一种抑制细胞凋亡时 ATP 分泌的非传统自噬途径：开启免疫沉默细胞死亡机制的新视角

《Nature Communications》：An unconventional autophagic pathway that inhibits ATP secretion during apoptotic cell death

为探究调控损伤相关分子模式（DAMPs）释放的机制，研究人员开展了细胞凋亡过程中自噬与 ATP 分泌关系的研究。结果发现非传统自噬途径可抑制死亡细胞释放 ATP，限制细胞死亡的免疫原性。该发现为癌症治疗等提供了新思路。

　　在细胞的生命历程中，凋亡（apoptosis）现象十分关键。它不仅在生物体的发育过程中发挥着重要作用，维持着身体内环境的稳定，还与多种疾病的发生发展密切相关。其中，凋亡细胞的免疫原性一直是科研人员关注的焦点。当细胞凋亡时，损伤相关分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns，DAMPs）的释放会影响其免疫原性，但目前控制 DAMP 暴露的机制尚不明确。在众多 DAMPs 中，ATP 的分泌尤为重要，它作为一种关键的 DAMP，在免疫原性凋亡中起着核心作用，可通过嘌呤能受体吸引吞噬细胞并激活它们分泌促炎细胞因子。然而，ATP 分泌的调控机制以及它与凋亡机制之间的联系却迷雾重重。与此同时，自噬（autophagy）作为细胞内重要的分解代谢过程，虽已知其参与 ATP 分泌，但具体机制仍不清楚，特别是在凋亡过程中自噬爆发的本质和功能影响尚未完全阐明。在这样的背景下，为了深入了解细胞凋亡过程中 ATP 分泌的调控机制，西班牙马德里自治大学和西班牙高等科学研究理事会联合组建的 Centro de Biología Molecular Severo Ochoa 研究团队开展了相关研究。
他们的研究发现，线粒体 BAK（Bcl-2 homologous antagonist/killer）蛋白在被 BH3-only 分子激活后，会诱导一种非传统的自噬反应。这一反应通过将 ATP 隔离到 LC3 阳性囊泡中，抑制了细胞凋亡过程中 ATP 的释放，进而限制了死亡细胞的免疫原性。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为深入理解细胞凋亡的免疫原性调控机制提供了新的视角，也为相关疾病的治疗，尤其是癌症治疗，开辟了潜在的新方向。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是细胞系和基因编辑技术，使用多种细胞系如 HEK-293T、HeLa、MEFs 等，并借助 CRISPR/Cas9 系统和 siRNAs 技术对相关基因进行敲除或干扰；二是蛋白质检测技术，通过 Western blot 和免疫沉淀实验检测蛋白质表达和相互作用；三是显微镜技术，利用免疫荧光、共聚焦显微镜、电子显微镜（EM）和相关光电子显微镜（CLEM）对细胞形态和结构进行观察；四是 ATP 检测技术，测量细胞分泌和细胞内的 ATP 含量。
下面来看具体的研究结果：

1. BAK 介导细胞凋亡时激活的自噬：研究人员通过在小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中逆转录表达 BH3-only 分子，发现只有 BIM、tBID 和 PUMA 能诱导 LC3-II 的大量积累，且该自噬反应依赖于多结构域促凋亡蛋白的存在，BAK 在其中起主要作用。同时，细胞色素 c 释放和 LC3 脂化可以解偶联，表明 BAK 介导的自噬反应与其诱导线粒体外膜通透性（MOMP）的能力无关。
2. BAK 激活的自噬途径是非传统的：研究发现，在 Bax^-/- MEFs 中，BH3-only 诱导剂引起的 LC3 脂化反映了自噬通量的增强，且该自噬途径不依赖于经典自噬的部分上游效应器（如 VPS34、ATG14、BECLIN1），而是由 ATG16L1 的 WD40 结构域（WDD）介导。此外，研究还证明该自噬途径不是由 STING 途径介导，且与线粒体自噬无关。
3. 非典型途径抑制细胞凋亡时的 ATP 释放：研究观察到，由非传统 BAK 依赖的自噬途径产生的 LC3 阳性囊泡可能隔离 ATP。实验表明，Bak^-/-细胞（自噬途径受损）在凋亡过程中比野生型和 Bax^-/-细胞分泌更多 ATP，且凋亡小体中保留的 ATP 更少。同时，抑制 ATP 隔离会增加 ATP 分泌，说明该非典型自噬反应可能阻止 ATP 分泌。
4. BAK 的闩锁结构域诱导 LC3 脂化：研究人员发现，BAK 的闩锁结构域（latch domain）能诱导 LC3 脂化，且该活性区域位于 G146-Q173。此外，BAK 的闩锁结构域与 PHB1/2、STOM 和 VDAC1 相互作用，其中 PHB2 和 STOM 介导了自噬反应。研究还证实，BAK 激活后会组装一个包括 PHBs 和 STOM 的复合物，该复合物可通过 WDD 与 ATG16L1 相互作用，促进非传统自噬的诱导。
5. 非典型自噬途径抑制 BMDMs 释放 IL-1β：研究表明，由 BAK 刺激的非传统自噬途径可能通过抑制 ATP 的释放来抑制吞噬细胞的激活。实验发现，与缺乏 WDD 的 BAX 缺陷型凋亡细胞共孵育时，小鼠骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）会分泌更多的 IL-1β，且 ATP 是诱导 IL-1β 分泌的分子介质。这表明非传统自噬确实抑制了细胞死亡的免疫原性。
   综合上述研究结果，研究人员揭示了一条将细胞内凋亡机制与非传统自噬诱导联系起来的信号通路。该通路由激活的 BAK 启动，通过与 PHB1/2 和 STOM 相互作用，招募 ATG16L1，形成单膜 LC3 阳性囊泡，隔离 ATP，抑制其分泌，从而抑制免疫原性细胞死亡。这一发现不仅为理解细胞凋亡的免疫调控机制提供了重要线索，还提示抑制非传统自噬可能增强细胞死亡的免疫原性，为癌症治疗等提供了潜在的新策略。未来，进一步探究不同自噬机制之间的相互作用以及如何精准调控非传统自噬，将有助于开发更有效的治疗方法，为人类健康带来新的希望。