韓家淮院士和莫瑋教授合作揭示解除Caspase-8對Necroptosis抑制作用的內(nèi)源性機制
壞死樣凋亡（Necroptosis）是一種由RIP3-MLKL介導(dǎo)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(fā)。壞死樣凋亡伴隨著細胞內(nèi)容物的釋放，它在TNF介導(dǎo)的系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)綜合征，缺血再灌注損傷，神經(jīng)退行性疾病，胰腺炎，腸炎等多種病理過程，以及在T細胞穩(wěn)態(tài)維持，胚胎發(fā)育等多種生理過程中，都扮演重要角色(1)。由于壞死樣凋亡的炎癥屬性，它的誘發(fā)受到了極其嚴密的調(diào)控，其中最為重要的調(diào)控執(zhí)行者是caspase-8。
體內(nèi)和體外研究的大量證據(jù)表明，caspase-8通過剪切RIP1/RIP3破壞壞死小體（necrosome）的穩(wěn)定性，從而阻滯壞死樣凋亡的誘發(fā)(2)。Caspase-8基因敲除的小鼠胚胎會自發(fā)產(chǎn)生RIP3-MLKL介導(dǎo)的壞死樣凋亡，導(dǎo)致胚胎死亡(2, 3)；而大多數(shù)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(fā)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(nèi)多種生理和病理過程中都檢測到了壞死樣凋亡的發(fā)生(4)；也有少數(shù)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(fā)生壞死樣凋亡。這些現(xiàn)象表明，在體內(nèi)必然存在一種內(nèi)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(guān)鍵的機制，是細胞死亡研究領(lǐng)域內(nèi)重要的科學(xué)問題。
2020年9月25日，細胞應(yīng)激生物學(xué)國家重點實驗室，廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院韓家淮課題組和莫瑋課題組合作在Molecular Cell雜志上發(fā)表題為“A Non-canonical PDK1-RSK Signal Diminishes Pro-Caspase-8-Mediated Necroptosis Blockade”的研究文章，報道了非經(jīng)典的PDK1-RSK信號解除caspase-8對壞死樣凋亡的抑制作用的內(nèi)源性機制。
Caspase的活性可以被磷酸化等多種翻譯后修飾所調(diào)控。作者通過質(zhì)譜鑒定并確認caspase-8 Thr265磷酸化后可以完全破壞其活性。結(jié)構(gòu)模擬的結(jié)果表明，Thr265位于caspase-8的底物結(jié)合口袋上，該位點的磷酸化會直接破壞這個底物結(jié)合口袋的構(gòu)象，從而抑制caspase-8的活性。作者在多種發(fā)生壞死樣凋亡的細胞系統(tǒng)中，以及在發(fā)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(fā)生在壞死小體復(fù)合物上，可以替代caspase-8的抑制劑zVAD，穩(wěn)定壞死小體。Caspase-8 Thr265不受調(diào)控的磷酸化可以完全破壞其對壞死樣凋亡的抑制功能，導(dǎo)致壞死樣凋亡的爆發(fā)。組成性caspase-8 Thr265磷酸化突變小鼠T265E在胚胎期發(fā)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(fā)育時期不可控的大爆發(fā)。
介導(dǎo)caspase-8 Thr265磷酸化的上游激酶是什么？作者發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xù)。缺失RSK的細胞中壞死小體極不穩(wěn)定，其TNF誘導(dǎo)的壞死樣凋亡信號的響應(yīng)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(fā)生TNF誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)域，N端激酶結(jié)構(gòu)域和C端激酶結(jié)構(gòu)域。在經(jīng)典模型中，RSK是通過ERK，RSK的C端激酶結(jié)構(gòu)域和PDK1的依次級聯(lián)磷酸化實現(xiàn)激活的(8)。但在TNF誘導(dǎo)壞死樣凋亡過程中，RSK對caspase-8的磷酸化不依賴于RSK的C端激酶結(jié)構(gòu)域以及ERK；RSK的N端激酶結(jié)構(gòu)域被PDK1通過一種全新的非經(jīng)典的方式激活，并執(zhí)行磷酸化caspase-8的功能。RSK的N端激酶結(jié)構(gòu)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(guān)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(jīng)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(nèi)在機制；通過磷酸化抑制caspase-8的活性，從而穩(wěn)定壞死小體，促進壞死樣凋亡的發(fā)生。
韓家淮課題組博士后楊章華、博士生何鵬以及廈門大學(xué)藥學(xué)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。
文章鏈接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(20)30612-2
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（圖/文 韓家淮課題組）
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