Science子刊：揭示高滲應激誘導程式性細胞壞死的分子機制
2022-12-31由 中國生物技術網 發表于 農業
滲透壓的單位mosm/kg如何念出來
水是生命之源，組成生物體的細胞都生活在液態水環境中。細胞內部由疏水的細胞膜和外界隔開。細胞內外離子和其他如葡萄糖等小分子對細胞內外的水分子保持著等同的滲透壓，從而使水分子不會單項流動造成細胞損傷。細胞內和血漿中滲透壓於0。9%的氯化鈉相當，故被稱為生理鹽水。當細胞外液滲透壓過高（高滲應激）或過低（低滲應激）時，細胞會失水或漲水，都會對細胞造成損害。在正常情況下，除少數專門處理水鹽平衡的細胞外（腎髓質），人體內細胞生長所處液態環境的滲透壓被嚴格限定在285-300 mOsm/kg之間
（1）
；在疾病或應激狀態下，可能會出現因水電解質紊亂而導致的滲透壓變化，如果糾正不及時則會引起嚴重後果。之前的研究表明，在高滲應激下，即細胞內液滲透壓低於細胞外液滲透壓，會導致細胞內水分流失，細胞骨架改變以及細胞皺縮，細胞內離子和生物大分子因濃度升高而積聚，DNA發生斷裂，細胞正常的訊號轉導受到影響。於此同時，處於高滲環境的細胞也會啟動包括啟用離子轉運蛋白在內的一系列適應性反應，可是一旦高滲應激超過細胞適應閾值，細胞將會不可避免的走向死亡
（2-3）
。儘管人們早就觀察到這一現象，但其中的分子機制尚不清楚。
長期以來，王曉東實驗室深耕於包括程式性細胞凋亡（apoptosis）和程式性細胞壞死（necroptosis）在內的程式性細胞死亡訊號通路的研究，先後發現了細胞壞死的關鍵調控蛋白RIPK3
（
4
）
和MLKL
（
5
）
。2022年5月17日，王曉東實驗室在
Science Signaling
雜誌上發表了題為“Osmotic stress activates RIPK3/MLKL-mediated necroptosis by increasing cytosolic pH through a plasma membrane Na
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/H
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exchanger”的研究成果，揭示了高滲應激誘導細胞死亡的分子機制—高滲應激透過誘發RIPK3介導的程式性細胞壞死導致細胞死亡。
在這項研究中，研究人員發現當細胞處於高濃度的NaCl或Sucrose製造的高滲應激環境中時，除觀察到細胞死亡之外還可以檢測到RIPK3以及RIPK3依賴的MLKL的磷酸化訊號，而敲除RIPK3或MLKL基因均可以阻斷上述生化反應和細胞死亡，這表明高滲應激會誘導RIPK3介導的程式性細胞壞死的發生。出乎意料的是，RIPK3的啟用並不依賴於其已知的上游蛋白RIPK1、DAI或TRIF，此外，針對RIPK3結構功能實驗也證明了高滲應激誘導的RIPK3啟用僅需要其激酶結構域而並不依賴RHIM（RIP homotypic interaction motif）結構域，這表明高滲應激誘導的RIPK3啟用與所有已知的程式性細胞壞死訊號通路均不相同，並不需要透過RHIM結構域與上游蛋白直接發生相互作用。為了進一步找到高滲應激誘導RIPK3啟用的上游關鍵分子，研究人員採用CRISPR/Cas9全基因組篩選的方法，發現並證明了Na
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/H
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轉運體SLC9A1參與了高滲應激誘導的細胞壞死訊號通路。進一步的細胞和生化實驗證明了高滲應激透過啟用SLC9A1導致細胞內pH升高，而細胞內環境的鹼化可以直接啟用RIPK3進而誘導細胞壞死的發生（下圖）。總的來說，該研究揭示了高滲應激誘導的細胞壞死分子機制，發現了細胞壞死關鍵蛋白RIPK3新的啟用機制，拓寬了對細胞壞死訊號通路的認識。
本文的第一作者是王曉東實驗室的博士研究生張文彬，其他作者包括王曉東實驗室樊煒亮博士和郭佳博士。王曉東博士為本文的通訊作者。該課題的研究經費來自中國科技部、國家自然科學基金和北京市科學技術委員會。
參考文獻：
1。Noda， M。 & Sakuta， H。 Central regulation of body-fluid homeostasis。
Trends in Neurosciences
36
， 661–673 （2013）。
2。Burg， M。 B。， Ferraris， J。 D。 & Dmitrieva， N。 I。 Cellular response to hyperosmotic stresses。
Physiological reviews
87
， 1441–1474 （2007）。
3。Sthr， D。 & Rehm， M。 Linking hyperosmotic stress and apoptotic sensitivity。
The FEBS journal
288
， 1800–1803 （2021）。
4。He， S。
et al。
Receptor interacting protein kinase-3 determines cellular necrotic response to TNF-alpha。
Cell
137
， 1100–1111 （2009）。
5。Sun， L。
et al。
Mixed lineage kinase domain-like protein mediates necrosis signaling downstream of RIP3 kinase。
Cell
148
， 213–227 （2012）。