国自然新热点——泛凋亡，一种新的细胞死亡研究思路

细胞死亡一直是国自然研究热点，并且细胞死亡已被证明在感染、炎症性疾病、神经退行性疾病、癌症等方面起着关键作用；因此。全面了解细胞死亡对于确定新的治疗策略非常重要。细胞凋亡、焦亡、自噬、铁死亡以及最近热度比较高的铜死亡热度不断。长期以来人们一致认为细胞死亡之间是隔离且独立运行的。直到2016年，泛凋亡提出，才揭示细胞死亡之间的相互交联的复杂方式。2023年国自然热点公布后，泛凋亡也被列入其中。

PANoptosis（泛凋亡）是一种炎症性程序细胞死亡，受到PANoptosome（泛凋亡体）复合物的调控，具有细胞焦亡（pyroptosis）、凋亡（apoptosis）和/或坏死性凋亡（necroptosis）的关键特征，这也是PANoptosis术语中“P”、“A”和“N”的来源。此外，最重要的一点，PANoptosis不能被细胞焦亡、凋亡和坏死性凋亡中任意一种死亡方式单独表征。

2022年国自然热点

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接下来用, St. Jude Children’s Research Hospital，Kanneganti 团队一篇经典文献带大家了解泛凋亡，Kanneganti 团队一直致力于泛凋亡研究，感兴趣的老师赶紧跟随小编一起走进泛凋亡，解读解读泛凋亡新思路。话不多说，直接进入主题。

经典文献解读

从细胞焦亡、凋亡和坏死到细胞凋亡:

程序性细胞死亡途径的机制

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研究背景

焦亡、凋亡和坏死是基因上最明确的程序性细胞死亡（PCD）途径，它们复杂地参与了稳态和疾病。尽管这三种PCD通路中关键启动子、效应子和刽子手的识别在历史上都将它们描述为不同的，但越来越多的证据强调了它们之间广泛的串扰。这些观察结果导致了凋亡概念的建立，定义为由凋亡复合物调控的炎症性PCD通路，具有焦亡、凋亡和/或坏死的关键特征，不能单独用这些PCD通路来解释。

图1 . 程序性细胞死亡的研究时间表和特征

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本文要点

·细胞焦亡、细胞凋亡和坏死之间的联系

·泛凋亡小体相互关系

·泛凋亡与疾病的关系  

1细胞焦亡、细胞凋亡和坏死之间的联系

虽然焦亡、凋亡和坏死历来被发现并被描述为独特的、独立的途径，但越来越多的证据表明，这些PCD通路之间存在广泛的相互作用。

1.1细胞焦亡与细胞凋亡组分之间的分子相互作用

从通路起始到最终执行，焦亡通路和凋亡通路在不同水平上密切地相互关联和相互调控，尤其是但细胞发生炎症的时候，凋亡标志物caspase家族会因为细胞被污染以及发生炎症会诱导焦亡蛋白GSDMD.炎症小体激活/焦亡和凋亡之间的另一个关键联系集中在外部凋亡的启动子caspaseCASP8上。因此细胞通路之间相互关联。

1.2细胞凋亡和坏死成分之间的分子相互作用

坏死在历史上被认为是一种备用细胞死亡途径，发生在抑制casp8依赖的凋亡，凋亡和坏死之间的相互作用已经有很好的证明。控制凋亡和坏死之间平衡的中心分子是凋亡启动因子CASP8及其相互作用因子和底物RIPK1。RIPK1表达较高会导致坏死，而RIPK1表达较低或不表达会导致细胞凋亡。遗传和生化数据都支持CASP8、RIPK1平台在调节细胞凋亡和坏死之间（以及凋亡和焦亡）方面至关重要。

1.3细胞焦亡和坏死成分之间的分子相互作用

MLKL参与了TLR3介导的NLRP3炎症小体的激活；MLKL的缺失对TLR3配体poly（I：C）和泛半胱天冬酶抑制剂z-VAD 的结合影响了ASC的寡聚化。最近的研究表明，坏死也可以在巨噬细胞中通过MLKL孔介导的钾外排触发NLRP3炎症小体的激活。在这种情况下，MLKL的激活作用于炎症小体激活的上游，因为抑制NLRP3或CASP1并不能挽救坏死性死亡的。也因此证明焦亡和坏死之间的密切联系。

1.4焦亡、凋亡和坏死成分之间的分子相互作用-pano-凋亡的出现

每两条PCD通路之间的串扰的复杂性表明，存在一个动态的分子相互作用网络，而不引导细胞死亡事件的绝缘通路。这些数据导致了细胞泛凋亡概念的出现，它定义了一种独特的生理相关的、炎症性PCD被特定的触发器激活，并具有焦亡、凋亡和/或坏死的分子特征。许多参与PCD通路的蛋白质包含可以参与同型相互作用的结构域，这形成了调节PCD所必需的多蛋白复合物组装的基础。包括最近的证据表明，在细胞凋亡中有一个额外的复合物称为细胞凋亡复合物。           

2PANoptosome 的组装：

PANoptosome 组件的相互联系

使用串数据库可视化焦亡、凋亡和坏死的物理相互作用强调了所有三个途径的分子之间的许多联系。这些蛋白质用于网络构建也表明，每条路径都不太可能“独立”于其他路径。根据目前对这些蛋白之间分子相互作用的串分析，CASP8是唯一直接连接这三个途径的节点，许多参与PCD通路的蛋白质包含可以参与同型相互作用的结构域，这形成了调节PCD所必需的多蛋白复合物组装的基础。在细胞凋亡中有一个额外的复合物称为细胞凋亡复合物。

图2 . PCD通路中分子的相互作用组分析

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2.1许多x染色体和PNA凋亡小体

如CASP8、FADD和RIPK1。除了核糖体小体和坏死小体的成分明显重叠外，在许多病例的中，炎症小体的激活也依赖于CASP8和FADD的存在。DD超家族成员或RHIM结构域的同型相互作用对迄今为止所描述的每个细胞死亡复合物的形成至关重要；此外，在CASP8的DED 和ASC的P Y D之间已经观察到异型相互作用，并可能作为细胞凋亡小体组装的机制基础 。

2.2PAN凋亡体组装-凋亡小体复合物标志物ZBP1

蛋白质之间的同型和异型结构域的相互作用为细胞小体的形成提供了主干。迄今为止，已经有两个上游分子ZBP1和RIPK1被证实可以在特定刺激下触发细胞细胞组装，中ZBP1细胞组装模型集中在已知的保守域内的同源/异型相互作用，如RHIM、DD、DED、PYD和CARD。RIPK3共免疫沉淀CASP8、ASC、RIPK1、NLRP3和ZBP1和感染IAV的原代巨噬细胞中，RIPK3也共同免疫沉淀ZBP1、CASP8、NLRP3和RIPK1，是焦亡、凋亡和坏死途径中的关键分子。除了免疫沉淀的证据外，显微镜还显示了在IAV感染过程中多个PCD通路的关键成员之间的共定位。ASC斑点代表炎症小体的激活，可以在同一细胞中与凋亡蛋白和坏死蛋白，如CASP8和RIPK3共定位. 因此，与炎症小体激活中分类良好的传感器系统类似，ZBP1代表了识别IAV的典型巨细胞小体传感器。（图3、图4）

图3 . 泛凋亡机制图

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图4 . 凋细胞形成的实验证据。(A)对过表达凋细胞成分的HEK293T细胞中RIPK3的免疫沉淀(B)在IAV感染的WT和RIPK3中RIPK3 的免疫沉淀— / — BMDMs（左）和WT细胞中CASP8的免疫沉淀显示细胞细胞的关键成分之间的相互作用。(C)IAV感染的BMDMs中指示分子的免疫荧光染色显示细胞细胞的主成分共定位。在MOI = 20下用IAV（PR8）感染BMDMs12小时，用抗asc、抗casp8和抗RIPK3染色。比例= 5 lm。星号表示非特异性的条带。

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2.3PAN凋亡体之间相互作用

与炎症小体传感器类似，用于细胞小体组装的传感器可能包含参与传 感触发器和与小体核心成员相互作用的结构域。例如，ZBP1利用其Za2结构域感知RNA，并利用其RHIM与RIPK3相互作用。

除了ZBP1的PANopoto小体，最近的研究还发现了一个以另一种含有RHIM的蛋白RIPK1为中心的细胞小体。该RIPK1凋亡细胞在耶尔森菌感染过程中形成，凋亡和焦亡臂需要RIPK1，而坏死臂被RIPK1 [25]抑制，这意味着凋亡体可以不同地调控焦亡、凋亡和坏死的效应因子。除了RIPK1、RIPK3和ZBP1外，哺乳动物的基因组还包括另一个含有RHIM的蛋白。在TLR3激活和半胱天冬ASE抑制后，TRIF也通过RHIM-RHIM与RIPK3的相互作用来介导细胞死亡。

RIPK1-细胞凋亡体的体外重要性一致，RIPK1、CASP8和FADD，这些细胞凋亡体的核心成员，在宿主防御体内感染[88,152]中起着关键作用。在耶尔森菌感染期间，CASP8或RIPK1的缺失或激酶活性严重损害了宿主的生存。由于已知几种病原体在体外激活多个PCD通路，因此评估使用这些病原体在体内感染过程中的作用是重要的。

鉴于已在多种条件下观察到PANoptosis，如何在这些其他条件下形成PANoptosomes以调节PANoptosis仍然是一个有待进一步研究的领域。

3泛凋亡与疾病的关系

3.1在炎症中应用

在Pstpip2中首次发现了焦亡、凋亡和坏死之间的功能分子串扰的生理证据cmo小鼠骨髓炎模型。携带Pstpip2突变的小鼠(Pstpip2cmo)发展为骨肌瘤性骨炎症，由IL-1b的过度产生驱动，并以炎症小体激活和细胞死亡为特征。然而，单独删除焦亡分子并不能保护这些小鼠免于疾病的侵袭。只有焦亡、凋亡和坏死分子(Pstpip2cmoNlrp3—/—Ripk3—/—Casp8—/—或Pstpip2cmo卡斯普1—/—Ripk3—/—Casp8—/—)可以挽救这些小鼠，表明在这个过程中细胞凋亡这些观察结果强调了泛凋亡在自身炎症性疾病中的生理相关性。

3.2在癌症中应用

与它在炎症条件下通常的负面作用相反，细胞凋亡在癌症中可能是有益的。抵抗细胞死亡是癌症的标志之一，而细胞凋亡具有杀死癌细胞的潜力。如牛痘病毒和水疱性口炎病毒（VSV），是细胞细胞凋亡的潜在诱导物。VSV激活了在MHV和IAV感染期间观察到的许多相同的细胞凋亡标记物。

3.3其他疾病应用

除了在所描述的感染、自身炎症疾病、炎症和癌症靶向中的作用外，细胞亡的成分广泛涉及许多其他病理生理环境，而细胞死亡在这些环境中发挥关键作用。例如，虽缺血性和神经退行性疾病中神经元细胞丢失的原因仍然是神秘的，但炎症小体、CASP8和RIPK1 与神经元死亡有关。在代谢性疾病中，也有类似的关键的细胞凋亡分子和焦亡、凋亡和坏死的参与。因此，细胞凋亡的生理功能可能广泛扩展到疾病谱。

总结

大多数细胞死亡研究都是针对先天免疫细胞进行的，如巨噬细胞，进一步检查其他细胞类型的细胞死亡对于实现细胞死亡途径和效应功能的新发现非常重要。此外，由于不同的PCD模式具有不同的效应功能，不同细胞类型的焦亡、凋亡、坏死和凋亡细胞传递的复杂信息可能是局部组织启动炎症和组织修复反应，以处理无菌和感染损伤的系统反应。

泛凋亡已被分子特征化，并与许多疾病有关。未来的工作中于识别额外的panpo诱导传感器和仔细描述这些传感器对应于各种无菌和致病触发器的成分，这将对利用我们对这一通路的理解，并确定调节其和改善患者预后的方法至关重要。

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