鲁达 玛吉
“像夏花一样闪耀，像秋叶的宁静美一样死去”可能是描述细胞死亡的最美句子。(莎士比亚)。
最新的研究成果表明，细胞死亡不仅“静美”，而且“多姿多彩”。
本文讨论了调节性细胞死亡（RCD）的研究进展，从而为发病机制的研究提供新的视角，也为大家的科研选题提供新的思路。
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细胞死亡的分类
目前细胞死亡分类系统由细胞死亡命名委员会（NCCD）于2018年更新。
基于功能方面的差异，细胞死亡可分为意外细胞死亡(ACD)和调节性细胞死亡（RCD）：
• ACD是不受控制的细胞死亡过程，由意外的伤害刺激触发，这些伤害刺激超出了细胞的可调节能力，从而导致细胞死亡的发生。
• RCD涉及效应分子参与的信号级联反应，具有独特的生化特征、形态特征和免疫学后果；其中发生在生理条件下的RCD也被称为程序性细胞死亡(PCD)。
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细胞死亡研究里程碑
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目前已知的RCD类型
Apoptosis
细胞凋亡（Apoptosis），指机体在生理或病理条件下，为了维持自身内环境稳态，通过基因调控而产生的主动、有序的细胞死亡。其形态特征是凋亡小体形成。
细胞凋亡分为外源性和内源性细胞凋亡：
• 外源性细胞凋亡是由死亡受体配体的加入或依赖性受体配体的退出引起的。CASP8和CASP10启动死亡受体介导的外源性细胞凋亡；而CASP9则可以逆转这一过程。
• DNA损伤、缺氧和代谢应激等因素可诱导内源性细胞凋亡；其中MOMP和线粒体蛋白质(例如 CYCS)起到重要的调控作用。
CASP3，CASP6和CASP7被认为是外源性和内源性细胞凋亡的共同效应因子。
Necroptosis
坏死性凋亡（Necroptosis）是类似于细胞坏死的一种程序性细胞死亡。
RIPK3激活MLKL是坏死性凋亡的关键调节通路。上游诱导因子死亡受体（DR）、TLR或病毒分别通过RIPK1、TICAM1和ZBP1诱导RIPK3的激活。另外，粘附受体（AR）通过一种未知的适配蛋白或激酶激活RIPK3。
• 死亡受体配体通过RHIM 介导 RIPK1与 RIPK3的结合，促进特定信号复合物"坏死体"的形成，最终导致 MLKL 的激活。
• TLR配体通过TICAM1介导RIPK3-MLK依赖性坏死的发生。
• 某些病毒可以直接与 RIPK3结合，也可以促进宿主蛋白 ZBP1与 RIPK3的结合，最终激活 MLKL。
• 干扰素 α 受体或粘附受体可以通过一种不依赖 RIPK1、TICAM1或 ZBP1的替代途径激活RIPK3。
RIPK3活化后，介导MLKL c-末端假激酶结构域不同位点的磷酸化，导致MLKL构象变化，并与带正电荷的六磷酸肌醇（IP6）结合，随后募集到磷脂酰肌醇中，并在质膜中插入和多聚化，从而导致质膜透化，造成Necroptosis的发生。
另外，RIPK3也可以不依赖于其激酶活性和MLKL，在细胞凋亡和NLRP3-炎性体活化和焦磷酸化中起调节作用。
Pyroptosis
细胞焦亡（Pyroptosis）是由炎性小体激活的一种RCD形式，在炎症和免疫中起着重要的作用。
炎性小体可以分为典型的CASP1依赖性炎症小体和非典型的CASP11依赖性炎症小体：
• 典型的CASP1依赖性炎症小体可以被病原体相关分子模式（PAMPs），损伤相关分子模式（DAMPs）或其他免疫反应选择性激活。
• 非典型的CASP11依赖性炎症小体由巨噬细胞、单核细胞或其他细胞细胞质中的LPS激活，该过程不依赖细胞膜的TLR4受体。
GSDMD被CASP11或CASP1切割产生22kDa C-末端片段（GSDMD-C）和31kDa N-末端片段（GSDMD-N）；GSDMD-N产生后立即移位到质膜的内部小叶与磷脂结合，诱导孔的形成，最终导致细胞膜裂解。而GSDMD-C抑制GSDMD-N的这一活性。
Ferroptosis
Ferroptosis是由铁积累和脂质过氧化驱动的一种RCD形式，其特征在于线粒体变小、线粒体嵴减少、线粒体膜密度增加和线粒体膜破裂增加。
ACSL4、LPCAT3和ALOXs（尤其是ALOX15）途径介导多不饱和脂肪酸（包括花生四烯酸）的氧化，这对于Ferroptosis的脂毒性是必需的；其中ACSL4的上调是ferroptosis的标志。
相反，一些抗氧化系统，特别是 XC-系统（包括核心组件 SLC7A11）、GPX4、NFE2L2和某些热休克蛋白（如HSPs），抑制Ferroptosis脂质过氧化过程。
Parthanatos
Parthanatos是一种PARP1依赖性RCD形式，由氧化应激诱导的DNA损伤激活。
• AIFM1依赖型Parthanatos：活化的PARP1结合AIFM1，介导AIFM1从线粒体移位到细胞核，继而导致部分染色体的溶解。
• AIFM1非依赖型Parthanatos：在某些条件下可发生，如干性黄斑变性。
AIFM1依赖性和非依赖性parthanatos与其他RCD（如自噬依赖性细胞死亡和坏死性凋亡）之间的相互影响可能涉及DNA损伤相关的疾病，如神经退行性疾病，心肌梗塞和糖尿病
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目前已知的RCD类型
Entotic cell death
Entotic cell death是细胞“同类相食”的一种RCD形式，一个细胞吞噬并杀死另一个细胞，其特征是细胞内细胞结构。
Entotic cell death激活后通过LC3相关的吞噬作用（LAP）和组织蛋白酶B（CTSB）介导的溶酶体降解途径吞噬和杀死同类细胞。
• 细胞粘附和细胞骨架重排通路（如肌动蛋白、肌球蛋白、RHOA和ROCK）在控制Entosis诱导作用中起重要作用。
• 除细胞粘附和细胞骨架重排途径外，其他信号分子和调节因子（如CDC42）也通过不同的机制参与Entosis的调节。
Netotic cell death
Netotic cell death是由NET驱动的一种RCD形式,其受NADPH氧化酶介导的ROS产生和组蛋白瓜氨酸化的调节。
NETosis是涉及多个信号和步骤的动态过程：
• NADPH氧化酶介导的ROS产生；
• 自噬；
• 颗粒酶的释放和转运；
• Cathelecidin家族多肽从细胞质到细胞核的易位。
NETosis介导组蛋白瓜氨酸化，最终导致染色质去浓缩、核膜破坏和染色质纤维的释放。
Lysosome-dependent cell death (LCD)
溶酶体依赖性细胞死亡（LCD），也称为溶酶体细胞死亡，是由LMP释放的水解酶（组织蛋白酶）或铁来介导的一种RCD形式，其特征是溶酶体破裂。
当细胞暴露于溶酶体洗涤剂、二肽甲酯、脂质代谢物和ROS时，溶酶体破裂，继而释放大量的水解酶，导致LCD的发生。
其中组织蛋白酶在LCD中起主要作用，阻断组织蛋白酶的表达或活性可减轻LCD的发生。
溶酶体膜透化还可以在细胞凋亡、自噬依赖性细胞死亡和Ferroptosis的情况下放大细胞死亡信号传导，从而增加了细胞死亡途径的复杂性。
Autophagy-dependent cell death
自噬依赖性细胞死亡是由自噬分子机制驱动的一种RCD，其特征是自噬空泡化。
Tat-Beclin 1诱导自噬依赖性细胞死亡的发生，该分子是一种自噬诱导肽，融合了 BECN1和 HIV Tat 的蛋白氨基酸。该过程可以通过阻断Tat-Beclin 1上游的Na+/K+ -ATP酶来抑制。
自噬依赖性细胞死亡可能在神经毒性和缺氧缺血诱导的神经元死亡中起重要作用，提示这种类型的 RCD 可能作为神经保护的靶点。
Alkaliptosis
Alkaliptosis是一种由细胞内碱化作用驱动的新型RCD。
已知IKBKB-NF-κB途径依赖性碳酸酐酶9（CA9）的下调可以诱导Alkaliptosis的发生。
Alkaliptosis的具体分子作用机制仍不清楚。
Oxeiptosis
Oxeiptosis是氧自由基诱导的不依赖半胱天冬酶的新型RCD，该过程由KEAP1-PGAM5-AIFM1途径驱动。
过度活化的KEAP1可以NFE2L2非依赖性方式介导H2O2诱导的Oxeiptosis，通过KEAP1-PGAM5途径介导AIFM1 Ser116的去磷酸化。
Oxeiptosis在人类疾病中的作用仍然未知。
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结论和展望
尽管细胞死亡的类型“多姿多彩”，但不同的RCD途径之间的关系仍然未知，未来需要更多的RCD研究来：
• 确定不同细胞死亡信号通路之间的相互作用；
• 确定每种类型RCD独特的效应分子；
• 评估针对RCD的促存活机制或重编程机制；
• 研究RCD过度或缺乏在人类疾病中的作用。
参考文献：
Tang, D., Kang, R., Berghe, T. V., Vandenabeele, P., & Kroemer, G. (2019). The molecular machinery of regulated cell death. Cell Res. doi:10.1038/s41422-019-0164-5