【學術前沿】韓家淮/莫瑋合作揭示解除Caspase-8對Necroptosis抑制...

壞死樣凋亡（Necroptosis）是一種由RIP3-MLKL介導的程序性細胞壞死（programmed necrosis）,它可以被Death receptors, TLR receptors, Interferon receptor以及病原體感染等多種刺激所誘發。壞死樣凋亡伴隨著細胞內容物的釋放，它在TNF介導的系統性炎症反應症候群，缺血再灌注損傷，神經退行性疾病，胰腺炎，腸炎等多種病理過程，以及在T細胞穩態維持，胚胎發育等多種生理過程中，都扮演重要角色【1】。由於壞死樣凋亡的炎症屬性，它的誘發受到了極其嚴密的調控，其中最為重要的調控執行者是caspase-8。

體內和體外研究的大量證據表明，caspase-8通過剪切RIP1/RIP3破壞壞死小體（necrosome）的穩定性，從而阻滯壞死樣凋亡的誘發【2】。Caspase-8基因敲除的小鼠胚胎會自發產生RIP3-MLKL介導的壞死樣凋亡，導致胚胎死亡【2,3】；而大多數細胞系都需要抑制caspase-8活性，如額外添加caspase抑制劑如zVAD，才能發生壞死樣凋亡。然而，在caspase-8活性沒有被人為破壞或抑制的情況下，體內多種生理和病理過程中都檢測到了壞死樣凋亡的發生【4】；也有少數的幾種細胞系如L929【5】，NIH3T3-N line【6】, oligodendrocyte【7】等都可以在不需要額外加入zVAD的條件下發生壞死樣凋亡。這些現象表明，在體內必然存在一種內源性機制可以克服caspase-8對壞死樣凋亡的抑制作用。這一未知但關鍵的機制，是細胞死亡研究領域內重要的科學問題。

2020年9月25日，細胞應激生物學國家重點實驗室，廈門大學生命科學學院韓家淮課題組和莫瑋課題組合作在Molecular Cell 雜誌上發表題為「A Non-canonical PDK1-RSK Signal Diminishes Pro-Caspase-8-Mediated Necroptosis Blockade」 的研究文章，報導了非經典的PDK1-RSK信號解除caspase-8對壞死樣凋亡的抑制作用的內源性機制。

Caspase的活性可以被磷酸化等多種翻譯後修飾所調控。作者通過質譜鑑定並確認caspase-8 Thr265磷酸化後可以完全破壞其活性。結構模擬的結果表明，Thr265位於caspase-8的底物結合口袋上，該位點的磷酸化會直接破壞這個底物結合口袋的構象，從而抑制caspase-8的活性。作者在多種發生壞死樣凋亡的細胞系統中，以及在發生壞死樣凋亡的組織中確認caspase-8 Thr265磷酸化的特異性。Caspase-8 Thr265磷酸化發生在壞死小體複合物上，可以替代caspase-8的抑制劑zVAD，穩定壞死小體。Caspase-8 Thr265不受調控的磷酸化可以完全破壞其對壞死樣凋亡的抑制功能，導致壞死樣凋亡的爆發。組成性caspase-8 Thr265磷酸化突變小鼠T265E在胚胎期發生死亡，死因與caspase-8酶活缺失小鼠或caspase-8基因敲除小鼠完全一致——壞死樣凋亡在胚胎發育時期不可控的大爆發。

介導caspase-8 Thr265磷酸化的上遊激酶是什麼？作者發現壞死小體中的RIP1/3以及MLKL都不直接承擔此責；壞死小體通過招募RSK (p90 ribosomal S6 kinase) 實現對caspase-8 Thr265的磷酸化，解除caspase-8對壞死小體的切割活性；通過caspase-8檢驗點使得壞死樣凋亡進程得以繼續。缺失RSK的細胞中壞死小體極不穩定，其TNF誘導的壞死樣凋亡信號的響應顯著減弱；而過表達RSK的細胞無需額外抑制caspase-8 （caspase抑制劑zVAD）即可發生TNF誘導的壞死樣凋亡，表明RSK一定程度上可以替代zVAD促進壞死樣凋亡的效果。

RSK包含兩個激酶結構域，N端激酶結構域和C端激酶結構域。在經典模型中，RSK是通過ERK，RSK的C端激酶結構域和PDK1的依次級聯磷酸化實現激活的【8】。但在TNF誘導壞死樣凋亡過程中， RSK對caspase-8的磷酸化不依賴於RSK的C端激酶結構域以及ERK；RSK的N端激酶結構域被PDK1通過一種全新的非經典的方式激活，並執行磷酸化caspase-8的功能。RSK的N端激酶結構域抑制劑BI-D1870顯著減弱小鼠組織中的壞死樣凋亡，極大地緩解由壞死樣凋亡造成的組織損傷和小鼠死亡。這為治療壞死樣凋亡相關疾病提供了一個全新的可能靶點。

綜上所述，該研究揭示了非經典的PDK1-RSK信號軸是細胞克服caspase-8對壞死樣凋亡檢驗點的內在機制；通過磷酸化抑制caspase-8的活性，從而穩定壞死小體，促進壞死樣凋亡的發生。

據悉，韓家淮課題組博士後楊章華、博士生何鵬以及廈門大學藥學院助理教授吳曉男是該論文的第一作者；韓家淮院士和莫瑋教授為該論文的共同通訊作者。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.09.004

參考文獻

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4. Jouan-Lanhouet, S. et al. Necroptosis, in vivo detection in experimental disease models. Semin Cell Dev Biol 35, 2-13, doi:10.1016/j.semcdb.2014.08.010 (2014).

5. Vercammen, D., Vandenabeele, P., Beyaert, R., Declercq, W. & Fiers, W. Tumour necrosis factor-induced necrosis versus anti-Fas-induced apoptosis in L929 cells. Cytokine 9, 801-808, doi:10.1006/cyto.1997.0252 (1997).

6. Zhang, D. W. et al. RIP3, an energy metabolism regulator that switches TNF-induced cell death from apoptosis to necrosis. Science 325, 332-336, doi:10.1126/science.1172308 (2009).

7. Ofengeim, D. et al. Activation of necroptosis in multiple sclerosis. Cell Rep 10, 1836-1849, doi:10.1016/j.celrep.2015.02.051 (2015).

8. Houles, T. & Roux, P. P. Defining the role of the RSK isoforms in cancer. Semin Cancer Biol 48, 53-61, doi:10.1016/j.semcancer.2017.04.016 (2018).

來源：BioArt

1980-2020

原標題：《【學術前沿】韓家淮/莫瑋合作揭示解除Caspase-8對Necroptosis抑制作用的內源性機制》

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