王晓东实验室发现两条哺乳动物细胞负调控细胞程序性坏死的通路

2019年5月28日，我所王晓东实验室在《Science Signaling》杂志在线发表题为“Flotillin-mediated endocytosis and ALIX–syntenin-1–mediated exocytosis protect the cell membrane from damage caused by necroptosis”的封面文章。文章报道了哺乳类动物细胞程序性坏死过程中的两个负调节步骤。

细胞程序性坏死是哺乳类动物细胞特有的一种细胞死亡现象。在过去十年里，作为实验室主要研究方向，王晓东实验室发现了程序性的细胞坏死主要的信号传导和执行分子—RIP3蛋白激酶和它的底物MLKL。他们发现MLKL被RIP3在特异位点磷酸化以后，会从细胞质转到细胞膜从而造成细胞膜的破坏而引起细胞坏死。但是在某些组织中，磷酸化的MLKL可以在细胞膜上出现，但细胞却并没有死亡。

(图1：Flotillin介导的内吞和ESCRT介导的外泌体通过移除细胞膜结合磷酸化MLKL蛋白修复细胞坏死导致的细胞膜损伤)

从这个现象出发，王晓东实验室研究了MLKL在被坏死信号诱导上膜后发生了什么。这个研究历经了数年的曲折，在樊炜亮博士的带领下，一个修复MLKL损坏膜结构的复杂膜转运系统被发现了。原来MLKL上膜以后，会通过和Flotillin-1/2蛋白复合物的结合被带到特殊的膜结构区域—脂筏（Lipid Rafts）上。然后Flotillin-1/2会携带MLKL进行内吞(endocytosis)。内吞小泡（endosome）接着和溶酶体(lysosome)融合并降解已被激活的MLKL，从而灭活坏死信号。除此之外，激活的MLKL还会和ALIX ／syntenin-1蛋白结合而被内体转运分选系统（ESCRT）以外泌体（exosome）的形式分泌到细胞外。这两个MLKL负调节系统独立运作，在不同的细胞系中被不同侧重的利用。坏死诱导的MLKL激活必须克服这两种负向调节机制才能最终破坏细胞膜屏障而使细胞死亡。

（图2：阿尔兹海默病人海马回区神经堆积显著超出同龄其他病人的p-MLKL信号，指示细胞程序性坏死同神经退行性疾病的联系）

这个工作还发现Flotillin-1在与MLKL的结合区域存在人群间的多态性（polymorphism）。某些形态会使Flotillin-1介导的MLKL修复失活。这个通路可能在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease）的发病过程中非常重要。文章报道在和北京大学基础医学部/华盛顿大学医学院神经病理专家王华和章京教授的合作研究发现，在阿尔茨海默病人尸检脑片的主导记忆的海马回区域，有大量的，超出同龄非阿尔茨海默病死亡病人的Flotillin和MLKL的激活信号。这个发现为通过抑制MLKL功能来治疗阿尔茨海默病提供了进一步的依据。

本文第一作者是王晓东实验室博士后樊炜亮，该论文的其他作者包括王晓东实验室的郭佳博士，高北辰（原技术员，现为PTN博士研究生），张文彬（博士研究生），凌柳聪（技术员），徐涛（技术员），潘辰杰博士（现为哈佛大学医学院博士后），李琳，陈涉博士，北京大学基础医学部章京博士和王华。王晓东为本文通讯作者。这个工作得到了北京生命科学研究所蛋白质中心李琳和陈涉，影像中心的孙越和占成以及电镜中心的姜招娣的大力支持。研究经费来自国家973课题（20010CB835400）。樊炜亮博士在研究期间曾获安进中国博士后奖金支持。