李宛衛(wèi) 綜述，胡章雪 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所兒科，重慶 400042)

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·綜述·

膽酸誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的分子機(jī)制研究進(jìn)展*

李宛衛(wèi) 綜述，胡章雪 審校

(第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所兒科，重慶 400042)

膽酸；細(xì)胞死亡；分子機(jī)制

作為體內(nèi)的一組信號(hào)分子，膽酸在誘導(dǎo)細(xì)胞死亡中發(fā)揮著重要的作用。而它們的經(jīng)典作用則是參與脂質(zhì)的消化與吸收。在肝硬化研究中第一次證明膽酸能夠誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。進(jìn)一步的研究證明膽酸能夠激活細(xì)胞死亡受體Fas和TRAIL-R2并且啟動(dòng)半胱天冬酶依賴的細(xì)胞凋亡。自噬發(fā)現(xiàn)后，人們同樣發(fā)現(xiàn)膽酸對(duì)自噬有影響。細(xì)胞凋亡與壞死是兩種較為常見(jiàn)的細(xì)胞死亡形式，在內(nèi)環(huán)境的發(fā)展與穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用。由于凋亡體的形成導(dǎo)致其對(duì)全身炎性反應(yīng)的激活影響較小。壞死是形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為細(xì)胞器腫脹、細(xì)胞體積增大、漿膜破壞以及細(xì)胞內(nèi)容物的丟失。由于細(xì)胞碎片的增加導(dǎo)致很強(qiáng)的炎癥效應(yīng)，從而誘導(dǎo)難治性的急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)和多器官功能衰竭(MOF)[1]。因?yàn)樗劳鍪荏w能夠觸發(fā)細(xì)胞程序性壞死，而細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子具有調(diào)控作用[2]，所以膽酸在程序性壞死中的作用值得研究。

1　細(xì)胞死亡的分子機(jī)制

細(xì)胞的死亡與生長(zhǎng)、增殖和分化都是細(xì)胞重要的基本特性。細(xì)胞程序性死亡在多細(xì)胞生物的發(fā)育和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持中是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。基礎(chǔ)研究中定義了3種細(xì)胞程序性死亡的方式：(1)凋亡全部表現(xiàn)為形態(tài)學(xué)變化，其中包括細(xì)胞皺縮、漿膜內(nèi)氣泡、核質(zhì)固縮、核碎裂及凋亡體的形成；(2)自噬與死亡細(xì)胞中自噬泡的形成及后續(xù)發(fā)生的自噬蛋白誘導(dǎo)的溶酶體裂解有關(guān)；(3)壞死曾經(jīng)一度被認(rèn)為是被動(dòng)過(guò)程，它以細(xì)胞腫脹、漿膜破裂及后續(xù)的細(xì)胞內(nèi)成分的丟失為主要特征。經(jīng)典的細(xì)胞壞死是指細(xì)胞損傷后發(fā)生被動(dòng)的化學(xué)性細(xì)胞死亡，也就是說(shuō)細(xì)胞死亡是必然結(jié)果。但是，新的研究表明在特定情況下壞死也能夠被觸發(fā)和發(fā)展。而這種可調(diào)控的細(xì)胞壞死過(guò)程被稱為程序性壞死[3]。

隨著關(guān)于細(xì)胞程序性壞死的進(jìn)一步研究，程序性壞死在炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)、MOF等嚴(yán)重病理學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。在一些病理過(guò)程不明確的臨床病例中，膽酸能夠誘導(dǎo)肺炎及ARDS。而膽酸誘導(dǎo)程序性壞死及與SIRS之間的聯(lián)系或許是這些疾病的分子機(jī)制[4]。

細(xì)胞死亡作為細(xì)胞代謝的一個(gè)基本的生物學(xué)過(guò)程，不僅是細(xì)胞生命的結(jié)束，也同樣是器官的結(jié)構(gòu)和功能的改變者。細(xì)胞的死亡與細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化一樣也受到調(diào)控。半胱天冬酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)是經(jīng)典的細(xì)胞程序性死亡途徑，該過(guò)程可以伴有或者不伴有線粒體的參與[5]。與凋亡相比，人們普遍認(rèn)為壞死是偶然的且不受調(diào)控的事件[2]。然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)制能夠誘導(dǎo)細(xì)胞壞死的發(fā)生，可調(diào)控的壞死包括幾個(gè)細(xì)胞死亡形式,如necroptosis、arthanatos、erroptosis或oxytosis、MPT-dependent necrosis、NETosis或ETosis。

而necroptosis是最具有特征性的可調(diào)控壞死，這就是所說(shuō)的程序性壞死，具有特殊的信號(hào)通路，它需要受體交互蛋白激酶RIPK3、MLKL的參與，以及受死亡受體、干擾素、Toll樣受體、細(xì)胞內(nèi)RNA和DNA傳感器及其他介質(zhì)的誘導(dǎo)[6]。程序性壞死是細(xì)胞程序性死亡選擇性受體誘導(dǎo)的一種形式。這種類型的細(xì)胞死亡通常被認(rèn)為是當(dāng)半胱天冬酶通路被阻斷后一些死亡受體、腫瘤壞死因子(TNF)超家族(尤其是TNF受體自身)共同作用的結(jié)果[7]。并且能夠被necrostatins特異性抑制。程序性壞死目前證實(shí)能夠參與調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、癌癥發(fā)生、細(xì)胞內(nèi)多重刺激后的反應(yīng)[8]。

RIPK1和RIPK3能夠形成一個(gè)復(fù)合體從而觸發(fā)這些信號(hào)通路。二者的磷酸化對(duì)于形成necrosome非常重要。necrosome是一種淀粉樣復(fù)合體，能啟動(dòng)程序性壞死前信號(hào)的傳遞[9]。此外，在TNF誘導(dǎo)的程序性壞死中RIPK1和RIPK3是主要的參與者，PIPK1決定細(xì)胞是死亡或存活，而PIPK3決定細(xì)胞死亡的類型是細(xì)胞凋亡還是程序性壞死[10]。

最新研究表明，RIPK3在程序性壞死中非常關(guān)鍵。在HT-29細(xì)胞中敲除RIPK3基因后能夠明顯抑制程序性壞死。RIPK3也是在死亡受體信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與程序性壞死之間的一個(gè)分子開(kāi)關(guān)。低水平表達(dá)RIPK3的細(xì)胞對(duì)程序性壞死有抵抗作用。盡管凋亡途徑被阻斷，但對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染RIPK3基因卻能夠促進(jìn)程序性壞死的進(jìn)程[11]。RIPK3高水平表達(dá)細(xì)胞能夠觸發(fā)壞死途徑，而RIPK3低水平細(xì)胞表達(dá)則能夠觸發(fā)凋亡途徑。MLKL是necrosome的重要組成部分，它能夠通過(guò)程序性壞死而觸發(fā)TNF誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。MLKL可以作為RIPK3的底物來(lái)介導(dǎo)程序性壞死下游信號(hào)[12]。但是，目前MLKL在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮的作用仍然不明確。另外，RIPK3能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并且直接促進(jìn)促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生[13]。因此，判斷非壞死性凋亡的RIPK3信號(hào)通路是否會(huì)影響依賴RIPK3的病理過(guò)程非常重要。

2　膽酸與細(xì)胞死亡

膽酸在腸道營(yíng)養(yǎng)吸收、膽酸分泌和毒物代謝中發(fā)揮重要的生理作用。同時(shí)，膽酸可以通過(guò)核受體和G蛋白耦聯(lián)受體形成重要的代謝調(diào)節(jié)物和信號(hào)分子，能夠調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)、葡萄糖及能量平衡。此外，有毒的膽酸能夠引起炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞死亡[14]。膽酸也能夠通過(guò)非特殊的清除作用和受體介導(dǎo)作用兩種方式共同誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。膽酸的腸肝循環(huán)在營(yíng)養(yǎng)吸收、分布和代謝平衡重中起到重要作用。肝臟和腸道中有一個(gè)復(fù)雜的膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)這些生理過(guò)程，而核受體又可以調(diào)節(jié)這個(gè)復(fù)雜的膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。膽酸作為調(diào)節(jié)分子，具有作為激素與核受體相互作用，改變膜狀態(tài)從而激活膜蛋白相關(guān)信號(hào)通路的作用[15]。

既往研究表明，膽酸主要通過(guò)激活細(xì)胞膜上的死亡受體Fas，TRAIL-R2誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。膽酸雖然不能與死亡受體結(jié)合，但是可以促進(jìn)高爾基體中儲(chǔ)存的Fas釋放，增加TRAIL-R2的轉(zhuǎn)錄，使胞膜上的死亡受體數(shù)量增加，受體相互結(jié)合發(fā)生寡聚化。寡聚化的死亡受體可以發(fā)生非配體依賴的受體激活，誘導(dǎo)胞內(nèi)死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體(DISC)形成，再經(jīng)過(guò)下游信號(hào)分子的傳導(dǎo)，最終誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡。程序性壞死與細(xì)胞凋亡都由死亡受體激活所啟動(dòng)，但每個(gè)細(xì)胞只能選擇一種死亡類型，或者凋亡，或者壞死。死亡受體雖然啟動(dòng)了程序性死亡，但并不能決定細(xì)胞死亡的類型。目前認(rèn)為，DISC在死亡類型的選擇中發(fā)揮關(guān)鍵作用。DISC的每一部分、caspase-8及Fas associated death domain (FADD)對(duì)于促進(jìn)細(xì)胞凋亡都至關(guān)重要[16]。但是，當(dāng)膽酸激活死亡受體時(shí)，仍然未發(fā)現(xiàn)死亡通路的下游。

3　膽酸受體在膽酸誘導(dǎo)細(xì)胞死亡機(jī)制中的作用

膽酸受體是核受體或膜受體，而膽酸可以將其激活并觸發(fā)不同的信號(hào)途徑。另外，膽酸能夠通過(guò)激活核受體或一些其他的細(xì)胞信號(hào)通路(JNK1/2、AKT、ERK1/2)來(lái)調(diào)節(jié)肝臟和小腸內(nèi)基因的表達(dá)。這些核受體包括：farnesoid X receptor (FXR;NR1H4),pregnane X receptor (PXR;NR1I2),vitamin D receptor (VDR;NR1I1),G protein coupled receptor TGR5，它們是參與調(diào)節(jié)膽酸代謝和解毒作用的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[17]。其中核受體FXR是幾個(gè)代謝途徑的重要監(jiān)管者，有助于影響膽酸在新陳代謝、炎癥及細(xì)胞周期控制中的作用[18]。它主要針對(duì)膽酸的配體激活型轉(zhuǎn)錄因子，并且是維持膽酸平衡的關(guān)鍵元件[17]。FXR在核內(nèi)也是一個(gè)重要的核受體和轉(zhuǎn)錄因子。它能夠調(diào)節(jié)膽酸代謝、細(xì)胞死亡及一系列基因轉(zhuǎn)錄[19]。在肝臟,FXR被認(rèn)為是一種多功能細(xì)胞保護(hù)和腫瘤抑制基因。FXR可以通過(guò)不同的機(jī)制抑制肝臟致癌作用:(1)FXR維護(hù)正常肝膽汁的代謝酸、葡萄糖和脂類;(2)FXR促進(jìn)損傷后肝再生和修復(fù);(3)FXR保護(hù)肝細(xì)胞免受死亡和提高細(xì)胞生存;(4)FXR抑制肝臟炎癥,從而防止炎癥損傷;(5)FXR可以直接增加一些抑癌基因的表達(dá),抑制幾個(gè)致癌基因的轉(zhuǎn)錄[20]。最近的研究表明，膽酸與FXR之間的相互作用參與到肝、膽、胃腸道較為廣泛的一部分疾病的病理生理學(xué)過(guò)程中，如膽汁淤積、肝臟炎性疾病、肝癌、炎性腸病及結(jié)腸、食管和一些炎癥相關(guān)的癌癥。

作為一種轉(zhuǎn)錄因子，F(xiàn)XR結(jié)合到DNA上或者作為一個(gè)單體或者作為retinoid X receptor (RXR,NR2B1)的一個(gè)異二聚體來(lái)調(diào)節(jié)多種靶基因。此外，F(xiàn)XR在肝臟、腎臟、小腸和腎上腺中高表達(dá)，但在脂肪組織及心臟中表達(dá)較低[18]。許多研究表明，F(xiàn)XR在腸道和肝臟的腫瘤發(fā)生中起到很重要的作用。因此，F(xiàn)XR在維持膽酸水平生理范圍內(nèi)能阻止膽酸誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用因此，F(xiàn)XR的減少將是癌前病變的一種表現(xiàn)。FXR激活誘導(dǎo)細(xì)胞死亡在癌細(xì)胞中是多種多樣的[21]。更重要的是FXR能夠在多種癌細(xì)胞中誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[20]。

4　膽酸誘導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死可能的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

已經(jīng)證明caspase-8、RIPK3和FADD的表達(dá)水平在細(xì)胞死亡的凋亡或壞死通路中都是關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因素。當(dāng)沒(méi)有FADD 或 caspase-8時(shí)，RIPK3的激活能促使壞死細(xì)胞的死亡。當(dāng)caspase-8或 FADD表達(dá)時(shí)RIPK3誘導(dǎo)的細(xì)胞程序性壞死明顯受到抑制[22]。因此，抑制RIPK3介導(dǎo)的壞死可能用于像胰腺炎這樣的急慢性炎癥疾病的治療中。細(xì)胞凋亡與壞死性凋亡有密切的關(guān)聯(lián)。尤其是當(dāng)半胱天冬酶受到抑制或者不能被有效激活的時(shí)候，凋亡誘導(dǎo)的炎性因子在特定的細(xì)胞系中也能夠引起壞死。當(dāng)半胱天冬酶受到抑制劑抑制或者在特定生理狀況下(如病毒感染)，RIPK1 和 RIPK3形成necrosome從而觸發(fā)第三通路——程序性壞死或壞死性凋亡[23]。相比之下，程序性壞死只發(fā)生在細(xì)胞凋亡或者半胱天冬酶活性受到抑制的情況下，這將會(huì)為細(xì)胞提供防御來(lái)對(duì)抗細(xì)胞內(nèi)抑制經(jīng)典凋亡的病原體。

關(guān)于膽酸誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，有實(shí)驗(yàn)表明低水平膽酸誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，高水平的膽酸誘導(dǎo)壞死性凋亡[24]。因?yàn)榧?xì)胞死亡的類型不取決于死亡受體，所以如果膽酸只激活死亡受體，那么就不能解釋目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。膽酸可能對(duì)DISC還有直接的作用，這是程序性壞死的另一條途徑，獨(dú)立于經(jīng)典的細(xì)胞死亡受體信號(hào)途徑之外。膽酸對(duì)肺泡表皮細(xì)胞處理后RIPK3 mRNA表達(dá)增高，表明膽酸可以影響RIPK3的表達(dá)。高水平的膽酸不僅能激活FXR而且還能明顯增加核內(nèi)FXR的表達(dá)水平[25]。進(jìn)一步的生物信息學(xué)分析表明FXR在RIPK3的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中起著重要的作用，這與FXR和RIPK3基因調(diào)節(jié)序列區(qū)的高度互補(bǔ)性有關(guān)。因此，膽酸不僅能夠誘導(dǎo)細(xì)胞死亡(由胞膜受體Fas 和 TRAIL-R2開(kāi)始)，而且能夠通過(guò)FXR上調(diào)程序性壞死中的關(guān)鍵分子RIPK3。因此，膽酸能夠改變細(xì)胞死亡的方式。

5　結(jié)　　論

過(guò)去的幾年里，已經(jīng)證實(shí)程序性壞死在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、組織損傷和癌癥進(jìn)展中發(fā)揮重要的作用。小分子配體FXR有望用于治療各種代謝和炎癥相關(guān)的人類疾病。Necrostatin家族或許能夠?yàn)槟X的缺血再灌注損傷、心肌梗死等一些疾病的治療提供潛在的靶點(diǎn)。對(duì)于調(diào)節(jié)程序性壞死有關(guān)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步研究將會(huì)對(duì)探索其在診斷治療其他疾病中有重要的意義。膽酸誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡在其他疾病的發(fā)展中也發(fā)揮著很重要作用。雖然目前沒(méi)有研究表明膽酸與程序性壞死之間的直接關(guān)系，但是這條猜想的途徑值得研究者們認(rèn)真思考。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.07.041

軍隊(duì)醫(yī)學(xué)科技青年培育項(xiàng)目(13QNP119)。作者簡(jiǎn)介：李宛衛(wèi)(1984-)，主治醫(yī)師，碩士，主要從事新生兒醫(yī)學(xué)研究工作。

Q25

A

1671-8348(2016)07-0982-04

2015-09-08

2015-11-26)