综述|铁死亡和细胞热解后的下一个研究热点是什么?

近两年来，关于铁死亡、热解等细胞死亡方法的研究层出不穷，然而，好的研究方法有很多，但对研究热点的把握却不是那么简单。

　　

细胞死亡的主要方式有两种：凋亡（apoptosis）和坏死（necrosis）。凋亡是由细胞信号通路调控的死亡，而坏死是细胞对环境压力的一种被动死亡方式。

程序性细胞坏死（Necroptosis）是2005年首次提出的概念，近年来被发现在肿瘤发生和转移中发挥重要作用，并具有治疗肿瘤的潜力。从已发表的文章来看，它已经出现了爆发趋势(图1)。

如果错过了铁死亡（Ferroptosis）和焦亡（Pyroptosis）的话，Necroptosis是一个很好的选择。

结合10月份的综述（Necroptosis与肿瘤进展，Trends in Cancer，IF:14.226），我们对necroptosis与肿瘤之间的关系有了详细的了解。

Necroptosis是一种程序性坏死性凋亡，是宿主防御病原体入侵的守门人。Necroptosis的紊乱也是许多炎症性疾病的关键因素。

最近的研究揭示了necroptosis在肿瘤发生和转移中的重要作用，提示以necroptosis为靶点作为一种新的肿瘤治疗方法的潜力。

尽管necroptosis的分子机制已经得到了很好的研究，但肿瘤细胞necroptosis在肿瘤发生和转移中的详细调控和作用才刚刚出现。

Necroptosis炎性细胞死亡，最初被发现是死亡域受体参与后替代凋亡的一种方式。

在死亡域受体（如肿瘤坏死因子受体TNFR和Fas）和Toll样受体3/4（TLR3/4）下游，由受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1（RIPK1）-RIPK3混合谱系激酶域样假激酶（MLKL）组成的典型坏死凋亡通路被触发。

活性RIPK1在含有FADD、caspase-8和caspase-10的寡聚复合物中被招募。

在缺乏caspase-8的情况下，RIPK1招募并磷酸化RIPK3以形成RIPPotosome，然后磷酸化MLKL以形成坏死体。

MLKL寡聚体转移到质膜上富含磷脂酰肌醇磷酸（PIP）的斑块上，形成大孔，通过允许离子内流、细胞肿胀和膜溶解以及随后的细胞内物质消耗和释放导致坏死细胞死亡。

免疫系统也进化出一种通过绕过ripk1介导的RIPK3-MLKL上游激活信号来预防病毒感染的方法。含有RHIM结构域的蛋白质，如Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）和含有tir结构域的适配器诱导干扰素-β（TRIF），可通过RIPK3的RHIM结构域直接与RIPK3结合，导致ripk1的独立激活和坏死性凋亡。

因此，无论上游触发因素如何，RIPK3和MLKL都是necroptosis的重要组成部分（图2）。

与其他类型的程序性细胞死亡（如铁死亡和裂解）类似，近年来necroptosis被认为是调节肿瘤发生和发展的重要事件。

坏死信号通路在肿瘤发展、肿瘤坏死、肿瘤转移和肿瘤免疫反应中起着重要作用。

然而，研究结果表明，根据肿瘤类型，坏死可能是原肿瘤的（primordial）或抗肿瘤的。

肿瘤细胞坏死

肿瘤坏死通常见于实体瘤的核心区域，原因是血管化不良以及随后的缺氧和营养缺乏。

在小鼠和人类实体瘤的坏死区域可以检测到necroptosis。

尽管TNF通路在肿瘤发生中起到促生存和细胞毒性作用，但目前的假设是TNF诱导的necroptosis是肿瘤细胞坏死的原因，因为TNF的初始作用是导致肿瘤坏死。

然而，最近的研究发现，在不同的肿瘤模型中，肿瘤细胞坏死和肿瘤发展并不需要RIPK1作为TNF信号传导的中心节点，这表明TNF不是肿瘤发展过程中肿瘤坏死的触发因素。相反，在肿瘤发展过程中，葡萄糖剥夺似乎会导致肿瘤细胞necroptosis。

在乳腺癌的临床前模型中，葡萄糖剥夺导致线粒体DNA/RNA（mtDNA/RNA）释放到细胞质中。细胞质mtDNA或mtRNA与ZBP1结合并以依赖于BCL-2家族的noxa蛋白的方式激活RIPK3-MLKL轴。

虽然已知ZBP1介导病毒感染引起的necroptosis，但它在各种情况下的坏死中也起着关键作用，包括RIPK1缺失引起的死亡。

这些发现进一步支持了肿瘤坏死与营养不良环境相关的观察，并且这些途径可以在不依赖RIPK1的情况下触发necroptosis。

ZBP1在其他类型肿瘤细胞necroptosis中的重要作用需要进一步研究。

最近的研究结果还表明，在小鼠乳腺癌模型中，necroptosis是肿瘤坏死的一种主要形式，因为肿瘤细胞中MLKL的丢失在很大程度上消除了肿瘤坏死，并杀死了其余的肿瘤坏死。

该区域肿瘤细胞的死亡模式转变为凋亡。

然而，目前尚不清楚necroptosis是否是所有实体瘤，尤其是人类癌症中肿瘤坏死的唯一原因。

热解作为细胞凋亡后的继发性溶解性细胞死亡，也可能导致肿瘤坏死。程序性死亡配体1（PD-L1）诱导并切割gasdermin C（GSDMC），将TNFα诱导的凋亡转化为癌细胞的裂解，导致肿瘤坏死。

目前尚不清楚肿瘤中的营养不良环境是否通过葡萄糖缺乏引起的necroptosis以外的机制诱导坏死。

例如，当半胱氨酸供应被阻断，铁死亡可能被诱导。

RIPK3与肿瘤发生中的necroptosis

癌症细胞系百科全书（CCLE）数据库显示，RIPK3在许多人类实体癌细胞系中较低或检测不到，结肠、胆管和胰腺癌细胞除外，它们表现出高水平的RIPK3表达。

此外，RIPK3在几乎所有的液体癌细胞系中高度表达，这表明组织的发育起源和谱系规范决定了RIPK3在不同癌细胞系中的表达。

此外，RIPK3的沉默可能是基因DNA甲基化的表观遗传修饰或致癌突变（如BRAF突变）的结果。这种导致RIPK3低表达和抗坏死的表观遗传和遗传变化可能有利于癌细胞的存活。

事实上，变异型异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）产生的2-羟基戊二酸（2-HG）与DNMT1结合，诱导RIPK3启动子的高甲基化，并使肿瘤细胞对necroptosis更具抵抗力。

根据肿瘤的类型和肿瘤发生过程中的条件，ripk3介导的necroptosis似乎是抗肿瘤或原肿瘤的（primordial）。

一项研究报告，RIPK3的缺失既不影响myc驱动的淋巴瘤的生长，也不影响化疗诱导的恶性淋巴瘤细胞的细胞毒性。

然而，RIPK3的下调与几种癌症（如急性髓系白血病）的低生存率有关，这表明坏死具有抗肿瘤作用。

在机制上，RIPK3可能通过促进髓系白血病的发生来限制RIPK3-mlkl介导的白血病起始细胞坏死和分化的发生。

此外，用去甲基化药物恢复RIPK3可以协同提高几种一线化疗药物在乳腺癌模型中的疗效。

相反，RIPK3和necroptosis的表达在胆管癌和胰腺癌等高级别肿瘤的发生中可能至关重要，尽管其机制尚不完全清楚。

在浸润性和复发性乳腺癌中，RIPK3的上调对于癌细胞的旺盛增殖也是必要的。

当来自侵袭性小鼠乳腺肿瘤细胞系MVT1的癌细胞在小鼠乳腺脂肪垫中生长时，它们迅速恢复RIPK3的表达，并且RIPK3促进这些肿瘤细胞的坏死和凋亡。

对于RIPK3介导的坏死在肿瘤发生中的这些看似矛盾的作用，一个可能的解释是，除了介导necroptosis外，RIPK3在不同病理条件下的炎症反应中也起着关键作用。

尽管RIPK3表达的缺失或RIPK3激酶活性的抑制可以预防necroptosis，但它们也可以抑制RIPK3介导的炎症，如白细胞介素（IL）-6和CXC基序趋化因子配体1（CXCL1）。这是调节肿瘤发生和发展的关键因素。

因此，ripk3介导的necroptosis在肿瘤发生中的确切作用需要进一步研究。RIPK3介导的necroptosis和炎症对肿瘤发生的影响应通过MLKL基因敲除小鼠肿瘤模型来描述。然而，RIPK3介导的necroptosis可以在不同类型的肿瘤和不同的癌症发展阶段发挥抗肿瘤和原肿瘤作用。

Necroptosis与肿瘤免疫

CD8+T细胞可以通过抗原交联激活获得抗肿瘤免疫。这可能是由通过抗原呈递细胞（如树突状细胞）死亡的细胞引起的。激活肿瘤细胞坏死，增强抗肿瘤免疫。因此，以坏死为靶点诱导抗肿瘤免疫是一种可行的策略，尤其是当细胞凋亡被阻断时。

坏死细胞死亡过程中RIPK1的表达和NF-κB的激活是有效交叉启动和抗肿瘤免疫所必需的。

同样，在实验小鼠模型中，接种坏死性癌细胞可诱导有效的抗肿瘤免疫。然而，necroptosis在癌症免疫中的确切作用仍然存在争议。

一些证据反驳了坏死细胞死亡的免疫原性。首先，坏死的肿瘤细胞释放高水平的钾，抑制CD4+和CD8+T细胞的活性，从而阻断黑色素瘤的抗肿瘤免疫。

类似地，胰腺导管腺癌（PDAC）细胞坏死途径的激活在CXCL1-CXC基序趋化因子受体2（CXCR2）和Sin3A相关蛋白130（SAP130）巨噬细胞中以旁分泌依赖的方式诱导钙依赖性凝集素受体（Mincle）产生免疫抑制性肿瘤微环境。

此外，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中RIPK1的上调有助于胰腺导管腺癌（PDAC）的免疫耐受和免疫治疗抵抗，因为TAMs以stat1依赖的方式转化为m2样表型。

同时，GSK 547抑制RIPK1可诱导细胞毒性T细胞活化，产生m1样表型，增强免疫治疗。

然而，这一发现不能被另一种小鼠ripk1特异性抑制剂GNE684复制。尽管这两种不同的RIPK1抑制剂的特异性可能导致相互矛盾的结果，另一种可能的解释是使用基因不同的PDAC小鼠模型，p48Cre；KrasG12D（KC）和Pdx1Cre；KrasG12D；Trp53R172H（KPC）和Pdx1Cre；KrasG12D；p16/p19flox/flox（KPPC）和Pdx1Cre；KrasG12D；p16/p19flox/WT；Trp53R172H（KPPPC）。

在第二项研究中，由p16/19额外缺失驱动的致癌程序在肿瘤发展中可能对RIPK1有不同的要求。尽管necroptosis在调节肿瘤免疫中的作用需要进一步阐明，但我们认为慢性自发性necroptosis通过抑制某些类型癌症的抗肿瘤免疫促进肿瘤的发展。由化疗或放疗引起的急性大面积necroptosis极大地破坏了肿瘤生长并触发免疫原性反应（图3）。

Necroptosis与转移

肿瘤细胞necrptosis可能是肿瘤坏死的原因之一。肿瘤坏死通常与肿瘤的侵袭和转移有关，被认为是实体癌预后不良的一个特征。

事实上，MLKL在小鼠乳腺肿瘤中的缺失对晚期肿瘤的生长影响不大，而通过MLKL消融术阻断necroptosis可显著降低乳腺癌细胞的肺转移。

这种转移能力的降低并非由于细胞在迁移过程中的自主缺陷，因为当与野生型细胞混合或静脉注射时，MLKL阴性细胞的转移没有受到损害，这表明坏死性肿瘤微环境促进了肿瘤细胞的转移。

与凋亡性细胞死亡不同，坏死性细胞死亡可以在不破坏质膜的情况下有效去除死亡细胞，坏死性细胞死亡可导致“渗漏”并随后释放细胞内成分。

各种细胞表面蛋白的分裂，如E-钙粘蛋白，是坏死性连接过程中的早期事件。

去整合素和金属蛋白酶（ADAMs）在坏死的凋亡细胞中分裂E-钙粘蛋白，导致可溶性E-钙粘蛋白的释放，并促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。

E-钙粘蛋白，以前被定义为肿瘤抑制因子和上皮标记物，已被证明在乳腺癌的转移中是必不可少的。

E-cadherin抑制TGFβ诱导的弥漫性肿瘤细胞凋亡。

此外，可溶性E-钙粘蛋白通过调节促生存信号和免疫抑制途径对E-钙粘蛋白的促转移作用至关重要。在B16-F10黑色素瘤转移模型中，除了肿瘤细胞坏死外，内皮细胞坏死还可促进肿瘤细胞溢出和转移。

从机制上讲，来源于肿瘤细胞的淀粉样前体蛋白（APP）参与死亡受体6（DR6），激活内皮细胞necroptosis，促进循环肿瘤细胞外渗。

多种功能丧失模型证实了典型的RIPK1-RIPK3-MLKL轴介导内皮细胞necroptosis的必要性。

然而，最近一项使用相同黑色素瘤模型的研究挑战了内皮细胞necroptosis在转移中的重要作用。

RIPK1的抑制或RIPK3的丢失（阻断内皮细胞坏死）对转移没有显著影响。

这些相互矛盾的观察结果可能是两项研究中使用的不同ripk3基因敲除动物以及用于静脉注射的细胞数量的结果。

前者使用内皮细胞特异性ripk3基因敲除宿主，细胞数量较少，而后者在ripk3基因敲除的背景下在全身范围内使用更多的肿瘤细胞。

总之，necroptosis可通过多种机制促进肿瘤转移，但其机制尚不清楚。对于晚期肿瘤necroptosis，它是治疗肿瘤转移的有效方法。

结论

新的证据阐明了necroptosis在癌症中的作用。

然而，坏死在肿瘤发展中的确切作用仍然存在争议。

扩大针对不同类型癌症中坏死下垂途径关键成分的基因工程小鼠模型（GEMM），对于描述坏死下垂在肿瘤发生和转移中的确切作用，以及理解癌症具有不同功能的坏死下垂的潜在机制至关重要。

例如，未来的研究将阐明necroptosis在肿瘤发生中的作用是否是组织特异性的，以及它在不同类型的癌症中是原致瘤性的（primordial）还是抗肿瘤性的。

因此，了解不同肿瘤模型中necroptosis不同功能的潜在机制将为探索靶向阻断或诱导不同类型癌症necroptosis作为一种新的癌症治疗方法提供思路。

已经发现了多种靶向RIPK1和RIPK3的小分子，包括一些FDA批准的癌症治疗药物。

然而，这些坏死抑制剂临床应用的一个主要障碍是RIPK1和RIPK3可能不是阻断坏死的理想靶点，因为在某些病理条件下，RIPK1可能不是坏死的关键介质，并且RIPK1和RIPK3也是细胞炎症。反应的关键介质。

靶向RIPK1可引起宿主毒性，因为RIPK1的缺失会导致小鼠出生后死亡，靶向RIPK3激酶活性可能导致RIPK1和caspase-8依赖性凋亡。

最近几次RIPK1在不同疾病中的临床试验失败进一步表明，该激酶可能不是预防necroptosis的理想靶点。

此外，靶向MLKL可能提供更好的治疗反应，因为MLKL仅用于necroptosis，不影响小鼠的发育。尽管缺乏MLKL的特异性抑制剂，但靶向MLKL寡聚化是一种有希望减轻necroptosis的方法。

尽管争议仍然存在，但对癌症necroptosis途径的持续研究将有助于提高我们对癌症生物学的理解，并找到对抗这种疾病的新方法。