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为探究治疗炎症性疾病的新策略,研究人员聚焦 NINJ1,发现抑制它可减轻疾病,为相关治疗带来曙光。
细胞死亡是生命过程中的一种基本现象,但它却与许多疾病的发生发展息息相关。在正常情况下,细胞死亡可以维持组织的稳态,就像打扫房间一样,清除受损或多余的细胞,让身体环境保持整洁有序。然而,当细胞死亡过程出现异常时,就好比打扫时打破了花瓶,会引发一系列 “麻烦”,其中炎症性疾病就是这些 “麻烦” 中的一大类。
过去,人们一直认为细胞死亡时细胞膜的破裂是一个被动的过程,就像气球破了是因为内部压力大而自然爆开一样。但近年来的研究却颠覆了这一认知,原来细胞破裂竟然是一个由跨膜蛋白 Ninjurin - 1(NINJ1)介导的主动过程,这一发现让科学家们大为震惊。NINJ1 在多种细胞死亡方式中,如焦亡(pyroptosis)、凋亡后裂解(post - apoptosis lysis)、铁死亡(ferroptosis)以及坏死(necrosis)等,都扮演着关键角色。一旦被激活,它就会像一群训练有素的 “破坏分子”,在细胞膜内聚集形成大的寡聚体,从而引发细胞裂解。而且,细胞破裂后会释放出细胞内的危险相关分子模式(DAMPs),这些 “危险分子” 就像警报器,会激活炎症反应,导致炎症性疾病的发生和发展。
为了深入了解 NINJ1 在细胞死亡和炎症性疾病中的作用,来自加拿大多伦多病童医院(The Hospital for Sick Children)、多伦多大学(University of Toronto)的 Claire Ju - Eun Hur 和 Benjamin Ethan Steinberg 等研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Molecular Medicine》杂志上,为治疗炎症性疾病提供了新的思路和方向。
研究人员在研究过程中采用了多种技术方法。在细胞模型构建方面,利用不同刺激诱导细胞发生凋亡、焦亡和铁死亡等不同形式的死亡;在基因层面,通过基因敲除技术,构建 Ninj1 基因敲除小鼠模型,以此探究 NINJ1 缺失对细胞死亡和疾病进程的影响;在药物干预实验中,使用了甘氨酸(glycine)、蝇蕈醇(muscimol)等药物,观察它们对 NINJ1 介导的细胞破裂的抑制作用;此外,还通过功能性筛选获得了抗 NINJ1 中和抗体(clone D1),并在多种急性肝损伤模型中进行治疗效果的评估。
NINJ1 的结构与激活机制
NINJ1 是一种 16 - kDa 的跨膜蛋白,在多细胞动物中高度保守。它在静息巨噬细胞中以低阶多聚体形式存在,处于非激活状态的 NINJ1 是面对面的同源二聚体,通过极性接触稳定,其膜破裂诱导的亲水表面隐藏起来,处于自我抑制状态。当受到细胞死亡信号刺激时,NINJ1 会迅速聚集形成大的寡聚体。虽然其激活的分子触发因素和调节方式仍不完全清楚,但已有研究表明,细胞肿胀、钙离子内流等可能参与其中。钙离子内流或许通过改变细胞膜的生物物理性质,诱导 NINJ1 聚集。不过,究竟是什么在静息状态下限制 NINJ1 自发聚集,目前还是一个未解之谜。
NINJ1 介导的细胞破裂与炎症性疾病的关系
NINJ1 介导的细胞膜破裂会释放出多种促炎性 DAMPs,例如高迁移率族蛋白 B1(HMGB1)、循环游离 DNA(cfDNA)等。这些 DAMPs 就像点燃炎症 “大火” 的火种,会激活炎症反应,推动炎症性疾病的发展。以肝脏疾病为例,在肝缺血 - 再灌注损伤(IRI)和药物性肝损伤等疾病中,HMGB1 释放后,通过与 Toll 样受体(TLR)和晚期糖基化终产物受体(RAGE)结合,激活促炎通路,加重肝细胞损伤。cfDNA 则可以激活核酸传感通路,如环鸟苷酸 - 腺苷酸合成酶(cGAS) - 干扰素基因刺激蛋白(STING)通路,引发 1 型干扰素免疫激活,同样加剧肝脏炎症。
然而,细胞死亡也并非只有负面影响。一些 DAMPs,如丝状肌动蛋白(F - actin),却有着相反的作用。树突状细胞上的自然杀伤细胞凝集素样受体 1(DNGR - 1,基因名 CLEC9A)可以识别从破裂细胞中暴露的 F - actin,这不仅能介导死亡细胞相关抗原的交叉呈递,增强细胞毒性 T 细胞的启动效率,促进适应性免疫反应;还能减少炎症细胞因子和趋化因子的产生,限制中性粒细胞向无菌炎症部位的募集,减轻组织损伤。此外,焦亡过程中释放的一些促修复代谢物,如氧脂素(oxylipins),可以促进组织修复。这表明细胞死亡在一定程度上也有着积极意义,NINJ1 在其中的具体作用机制还需要进一步研究。
靶向 NINJ1 治疗炎症性疾病的研究
在明确了 NINJ1 在炎症性疾病中的重要作用后,研究人员开始探索靶向 NINJ1 的治疗策略。在临床前研究中,多种方法展现出了潜在的治疗效果。甘氨酸可以抑制 NINJ1 在细胞膜内的聚集,维持细胞完整性,但其作用机制尚不清楚,可能是通过稳定 NINJ1 二聚体来限制其形成导致细胞破裂的大聚集体。蝇蕈醇,作为一种 GABAA受体激动剂,也被发现可以抑制 NINJ1 介导的膜破裂,在脂多糖诱导的脓毒性休克模型中发挥保护作用。不过,甘氨酸和蝇蕈醇都存在药代动力学不佳和脱靶效应等问题。
为了克服这些问题,研究人员通过功能性筛选获得了抗 NINJ1 中和抗体 clone D1。它能够特异性地抑制 NINJ1 寡聚化,在多种急性肝损伤模型,如药物诱导的暴发性肝炎和肝 IRI 模型中,clone D1 治疗显著减轻了肝脏损伤和全身炎症反应,降低了血清中肝细胞损伤标志物和促炎性细胞破裂标志物(如 HMGB1)的水平。这一结果令人振奋,为靶向 NINJ1 治疗炎症性疾病带来了新的希望。
综上所述,这项研究表明靶向 NINJ1 介导的细胞破裂是一种可行的治疗炎症性疾病的策略。在肝 IRI 等疾病中,抑制 NINJ1 展现出了良好的保护作用,这为实体器官移植过程中的组织保护提供了新的靶点,有望改善移植后的不良结局。然而,目前仍有许多问题需要进一步研究。例如,长期抑制 NINJ1 可能带来的负面后果还不清楚,毕竟细胞死亡在组织修复和免疫反应转换中也有着重要作用;而且 clone D1 对人 NINJ1 蛋白无显著反应,开发针对人 NINJ1 的特异性抗体或小分子药物迫在眉睫。未来,随着对 NINJ1 激活和调节机制的深入了解,有望发现更多可靶向的分子和细胞过程,为炎症性疾病的治疗开辟新的道路。