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Mol Cell | 王晓东团队揭示程序性坏死细胞激活自身Ifnb表达的机制
导读 ⭐
Introduction
程序性坏死是一种裂解性细胞死亡途径，通过破坏细胞膜并释放炎性细胞内容物引发炎症。多种信号通路可激活程序性坏死：死亡受体（如TNF-R1、Fas、TRAILR）通过RIPK1激活；Toll样受体（如TLR3、TLR4）通过TRIF激活；胞质Z型核酸感受器ZBP1激活后也能启动该过程。RIPK1、TRIF和ZBP1均含有受体相互作用蛋白同型作用基序（RHIM），可通过此结构域结合并激活下游蛋白RIPK3。激活的RIPK3进一步磷酸化MLKL，形成磷酸化MLKL（pMLKL）。pMLKL对带负电的磷脂具有亲和性，其寡聚体与细胞膜负电磷脂结合并打孔，导致细胞膜破损及细胞死亡。实验室前期研究发现，程序性坏死细胞中同时存在细胞膜修复机制：膜结合的pMLKL可通过Flotillin介导的内吞作用与ESCRT介导的外排作用被移除，从而抑制细胞膜破损。然而，细胞中累积的pMLKL是否还具有其他生物学功能，尚不清楚。
2025年7月3日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院的王晓东实验室在Molecular Cell杂志上以封面论文形式发表了题为MLKL activates the cGAS-STING pathway by releasing mitochondrial DNA upon necroptosis induction的研究。该研究发现，在程序性坏死细胞中，I型干扰素表达上调，其中Ifnb上升最为显著。敲除程序性坏死关键蛋白RIPK1、RIPK3或MLKL可完全抑制Ifnb表达，且此效应独立于细胞膜破损。
细胞内Ifnb表达主要依赖于TBK1-IRF3信号轴的激活。在该程序性坏死体系中，可能有两种途径激活TBK1：1. RIG-I/MDA5识别胞质双链RNA后，通过下游MAVS蛋白激活TBK1；2. cGAS识别胞质双链DNA后，通过STING激活TBK1。研究人员发现，敲除MAVS不影响Ifnb表达，而敲除cGAS则显著降低Ifnb表达。进一步敲低cGAS下游蛋白STING或TBK1虽不影响程序性坏死进程，但均能抑制Ifnb表达。这些结果表明，程序性坏死细胞中Ifnb表达上调是由cGAS-STING信号通路激活介导的。
cGAS是胞质游离双链DNA感受器，可识别病毒、线粒体或核基因组来源的DNA。为探究程序性坏死中何种DNA激活了cGAS，研究人员分离了细胞的胞质组分（cytosol）。qPCR检测显示，胞质中游离的核基因组DNA含量基本不变，而线粒体DNA（mtDNA）含量显著增加。免疫荧光结合超分辨成像显示，诱导程序性坏死后，mtDNA从线粒体内部移出至线粒体外或限制于线粒体外膜。在线粒体DNA缺失的ρ0细胞中，程序性坏死仍能发生，但由于缺乏胞质游离mtDNA，Ifnb表达被抑制。
多种线粒体应激压力可导致mtDNA释放，例如线粒体内核酸酶EndoG缺失或mtDNA结合蛋白TFAM缺失等。然而程序性坏死细胞中这些蛋白并未减少。mtDNA释放的可能途径包括线粒体通透性转换孔（mPTP）、VDAC寡聚化孔、Gasdermin家族蛋白或Bax/Bak等。但mPTP和VDAC寡聚化的抑制剂均不能抑制此mtDNA释放。由于程序性坏死诱导体系中Z-VAD-fmk的存在，Gasdermin不会被切割活化。Bax/Bak双敲除细胞也不能抑制程序性坏死中的mtDNA释放。最终，研究人员确定寡聚的pMLKL是执行mtDNA释放的关键。pMLKL寡聚化抑制剂13172可抑制mtDNA释放。在线粒体膜开口处也观察到了pMLKL的共定位。在纯化的线粒体组分中检测到pMLKL富集。线粒体膜富含带负电的心磷脂，而MLKL对心磷脂具有高亲和性。PLSCR3是负责将心磷脂从线粒体内膜转运至外膜的翻转酶，其缺失可抑制程序性坏死导致的mtDNA释放。
图
寡聚pMLKL定位于线粒体外膜开口
为探究mtDNA释放过程是否受调控，研究人员通过小规模化合物筛选发现微管完整性起关键作用。稳定微管结构的小分子不影响mtDNA释放，而破坏微管结构的小分子则显著抑制其释放。免疫荧光结果显示，微管结构破坏后，程序性坏死细胞内的线粒体虽发生分裂，但mtDNA仍被线粒体外膜包裹，不会释放到胞质。然而微管结构的完整性并不影响pMLKL在线粒体上的富集。
部分极早发性炎症性肠病（IBD）患者因Caspase8蛋白表达降低而导致肠上皮细胞发生程序性坏死。研究人员构建了肠上皮特异性诱导敲除Caspase8的小鼠模型。注射他莫昔芬诱导后，小鼠出现肠炎症状，包括肠上皮损伤、中性粒细胞浸润和肠上皮杯状细胞减少等。在肠上皮细胞中同时敲除RIPK3或MLKL，可完全抑制由程序性坏死引发的肠炎症状。透射电镜在肠上皮细胞中观察到破损的线粒体，分离的肠上皮细胞胞质中游离mtDNA也显著增加。荧光原位杂交显示IBD小鼠肠上皮中Ifnb表达显著升高，干扰素刺激基因产物IFI44蛋白水平也增加。注射STING抑制剂H-151可降低肠上皮细胞中Ifnb表达和IFI44蛋白水平，减少中性粒细胞浸润，并加速炎症消退。
图 IBD肠上皮细胞线粒体破损伴随Ifnb表达增加
总结而言，王晓东团队发现，在程序性坏死过程中，pMLKL除了破坏细胞膜外，还会导致线粒体膜破损并释放mtDNA，进而激活cGAS-STING通路，诱导Ifnb表达。在程序性坏死诱发的小鼠IBD模型中，STING抑制剂能加速肠道炎症消退。该研究深化了对程序性坏死的理解，并对IBD治疗具有积极意义。
北京大学-清华大学-北京生命科学研究所联合招生项目（PTN项目）、清华大学生物医学交叉研究院、北京生命科学研究所王晓东实验室的丁璋诚博士为本文第一作者。其他作者还包括王晓东实验室的博士研究生王睿，以及北京生命科学研究所电镜中心的李玉华。王晓东研究员为本文通讯作者。
论文链接
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https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.06.005
