細胞程序性壞死（necroptosis）是一種炎性細胞死亡途徑，已被證明是驅(qū)動人類多種炎性疾病和退行性疾病發(fā)生發(fā)展的重要原因。在經(jīng)典的程序性壞死通路中，腫瘤壞死因子TNF在特定情況下誘導(dǎo)受體互作蛋白激酶RIPK1活化，隨后RIPK1與RIPK3相互作用形成壞死小體（necrosome）并激活RIPK3。RIPK3進而磷酸化MLKL，引發(fā)MLKL構(gòu)象改變、寡聚化和轉(zhuǎn)位到細胞質(zhì)膜，并在細胞質(zhì)膜上打孔以介導(dǎo)細胞裂解。雖然程序性壞死是一種細胞質(zhì)膜裂解性死亡形式，但細胞核仍然保持相對完整，且鮮有核膜破裂的現(xiàn)象。此外，控制程序性壞死發(fā)生的死亡復(fù)合物，比如壞死小體的組裝和作用均發(fā)生在細胞質(zhì)中。

2024年3月27日，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心許代超課題組在Nature Cell Biology發(fā)表了題為“Defective prelamin A processing promotes unconventional necroptosis driven by nuclear RIPK1”的研究論文，揭示了一種全新的由毒性蛋白prelamin A啟動的細胞核程序性壞死通路。這種細胞核程序性壞死由核RIPK1介導(dǎo)，并誘導(dǎo)細胞核壞死小體的形成，進而引起核膜的破裂和DNA向胞質(zhì)中的泄露，從而造成強烈的炎癥反應(yīng)和最終的細胞死亡。

Prelamin A由LMNA基因編碼，是核纖層蛋白lamin A的前體蛋白。在正常情況下，位于細胞核內(nèi)的prelamin A經(jīng)過法尼基化修飾最終被鋅金屬蛋白酶ZMPSTE24剪切去除C-端形成成熟的lamin A（圖1）。因此，法尼基化的prelamin A是一種瞬時形態(tài)，在健康的細胞和組織中不會出現(xiàn)。然而，在一類罕見的人類早衰疾病中，LMNA或ZMPSTE24基因突變恰好造成法尼基化的prelamin A不能被正常剪切而在細胞中發(fā)生累積（圖1）。遺傳學(xué)證據(jù)表明，法尼基化prelamin A 的積累是導(dǎo)致早衰疾病的唯一原因，但法尼基化prelamin A 造成毒性的分子機制至今仍不清楚。

圖1. 左，正常情況下， prelamin A經(jīng)過法尼基化修飾最終被鋅金屬蛋白酶ZMPSTE24剪切去除C-端形成成熟的lamin A。右，ZMPSTE24基因突變造成法尼基化的prelamin A在細胞中發(fā)生累積并造成毒性。

在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)ZMPSTE24缺失使得細胞對于TNF刺激引起的細胞死亡更加敏感。而且這種敏感性的增加是由RIPK1/RIPK3/MLKL介導(dǎo)的程序性壞死引起。此外，這種程序性壞死的發(fā)生依賴于prelamin A蛋白的累積。在機制上，定位于細胞核膜內(nèi)側(cè)的prelamin A可以發(fā)揮支架蛋白的功能，通過其C-端招募被TNF激活的RIPK1進入細胞核內(nèi)，并促進核RIPK1的進一步活化，進而誘導(dǎo)核RIPK3的激活以及核壞死小體的形成，最終導(dǎo)致核MLKL的激活和核膜的破裂、以及DNA向胞質(zhì)中的泄露和最終的細胞死亡（圖2）。

另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種細胞核壞死途徑依賴于prelamin A的法尼基化修飾。法尼基修飾是一種長鏈脂肪酸修飾，可以將prelamin A錨定在細胞核膜的內(nèi)側(cè)。這種錨定作用有助于穩(wěn)定prelamin A所形成的平臺功能，從而促進細胞核內(nèi)壞死小體的裝配（圖2）。這一發(fā)現(xiàn)為臨床上采用法尼基轉(zhuǎn)移酶抑制劑進行早衰疾病干預(yù)提供了理論依據(jù)。

圖2. 毒性蛋白prelamin A啟動的由核RIPK1介導(dǎo)的非典型細胞核程序性壞死途徑的機制模式圖

最后，由于Zmpste24^-/-小鼠可表現(xiàn)出類似人類早衰疾病的表型，研究人員在Zmpste24^-/-小鼠的多種組織中均檢測到了RIPK1的激活以及程序性壞死的發(fā)生。重要的是，通過遺傳學(xué)的手段抑制小鼠體內(nèi)RIPK1的激酶活性或者基因敲除RIPK3/MLKL，可以顯著抑制由prelamin A引起的細胞核程序性壞死的發(fā)生，并極大的拯救Zmpste24^-/-小鼠的早衰表型和顯著延長小鼠的壽命。

總之，這項研究確定了一種非典型的由prelamin A介導(dǎo)的細胞核至細胞質(zhì)的程序性壞死途徑，以及其在prelamin A相關(guān)的早衰疾病中的重要作用。由于RIPK1抑制劑目前處在多個疾病的臨床試驗當中，RIPK1抑制劑藥物的成功開發(fā)將為治療這類罕見疾病提供新的選擇。

Nature Cell Biology雜志同期發(fā)表了細胞死亡領(lǐng)域權(quán)威澳大利亞WEHI研究所John Silke教授的news & views文章對該研究進行了新聞觀點評述。

中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心許代超研究員為該文通訊作者，中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心博士生楊元鑫和蘇州大學(xué)張健副教授為該文共同第一作者。中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心Yuan Junying教授、鄒呈雨研究員、單冰副研究員等人為該工作提供了寶貴的幫助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-024-01374-2