以及病毒感染的發(fā)生、發(fā)展、治療以及預(yù)后中起著重要的作用。壞死性凋亡的誘導(dǎo)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(dá)信號最終執(zhí)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(jìn)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(xì)胞的程序性死亡就是指代細(xì)胞凋亡，并一直認(rèn)為細(xì)胞凋亡的激活由半胱氨酸蛋白酶家族（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspases）調(diào)控。但隨著人們對細(xì)胞凋亡信號通路的研究越來越深入，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)抑制Caspases后，細(xì)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(xì)胞死亡后的表現(xiàn)形式與凋亡有較大的差異性，一部分的表現(xiàn)具有相當(dāng)?shù)膲乃罉有螒B(tài)學(xué)特征。這就說明在細(xì)胞的程序性死亡過程中，Caspases的激活并不是唯一能誘導(dǎo)細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞死亡后的形態(tài)學(xué)特征與壞死相近，但其啟動方式為非caspase依賴的具有可調(diào)控性的程序性細(xì)胞死亡。即在抑制caspase的條件下，配體與相應(yīng)的死亡受體結(jié)合后可啟動壞死性凋亡。

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

壞死是由于外力導(dǎo)致的物理性創(chuàng)傷致使細(xì)胞內(nèi)環(huán)境滲透壓的平衡的改變，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的死亡。在這種方式下死亡細(xì)胞的表現(xiàn)有：細(xì)胞膜完整性消失，滲透壓改變致使細(xì)胞膜腫脹破裂，線粒體功能發(fā)生改變等。除了細(xì)胞本身的變化外，周圍組織產(chǎn)生炎癥反應(yīng)也是細(xì)胞壞死常伴隨的現(xiàn)象，因為存在細(xì)胞膜破裂后，胞內(nèi)成分迅速、大量漏出的情況。

凋亡是細(xì)胞的一種自我殺傷現(xiàn)象，當(dāng)細(xì)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(xì)胞會在基因調(diào)控下，由caspase誘導(dǎo)啟動程序性的細(xì)胞自我毀滅。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生凋亡時，主要表現(xiàn)為DNA的溶解斷裂、染色質(zhì)聚集，繼而細(xì)胞核裂解、細(xì)胞膜內(nèi)陷形成凋亡小體，從而避免了因胞內(nèi)成分外漏而導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)。細(xì)胞凋亡主要包括兩條信號通路，分別為：由細(xì)胞膜上的死亡受體DR（deathreceptor）介導(dǎo)的外源性通路和由線粒體釋放細(xì)胞色素C啟動的內(nèi)源性通路。caspase的活化及其級聯(lián)反應(yīng)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(xì)胞死亡方式，但與凋亡不同的是，被人們所熟知的導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)因子caspase并不能誘導(dǎo)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(xiàn)[5]：壞死性凋亡的細(xì)胞呈現(xiàn)壞死樣形態(tài)學(xué)特點，細(xì)胞膜失去完整性，下游應(yīng)答多表現(xiàn)為自噬，細(xì)胞內(nèi)活性氧升高不是細(xì)胞死亡的關(guān)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(fā)生。

1.3 壞死性凋亡與凋亡的聯(lián)系壞死性凋亡和凋亡雖然誘導(dǎo)起發(fā)生的相關(guān)信號通路有所區(qū)分，細(xì)胞死亡后的形態(tài)表現(xiàn)也不盡相同，但兩者之間在一定程度上仍然有所聯(lián)系。上世紀(jì)90年代起的多項實驗結(jié)果均展示出了這一點。具體表現(xiàn)有當(dāng)人為的將誘導(dǎo)凋亡的信號通路進(jìn)行抑制后，這些死亡受體仍能誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，但最終的表現(xiàn)為壞死性凋亡而非凋亡，如對于由TNF-α、FasL引起凋亡的細(xì)胞，使用caspase抑制劑或?qū)aspase-8敲除后，兩者將誘導(dǎo)細(xì)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(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生壞死性凋亡的作用將被抑制，但此時細(xì)胞轉(zhuǎn)而啟動凋亡進(jìn)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(guān)聯(lián)并通過特定的抑制劑來進(jìn)行兩者間的轉(zhuǎn)化。

2 壞死性凋亡調(diào)節(jié)機制

細(xì)胞的程序性死亡是一個主動、復(fù)雜和動態(tài)的過程，其中涉及到一系列特定因子及受體的表達(dá)、激活和調(diào)控。隨著壞死性凋亡概念的提出以及相關(guān)技術(shù)的提高，有關(guān)壞死性凋亡機制的研究逐年增多。就當(dāng)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(guān)信號通路以及TRAIL（necrosisfactorligandsuperfamilymember 10）及Fas L（tumornecrosis factor ligand superfamily m-ember 6）相關(guān)信號通路。

2.1 TNF-α及TNF-R1相關(guān)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(guān)信號通路的誘導(dǎo)主要過程為[6－11]：TNF-α與TNFR1相結(jié)合，誘導(dǎo)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(guān)復(fù)合物Ⅰ（Complex I）。隨后ComplexⅠ通過內(nèi)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(jié)合，形成ComplexⅡa。在ComplexⅡa內(nèi)，如caspase-8活化，則切割破壞RIP1及RIP3，在關(guān)閉necroptosis通路的同時激活外源性凋亡通路，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。如果此時我們對caspase-8的活性進(jìn)行抑制，使之功能出現(xiàn)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(gòu)型發(fā)生變化，結(jié)合更加緊密。而后ComplexⅡb將信號向下游傳遞，最終誘導(dǎo)壞死性凋亡的發(fā)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(guān)”。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(jìn)而阻斷壞死性凋亡信號通路的[6，9]。

2.2 TRAIL及Fas L介導(dǎo)的信號通路TRAIL及F-as L相關(guān)信號通路中ComplexⅠ的組成部分與TNFα及TNF-R1相關(guān)信號通路有區(qū)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(jié)合[12-13]。所以，在TRAIL及Fas L介導(dǎo)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(guān)信號通路相似的ComplexⅡ進(jìn)一步向下游傳導(dǎo)信號。除此之外precaspase-8以及cFLIP（cellular FLICE-inhibitoryprotein）可通過FADD與Complex域a結(jié)合，根據(jù)兩者競爭性結(jié)合的結(jié)果，細(xì)胞將呈現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，壞死性凋亡與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、治療及預(yù)后有著密切的聯(lián)系。另外與其他具有壞死表型的疾病如神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變、缺血性損傷以及病毒感染等也有著一定的聯(lián)系。另外，許多針對壞死性凋亡調(diào)節(jié)機制所做的研究結(jié)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(dá)來進(jìn)行調(diào)控的細(xì)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(xiàn)有的理論、實驗成果近幾年研究發(fā)現(xiàn)，許多化合物質(zhì)以及抗癌藥物能夠從各種途徑引發(fā)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生壞死性凋亡，從而殺傷腫瘤細(xì)胞，其中也包括一些天然藥物。其中最早報道由小分子復(fù)合物誘導(dǎo)的壞死性凋亡可規(guī)避腫瘤多藥耐藥性的是胡訊等關(guān)于壞死性凋亡誘導(dǎo)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(dǎo)發(fā)生的壞死性凋亡對于躲避腫瘤耐藥性具有普遍性，其表現(xiàn)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(fā)現(xiàn)MCF-7、HEK 293這類抗凋亡誘導(dǎo)劑蛋白高表達(dá)的細(xì)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(xì)胞對凋亡所產(chǎn)生的抵抗性，通過necroptosis途徑而發(fā)揮殺傷細(xì)胞作用。實驗發(fā)現(xiàn)，通過給骨肉瘤肺轉(zhuǎn)移動物模型注射紫草素，最終表現(xiàn)出了原發(fā)腫瘤及肺轉(zhuǎn)移灶的腫瘤細(xì)胞生長得到抑制，模型動物的生存率得到提高[15]。

4 結(jié)語

對壞死性凋亡信號通路的誘導(dǎo)及阻斷機制進(jìn)行研究，有助于尋找相關(guān)疾病新的治療靶點及為新的分子靶向藥物的研發(fā)做出貢獻(xiàn)。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(fā)新型分子靶向藥物有著很大的指導(dǎo)意義。

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（收稿：2016-10-21 修回：2016-11-20）

浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院（杭州310002）