Cell Reports | Matthias Mann團隊新研究揭示凋亡Vs壞死性細胞...

本文由景傑學術團隊原創解讀

細胞死亡(cell death)可表現為壞死（necrosis）和凋亡（apoptosis）。既往研究表明，凋亡和壞死細胞周圍微環境上存在不同特性。兩種死亡方式通過釋放不同的分子，從而導致明顯不同的生理結果。近年來，基於質譜的蛋白質組學的飛速發展，為系統地研究不同死亡方式下細胞內含物的釋放提供了一個全面的發現工具。

2020年1月28日，蛋白質組學研究領域著名科學家Matthias Mann團隊（德國Max Planck Institute of Biochemistry）在著名學術期刊Cell Reports上發表論文，運用基於質譜的蛋白質組學技術，深度揭示了細胞凋亡和壞死病期間的蛋白質釋放差異與動態變化。

研究人員在淋巴瘤細胞系和人類原發性巨噬細胞中誘導了TNF介導的細胞凋亡和壞死，通過蛋白質組學分析揭示了從中釋放的數百種蛋白質。發現兩種細胞死亡類型均引起受體脫落，但僅凋亡細胞釋放核小體成分。壞死性細胞通過在壞死誘導的膜透化的早期激活溶酶體胞吐作用來釋放溶酶體成分，並減少了常規分泌的細胞因子的釋放。

圖1. TNF誘導的細胞凋亡和壞死期間動態釋放的蛋白質

1. T細胞凋亡和細胞壞死蛋白質組定量分析

為了揭示凋亡和壞死性炎症的差異，研究者利用label-free蛋白質組定量技術（質譜策略）對TNF誘導的凋亡性（TNF+SM）和壞死性（TNF+SM+IDN-6556）U937細胞上清液（樣本策略）進行了定量分析，共鑑定出3,507個蛋白質。研究發現，與對照組相比，細胞壞死有數百種蛋白質的水平發生了顯著變化，兩種死亡方式蛋白差異主要體現在胞質蛋白的減少，以及線粒體蛋白和ER蛋白的增加（圖2）。

圖2. 進行TNF誘導的細胞凋亡和壞死性細胞上清液分析

2. 壞死性細胞中常規分泌的細胞因子的釋放明顯減少

蛋白組分析顯示與對照組相比，U937細胞壞死後期常規的細胞因子（含N端信號肽）分泌顯著下調，而非常規細胞因子分泌無顯著差異。進一步對壞死刺激的ER- Golgi網絡分泌的常規細胞因子的系統檢測結果顯示：壞死早期常規分泌細胞因子顯著增加，壞死後期只檢測到少量常規細胞因子，而其細胞內水平和非常規因子的分泌在壞死前後期都無顯著變化，表明ER- Golgi網絡在壞死前期被激活，而在壞死後期被抑制（圖3）。

圖3.壞死性細胞中常規分泌的細胞因子的釋放減少

3. 壞死和凋亡細胞中發生受體脫落

進一步對比凋亡和壞死細胞釋放的蛋白質譜，研究人員發現「受體」蛋白在兩種上清液中顯著富集。然而，基於細胞外囊泡的蛋白質組分析證實「受體」蛋白並非通過胞吐釋放。通過與DMSO處理組比較發現，「受體」蛋白衍生自受體胞外域的肽段，而「受體」蛋白脫落通過金屬蛋白酶家族介導；與未處理組相比，「受體」蛋白脫落與其表達水平無關。另外，靶向幹預實驗表明僅通過同時阻斷胱天蛋白酶激活和壞死性途徑，才能完全預防TNF誘導的「受體」脫落（圖4）。

圖4.壞死和凋亡誘導ADAMs介導的受體脫落

4. 壞死細胞膜通透性誘導溶酶體胞吐作用，釋放溶酶體蛋白

最後，研究人員分析了凋亡和壞死性細胞釋放的特異性蛋白，結果顯示凋亡細胞中核小體蛋白顯著富集，而壞死細胞中溶酶體蛋白顯著富集。為了證明溶酶體蛋白是否在胞吐過程中通過細胞外囊泡釋放，研究人員首先分析證實了壞死性細胞的胞外囊泡中溶酶體成分顯著富集。進一步通過vacuolin特異性抑制溶酶體胞吐作用，結果顯示用vacuolin處理壞死性細胞可部分抑制總上清液中溶酶體成分的釋放，表明壞死性細胞可以通過溶酶體胞吐作用釋放溶酶體蛋白（圖5）。

圖5.溶酶體蛋白通過溶酶體胞吐作用被壞死性細胞釋放

總之，本研究提供了在凋亡和壞死細胞死亡期間差異性和普遍釋放的蛋白質的定量和動態變化分析，為研究細胞凋亡和壞死病過程中的複雜的生物過程提供了堅實的基礎。兩種細胞死亡期間各種蛋白質均廣泛地釋放，其中一些導致炎症的發生，而其他一些則可能以更複雜的方式起作用，還需要更多的研究進一步闡明其中的調控機制。

參考文獻

[1]Tanzer M C,et al.,2020, Quantitative and Dynamic Catalogs of Proteins Released during Apoptotic and Necroptotic Cell Death.Cell Reports.