周 飛 李 松

(三峽大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院[宜昌市中心人民醫(yī)院] 心血管內(nèi)科& 三峽大學(xué) 心血管疾病研究所， 湖北 宜昌 443003)

既往認(rèn)為細(xì)胞壞死是一種被動(dòng)、不可逆且不受調(diào)控的死亡形式，近年有學(xué)者報(bào)道了一種由細(xì)胞信號(hào)通路介導(dǎo)的細(xì)胞死亡，因其兼顧壞死的形態(tài)學(xué)特征和凋亡的程序性特點(diǎn)，遂將這種細(xì)胞死亡方式命名為程序性壞死(necroptosis)，此外還篩選出特異性抑制程序性壞死的化學(xué)小分子，即necrostatin-1(Nec-1)[1]。有研究表明，程序性壞死在缺血性損傷、神經(jīng)退行性疾病、惡性腫瘤、免疫性疾病和感染性疾病等多種疾病的病理生理過(guò)程中發(fā)揮重要的作用[2]。眾所周知，心肌細(xì)胞屬終末分化細(xì)胞，再生能力有限，許多損傷因素可引起心肌細(xì)胞壞死進(jìn)而導(dǎo)致多種心臟疾病的發(fā)生。因此，深入闡明心肌細(xì)胞壞死的機(jī)制，尋找新的治療靶點(diǎn)并確定干預(yù)方法，從根本上降低心血管疾病的發(fā)病率和死亡率具有重要的理論和臨床意義。本文就程序性壞死的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其與心血管疾病之間的關(guān)系做一綜述。

1 程序性壞死信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

程序性壞死是非半胱天冬酶依賴(lài)的可調(diào)控性細(xì)胞壞死，調(diào)控方式主要由死亡受體和配基啟動(dòng)、受體相互作用蛋白(receptor interacting proteins，RIPs)活化介導(dǎo)、線(xiàn)粒體蛋白磷酸酶(phosphoglycerate mutase 5，PGAM5)和混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域(mixed lineage kinase domain-like，MLKL)調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)，調(diào)控過(guò)程可被Nec-1特異性抑制[3]。壞死的特征性表現(xiàn)為大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和激活，并伴有自噬現(xiàn)象，可引起炎癥反應(yīng)。故程序性壞死是一種具有程序性調(diào)控特點(diǎn)兼壞死形態(tài)學(xué)改變的死亡形式[4]。

RIPs家族屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶家族成員，是一類(lèi)具有特殊功能的蛋白質(zhì)超家族，具有高度保守的絲/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域。RIPs是調(diào)控細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的主要信號(hào)分子，可決定細(xì)胞走向存活、壞死或凋亡等不同命運(yùn)。RIPs包括RIP1和RIP3兩種蛋白。RIP1主要由3部分構(gòu)成，即N端的絲/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域(kinase domain，KD)部分、中段的RIP同源結(jié)合基序(RIP family homotypic interaction motifs，RHIM)部分及C端的死亡結(jié)構(gòu)域(death domain，DD)部分；而RIP3僅由RHIM和KD兩部分構(gòu)成，缺失DD部分[5]。當(dāng)死亡受體與配體結(jié)合后，可招募相關(guān)蛋白包括TNF受體相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域(TNF receptor-associated death domain protein，TRADD)、RIP1和胞內(nèi)凋亡蛋白抑制因子1等聚集形成復(fù)合物I。復(fù)合物I中RIP1泛素化狀態(tài)是決定細(xì)胞壞死或存活的關(guān)鍵步驟，可影響其與下游分子的結(jié)合[6]。一旦RIP1泛素化，將激活NF-κB通路促進(jìn)細(xì)胞生存；當(dāng)RIP1去泛素化時(shí)，細(xì)胞則出現(xiàn)程序性壞死或凋亡。RIP1在去泛素化酶的作用下，可從復(fù)合物I中解離，釋放到胞漿招募半胱天冬酶-8、半胱天冬酶-3、TRADD和Fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白形成復(fù)合物II，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死[7]。半胱天冬酶-8是調(diào)控細(xì)胞程序性壞死或者凋亡的關(guān)鍵因子，若能量充足，復(fù)合物II中半胱天冬酶-8則被活化，形成復(fù)合物IIa，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激活凋亡通路，同時(shí)使RIP1和RIP3失活從而關(guān)閉程序性壞死通路。反之，若能量不足，半胱天冬酶-8功能受抑制，胞漿中RIP3與RIP1的RHM部分相結(jié)合，形成RIP1-RIP3壞死體，聚集在一起的RIP1和RIP3的KD部分相互磷酸化，啟動(dòng)RIP3的活性，使信號(hào)進(jìn)一步下傳[8]。Nec-1主要作用于RIP1的激酶活性部位，通過(guò)抑制RIP1-RIP3壞死體的形成從而抑制程序性壞死的發(fā)生[9]。

迄今，RIP1/RIP3下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子機(jī)制仍未完全闡明，MLKL和PGAM5是RIPs下游的兩個(gè)重要的調(diào)節(jié)分子。RIP3通過(guò)募集使MLKL的兩個(gè)位點(diǎn)T357、S358和PGAM5L磷酸化，在鈣離子和活性氧族的作用下，RIP1-RIP3-MLKL-PGAM5L與線(xiàn)粒體膜上的PGAM5S亞基結(jié)合，形成一個(gè)短暫動(dòng)態(tài)的線(xiàn)粒體攻擊復(fù)合物III，復(fù)合物III激活線(xiàn)粒體分裂蛋白，導(dǎo)致線(xiàn)粒體發(fā)生線(xiàn)性斷裂而誘導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死的發(fā)生[10]。

程序性壞死在多種心血管疾病的病理生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，尤其在一些急危重癥中，如急性心肌梗死、急性心力衰竭等。上述疾病往往導(dǎo)致機(jī)體的三磷酸腺苷不足，進(jìn)而難以維持半胱天冬酶的功能，導(dǎo)致凋亡通路受阻，出現(xiàn)程序性壞死[11]。Nec-1因其藥理作用能特異性抑制程序性壞死的發(fā)生，不僅是研究程序性壞死的重要手段，也有望成為新的藥物靶點(diǎn)。

2 程序性壞死與心血管疾病的關(guān)系

2.1 程序性壞死與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病是最常見(jiàn)的心血管疾病之一，其病理生理基礎(chǔ)為動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成，隨著斑塊進(jìn)展最終出現(xiàn)管腔狹窄進(jìn)而導(dǎo)致心肌缺血性改變[12]。動(dòng)脈粥樣斑塊進(jìn)展與否和內(nèi)皮細(xì)胞炎癥狀態(tài)密切相關(guān)。程序性壞死一旦發(fā)生，將釋放大量炎性因子和趨化因子，誘發(fā)劇烈炎癥反應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂，促使動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成[13]。在動(dòng)脈粥樣硬化小鼠模型中，Nec-1能抑制RIP1和RIP3復(fù)合物的形成進(jìn)而阻斷程序性壞死發(fā)生，抑制炎癥反應(yīng)，從而改善內(nèi)皮細(xì)胞功能并減少動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成[14]。Meng等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在RIP3基因敲除的動(dòng)脈粥樣硬化小鼠模型中，白介素-6、白介素-1β等多種炎癥因子水平顯著下降，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊面積減少。上述研究提示，程序性壞死在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2.2 程序性壞死與心力衰竭

心力衰竭表現(xiàn)為心臟泵血無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)體需求而引起全身多臟器受累的臨床綜合征，是所有心臟疾病的終末階段。心肌細(xì)胞幾乎無(wú)修復(fù)、再生和增殖能力，心肌細(xì)胞進(jìn)行性壞死及心臟收縮、舒張功能障礙是心力衰竭的重要特征[16]。傳統(tǒng)觀(guān)念認(rèn)為，心肌細(xì)胞丟失的主要途徑是凋亡和不可調(diào)控的壞死。研究表明，程序性壞死在心力衰竭的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起重要作用[17]。Oerlemans等[18]研究表明，Nec-1通過(guò)抑制RIP1的表達(dá)減少心肌細(xì)胞丟失，從而改善心肌重構(gòu)和心臟功能。另有研究表明[19]，缺血或氧化應(yīng)激可通過(guò)RIP3激活鈣調(diào)蛋白依賴(lài)的蛋白激酶II(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II，CaMKII)，加速心肌細(xì)胞丟失；CaMKII的抑制劑KN-93可通過(guò)減少程序性壞死而保護(hù)心臟功能。因此，選擇性阻斷RIP1或RIP3可抑制程序性壞死的發(fā)生，從而減少心肌細(xì)胞丟失，改善心功能。

2.3 程序性壞死與心肌梗死

心肌細(xì)胞在ATP充足時(shí)發(fā)生凋亡，反之則出現(xiàn)程序性壞死。在急性心肌梗死發(fā)生時(shí)，心肌細(xì)胞內(nèi)大量ATP被迅速消耗，導(dǎo)致大量心肌細(xì)胞壞死，盡管再灌注治療能挽救部分心肌，但缺血再灌注損傷仍無(wú)法完全避免心肌細(xì)胞壞死[20]。程序性壞死的發(fā)生和調(diào)控與急性心肌梗死的改善及預(yù)后密切相關(guān)。大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，程序性壞死占心肌細(xì)胞壞死的一半以上，表明程序性壞死在調(diào)控心肌細(xì)胞壞死過(guò)程中尤為重要[13]。Günther等[7]研究表明，在Cyp-D基因敲除的心肌缺血再灌注損傷小鼠模型中，Nec-1通過(guò)抑制RIP1-RIP3復(fù)合物形成，可縮小心肌梗死面積，減輕心肌纖維化，并改善左室收縮和舒張功能，發(fā)揮心肌保護(hù)作用。Fang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在離體大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，腹腔注射N(xiāo)ec-1可通過(guò)阻斷RIP1減少梗死區(qū)面積，Nec-1的保護(hù)作用在給藥30 min即開(kāi)始發(fā)揮，其機(jī)制可能是減少線(xiàn)粒體功能紊亂并抑制氧自由基形成。以上結(jié)果表明，程序性壞死在急性心肌梗死的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，Nec-1可抑制程序性壞死的發(fā)生對(duì)心肌細(xì)胞發(fā)揮明顯的保護(hù)作用。

有研究表明，在大鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，上調(diào)RIP3可明顯加重程序性壞死，導(dǎo)致心肌缺血和氧化應(yīng)激加重，最終導(dǎo)致心肌重構(gòu)和心衰發(fā)生。其機(jī)制可能是通過(guò)激活RIP3底物CaMKⅡ，促使Thr287磷酸化和Met281/282氧化，通過(guò)線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)化孔開(kāi)放導(dǎo)致胞內(nèi)鈣離子濃度增加而促使心肌細(xì)胞壞死?；蚯贸齊IP3或使用CaMKⅡ的抑制劑KN-93不僅能減少心肌細(xì)胞壞死，還能抑制心室重構(gòu)并改善心臟功能，提高生存率[19]。Sun等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在高糖誘導(dǎo)的急性心肌梗死模型中，蛋白磷酸酶抑制劑可通過(guò)抑制RIP3-CaMKⅡ介導(dǎo)的氧化應(yīng)激減輕程序性壞死，保護(hù)心肌細(xì)胞。因此，RIP3-CaMKⅡ途徑可能是治療心肌梗死、改善心肌重構(gòu)和心力衰竭的新思路。

2.4 程序性壞死與病毒性心肌炎

急性重癥病毒性心肌炎是反復(fù)病毒感染導(dǎo)致的心肌組織持續(xù)損害并伴隨免疫炎癥反應(yīng)，主要表現(xiàn)為一系列分子生物學(xué)效應(yīng)的發(fā)生，包括受損心肌細(xì)胞變性壞死、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、心肌及心肌間質(zhì)細(xì)胞纖維化等，最終導(dǎo)致心室重構(gòu)和血流動(dòng)力學(xué)改變，出現(xiàn)心力衰竭而無(wú)法逆轉(zhuǎn)[23]。Zhou等[24]研究表明，程序性壞死是病毒性心肌炎心肌細(xì)胞死亡的主要方式，這也說(shuō)明急性重癥病毒性心肌炎心肌細(xì)胞壞死是程序性、可調(diào)控的過(guò)程，且Nec-1對(duì)CVB3病毒介導(dǎo)的急性重癥病毒性心肌炎具有明顯的改善作用。提示抑制程序性壞死可能對(duì)急性重癥病毒性心肌炎的治療具有重要臨床意義。

3 展望

綜上所述，程序性壞死在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。隨著研究深入，我們相信以程序性壞死為靶點(diǎn)來(lái)治療心血管疾病將成為可能。但心肌細(xì)胞死亡的信號(hào)傳導(dǎo)通路錯(cuò)綜復(fù)雜，尋求高特異性、低毒副作用及適合臨床應(yīng)用的藥物靶點(diǎn)將成為研究程序性壞死的重點(diǎn)和難點(diǎn)。