肿瘤细胞程序性坏死的相关研究

刘 欣，陈 琪，姜小凡，王智传，陈琳博综述，朱文赫审校

(吉林医药学院，吉林 吉林 132013)

细胞死亡的原因复杂多样，但却具有基本并且固定的死亡方式,主要有细胞凋亡、细胞程序性坏死和细胞自噬等。程序性坏死是一种具有独特信号通路、信号传递过程可被特异性抑制剂所抑制而中断、受信号分子调控的有序坏死,受体相互作用蛋白1(receptor-interacting protein,RIP 1)和RIP3作用于其信号通路[1-3]。近年来随着研究的不断深入，发现细胞程序性坏死与肿瘤细胞有着密切联系。

1 程序性坏死与其他死亡方式的异同

根据现有文献报道[4]，凋亡、自噬和程序性坏死均属于细胞自我调控的程序性死亡。凋亡细胞的形态学表现主要包括细胞核固缩，染色质凝集，细胞变小并形成凋亡小体后被周围巨噬细胞吞噬清除。自噬作为一种细胞自动降解自身获取能量并发生代谢的死亡方式，此过程中会形成自噬体[5]。

程序性坏死的形态学变化主要包括细胞膜的完整性被破坏，细胞器肿大或变形，胞体肿胀，细胞死亡后细胞成分大量释放并激活机体免疫系统，并诱发炎症反应。此过程中细胞核完整并累积于细胞内部，无染色体的凝集[6]。

2 程序性坏死的发生机制

研究显示[7]，肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)首先诱导程序性坏死的发生，其死亡通路需要RIP1和RIP3的参与，而且此过程与混合谱系激酶结构域样蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL)的磷酸化关系紧密而并不需要胱天蛋白酶(caspase)的参与。利用敲除caspase功能的细胞，给予一定的刺激，最终得到结果：细胞内TNF-α能够与肿瘤坏死因子受体1(TNF-α receptor，TNFR 1)联合并与RIP1等信号分子汇合成复合体Ⅰ(complexⅠ)[4]，复合体Ⅰ在转运进入细胞后TNFR 1被Fas死亡结构域相关蛋白(Fas-associated protein with death domain，FADD)取代形成复合体Ⅱb[8]。此过程区别于caspase参与的细胞凋亡，细胞死亡通路中传递的是程序性坏死信号，最终引起细胞发生具有程序性坏死特征的细胞死亡方式而非细胞凋亡。

在目前的研究中，RIP1和RIP3被公认为是程序性坏死信号通路中极为重要的成分，RIP1与RIP3构成复合物及其磷酸化形成复合体是程序性坏死区别于其他细胞死亡方式的标志[9-10]。有研究证明[9],在诱发程序性坏死的过程中RIP3较RIP1更重要。但也有实验发现[11]，在FADD缺失但发生程序性坏死的T细胞中只发现RIP1活化现象,表明RIP1也可单独完成程序性坏死的诱导。而在小鼠巨细胞中，毒素只在RIP3激活状态下才能诱导细胞程序性坏死，这表明RIP3也可独立启动程序性坏死。

王晓东研究组[12]发现,RIP3的特异性底物MLKL是一种假性酶类蛋白，它是RIP3介导信号通路中的重要蛋白，并在与RIP1和RIP3联合形成“坏死体(necrosome)”的过程中作用显著。MLKL被RIP3激活后发生磷酸化后,由单体转化为多聚体并结合某些磷脂物质由细胞质转移至细胞器膜和细胞膜上，并在膜结构中形成通透性孔道使得膜完整性被破坏使细胞死亡。在RIP3引导的信号通路中，RIP3也可发生与线粒体内的有关酶类结合产生大量活性氧破坏线粒体结构和功能,进而引起细胞发生程序性坏死[13-14]。另有研究证明[15]，RIP1与MLKL相结合形成信号复合物的过程也同样是程序性坏死过程中的重要通路。韩家淮教授课题组[16]研究发现,活性氧在RIP1引导的信号通路中发挥着特异性的增强作用，并找到了活性氧作用的特异性激活靶点。

3 肿瘤细胞程序性坏死

3.1 肿瘤程序性坏死的研究进程

传统研究中，细胞坏死被认为是由于外界因素刺激下发生的没有程序调控且被动的死亡方式,因此没有引起研究人员的重视[4]。然而在1988年，有研究[17]将TNF-α作用于多种不同类型的细胞，并给予适合当刺激后发现,细胞出现一种不同于凋亡的新型细胞死亡方式，细胞形态学表现为细胞核完整、细胞发生胀大。这引起了当时研究人员的注意并成为了研究细胞死亡的新思路。在2005年，袁钧英教授[18]于美国哈佛大学提出necroptosis一词，即细胞程序性坏死。也可用“regulated necrosis”或者“programmed necrosis”表述。他的实验组将一类可抑制RIP1有关激酶活性的小分子化合物作用于癌症细胞，得出研究结果是细胞并未发生坏死[19-20]。此结果阐释人为抑制了RIP1的相关激酶活性后，细胞坏死因此被阻断，进而明确了细胞坏死能够被人为调控。于新芳[21]的研究将天然产物Neoalbaconol作用于C666-1、HK-1等多种细胞系后,从TNF-α的自分泌和线粒体功能失控探究细胞程序性坏死发生的分子机制。关于程序性坏死的研究已经成为了当今生物学研究活跃的研究领域，并对当今生命科学研究和疾病的临床治疗方法的探究产生革命性的影响。

3.2 肿瘤细胞程序性坏死的实验研究

细胞的程序性坏死参与机体内免疫激活、动脉粥样硬化、缺血性坏死等多种生理和病理反应。研究的范围扩展至基因水平，最终发现程序性坏死与肿瘤的发生在基因上有着密切的联系。肿瘤细胞内存在缺乏诱导细胞死亡的能力的RIP3β和RIP3γ[21]。有研究证明[22]：在结肠癌和肺癌细胞中RIP3γ明显增多，这可能是肿瘤发生的原因之一。另有实验研究显示[23]，RIP3存在能够抑制caspase-8的活性，引发肝细胞程序性坏死的发生，抑制肝内肿瘤的生长。在慢性淋巴细胞白血病中检测RIP3表达显著下降[24]。胰腺癌病人预后不良与MLKL的低表达降低了肿瘤细胞程序性坏死的表达能力有关[25]。这些实验为研究细胞程序性坏死通路并将为研究肿瘤治疗策略提供了依据。

3.3 与诱导肿瘤细胞程序性坏死有关的药物研究

众所周知，抗肿瘤药物终极目的均是诱导肿瘤细胞发生凋亡达到其抗肿瘤目的。大多数肿瘤会因化疗时间不断延长而抵抗药物引发的细胞凋亡，无法达到预期治疗效果。随着研究的逐步深入人们逐渐认识到，通过药物作用诱导肿瘤细胞发生程序性坏死是跨越凋亡耐受、逆转肿瘤多药耐药的新途径[21,26]。

程序性坏死诱导剂已经在肿瘤治疗领域成为了一种作用显著的手段。有研究报道[27]，在caspase-8缺少的恶性T细胞中，其主要细胞死亡途径是细胞程序性坏死，脑恶性胶质瘤(glioblastoma，GBM)细胞也可被人为利用药物诱导发生程序性坏死。因此利用某种药物或物理方法进而诱导肿瘤细胞发生程序性坏死,可作为防治T细胞淋巴瘤及治疗耐药性GBM的重要方法[11]。在具有耐药性的肾细胞癌中，蛋白酶体抑制剂bortezomib增加细胞对γ干扰素(interferon γ，IFN-γ)诱导的程序性坏死的敏感能力，联合bortezomib和IFN-γ为转移性耐药肾细胞癌的治疗提供新的研究思路[16]。偶联碳二亚胺盐酸盐的赫塞汀通过诱发乳腺癌细胞程序性坏死克服耐药性[28]。研究发现，神经鞘氨醇类似物FTY720可以靶向作用于蛋白磷酸酶2A的抑制剂，然后活化肿瘤抑制因子引发癌症细胞的程序性坏死[29]。

据文献报道，一些来源天然化合物如紫草素、和厚朴酚、槲皮素等能够作用于程序性坏死,诱发信号通路并诱发凋亡抵抗细胞发生程序性坏死[21,26]。有实验组[21]通过实验发现,来源于高等真菌的天然产物Neoalbaconol作用于人鼻咽癌细胞后,可通过某种途径诱发其发生程序性坏死。

紫草素是一种天然化合物，有实验显示其能够使恶性上皮细胞MCF-7、HEK293发生可被程序性坏死特异性抑制剂necrostatin-1抑制的死亡过程，并且抑制率接近100%，这表示细胞发生了程序性坏死[14]。XUAN等[30]发现，紫草素可成功诱导P糖蛋白、多药耐药相关蛋白和乳腺癌耐药蛋白等抗凋亡蛋白高度表达的恶性上皮MCF-7、HEK293细胞,以及白血病HL-60细胞发生程序性坏死。

有研究表明[31]，麦冬皂苷D′可以使前列腺癌PC-3细胞发生不依赖caspase、且能被necrostatin-1所抑制的死亡方式。麦冬皂苷D′可使p-MLKL四聚体表达增加，使Cleaved-RIP1的表达降低,RIP1的表达升高，且呈明显的时间依赖性。形态学观察，经过麦冬皂苷D′诱导后的PC3细胞发生了细胞肿胀、细胞核变形肿大等坏死细胞特征,最终得出结果，麦冬皂苷D′极有可能是通过激活RIP1/MLKL通路使细胞发生了程序性坏死,进而降低前列腺癌细胞PC-3的生长率。

蜂毒肽具有极强的抗肿瘤功能，己有实验证实，蜂毒肽对肾癌细胞、骨肉瘤细胞、乳腺癌细胞等肿瘤细胞的生长有明显的抑制作用。2012年PARK等将的肾癌细胞作为实验对象，证实了蜂毒肽可通过影响AP-1和核因子kB的转录活性，来抑制基质金属蛋白酶表达，进而阻止肿瘤细胞的生长作用[32]。王明等[33]研究表明，高浓度的蜂毒肽能够利用某些途径对肿瘤细胞进行杀伤作用。有研究人员进行了蜂毒肽诱导人肝癌细胞7721程序性坏死的相关实验，并证明了蜂毒肽对肿瘤细胞的诱导程序性坏死的作用。

4 展 望

程序性坏死是一种受信号分子调控的、具备独特信号通路且有序的细胞坏死。如今对细胞程序性坏死研究领域从形态学扩展至基因水平，发现了其与肿瘤具有相关性。目前通过诱导肿瘤细胞程序性坏死进而克服肿瘤细胞的凋亡抵抗作用,成为肿瘤预防和治疗的一种新型策略，这将是此后在程序性坏死研究领域上的一大热点。

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