细胞死亡诱导信号复合体与神经系统疾病

2022-11-19石晓花靖综述徐忠信审校

中风与神经疾病杂志 2022年9期

石晓花，莽靖综述，徐忠信审校

死亡诱导信号复合体(DISC)是一种多蛋白复合物，通过死亡配体与细胞膜表面特定的一种跨膜蛋白-死亡受体的结合启动，募集含有死亡结构域(DD)、死亡效应结构域(DED)的蛋白质，激活外源性细胞凋亡[1]。本文对DISC的成分及在神经系统不同疾病中的作用和机制进行综述。

1 DISC概述

DISC由死亡配体与死亡受体结合募集而成。死亡受体(DRs)是肿瘤坏死因子受体超家族的一个子集，DRs含有一个独特的蛋白序列：死亡结构域(DD)[2]。DRs包括：FAS(CD95/Apo-1)、肿瘤坏死因子受体-1(TNFR1/CD120a)、TNF相关凋亡诱导配体受体-1和-2(TRAIL-R1/2；DR4/5)等[3]。

Fas介导的DISC成分包括Fas、FADD、procaspase-8；TNFR1介导的DISC成分包括：TNFR1、TRADD、受体相互作用蛋白激酶1(RIPK1)、FADD(复合体 II a)或不含有TRADD的复合体IIb[4]；TRAIL受体(DR5)介导的DISC成分包括DR5、FADD、procaspase-8或DR5、FADD、procaspase-8、RIP、c-FLIP和PED/PEA-15，其中前者可以促进细胞凋亡，而后者因阻止caspase-8被切割并激活NF-κB通路[5]。虽然各种死亡受体产生的DISC成分不尽相似，但是其中都含有对DISC组成及其重要的DD/DED结构域。如Fas是一种跨膜死亡受体，它的细胞外部分可以与FasL特异性结合，其胞质内部分则有一段死亡结构域(DD)；FADD是一种衔接蛋白，有一段DD区域和一段死亡效应域(DED)；procaspase-8是无活性的caspase-8前体，包括有两段DED[6]。

出现缺血缺氧等刺激时，细胞外FasL与Fas结合，位于胞质内的Fas受体上的死亡结构域(DD)发生聚合，进而募集Fas死亡结构域相关蛋白(FADD)、FADD/caspase-8样凋亡调节蛋白(FLIP)等相关蛋白；含有DED的FADD通过同型DD与死亡受体聚合DD相互作用；procaspase-8或/和FLIP的死亡效应结构域(DED)与FADD的DED相互作用，进而形成了DISC[7]。

2 DISC与细胞死亡模式

细胞死亡是维持多细胞内环境稳态的重要组成部分，包括移除受损的、感染的、退化的细胞。Caspase-8 切割是死亡配体-受体特异性结合诱导细胞凋亡的上游事件。越来越多的研究发现当caspase-8被抑制时，DISC介导的细胞凋亡模式会被抑制，出现程序性坏死的死亡模式。

2.1 DISC与细胞凋亡细胞凋亡的形态学特征是细胞核及细胞质皱缩、染色质浓缩、核破碎、凋亡小体形成，完整的凋亡细胞及凋亡小体会被周围具有吞噬功能的细胞识别并吞噬[8]。

细胞凋亡分为内源性凋亡、外源性凋亡。其中外源性细胞凋亡依赖于DISC的形成(如上所述)，形成DISC时procaspase-8发生自裂解，caspase-8进一步激活casepase-3，启动外源性细胞凋亡[9]。因为FLIP的DED与procaspase-8的DED高度同源，进而可以通过竞争性结合FADD或procaspase-8的DED区域而阻止FADD与procaspase-8的组合，抑制caspase-8的活化，进而产生抗凋亡作用[10]。

两种不同的Fas凋亡信号通路可与不同的细胞类型相对应[11]。I型细胞主要依靠快速且有效的形成DISC，在胞质中激活大量的caspase-8，进一步直接激活caspase-3，导致细胞凋亡。I型细胞产生的凋亡通路是不依赖于线粒体激活的平行于线粒体凋亡途径的一类，因为没有激活线粒体，所以Bcl-2、Bcl-xl等抗凋亡因子并不会对这一通路产生抑制作用。II型细胞则没有形成足够的DISC，所以仅激活少量的caspase-8，少量激活的caspase-8不足以激活caspase-3，足以切割Bid，使其分割为促凋亡蛋白tBid，tBid与其他Bcl-2家族的促凋亡蛋白：BAX、BAK、BIM、BAD等协同相互作用激活线粒体细胞凋亡，线粒体通透性被破坏，细胞色素C及其他凋亡因子释放，细胞色素C与凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)结合形成凋亡小体，激活procaspase-9，进一步激活caspase-3，引发细胞核DNA降解，推动凋亡进程[12]。可以发现细胞凋亡的内源性及外源性途径并不是单向进行的，二者之间存在着串扰关系。

2.2 DISC与程序性坏死坏死细胞是具有肿胀细胞器的肿胀细胞，这些细胞器随后爆裂以将其内容物释放到细胞外空间。坏死细胞破裂并释放出细胞内容物进而引发炎症反应，坏死不仅代表不可逆转的神经元的丢失，还可能发生潜在破坏性的神经炎性启动与增强[8]。最初认为凋亡是可调控的、是程序性的，而坏死则是偶然的、不可调控的。但最近的研究发现，分子调控机制并非凋亡细胞所独有，在某些坏死细胞中也存在信号调控通路，这类调节性坏死或程序性坏死称为程序性坏死[13]。

研究发现，DISC在诱导细胞死亡过程中具有双重模式，一方面，可通过经典的caspase途径诱导细胞凋亡，这一途径启动的关键是DISC中caspase-8的激活，继而激活下游的经典caspase依赖的凋亡；另一方面，也可以通过RIPK1/ RIPK3途径诱导细胞发生程序性坏死，而这一通路的关键是caspase-8途径的失活[14]。

受体相互作用蛋白激酶1(RIPK1)是细胞应激信号的整合子，含有N 端激酶结构域、中间结构域(ID)和 C 端 RHIM，以及死亡结构域(DD)[15]。RIPK3 是 RIPK1 的同源激酶，具有相似的 N 端激酶结构域和一个中间结构域，如果过度表达，则可促进 TNF 诱导的 NF-κB活化[16]。混合谱系激酶结构域样蛋白(MLKL)是一种假激酶，被视为坏死性凋亡的主要效应物，MLKL具有N 端四螺旋束结构域，直接或间接导致膜孔形成，但其 C 端假激酶结构域保持无活性[17]。当RIPK1酶活性被激活时，RIPK1、RIPK3结合形成“坏死体”并随后磷酸化MLKL，最后MLKL易位至细胞膜并诱导细胞膜破裂和程序性坏死[18]。RIPK3对MLKL的磷酸化被认为是程序性坏死诱导的标志物[19]。

3 DISC与神经系统疾病

3.1 DISC与神经退行性疾病

3.1.1 帕金森病帕金森病(PD)是由中脑黑质中多巴胺能神经元的损失引起[20]。人体尸检研究表明，PD中的多巴胺神经元因细胞凋亡而死亡[21]。在 PD 患者中，这种 DA 神经元的凋亡细胞死亡可能是由肿瘤坏死因子(TNF)受体通路介导的[22]。有研究表明，PD 患者纹状体和脑脊液(CSF)中 TNF-α 的水平显着增加，并且黑质致密部(SNpc)中 TNFR1 水平增加[23]。TNF-α在结合后诱导 TNFR1 三聚化。通过衔接蛋白 TNF 受体相关死亡结构域(TRADD)和 FAS 相关死亡结构域(FADD)，caspase-8 被激活，进而激活caspase-3或Bid触发细胞凋亡。有研究发现caspase-8 是帕金森病多巴胺神经元凋亡的效应物，但是对caspase-8抑制时并没有产生神经保护作用，反而引发了细胞凋亡到坏死的转变[22]。外源性细胞凋亡途径(Fas/FasL信号通路)的调节可以减少 PD 的 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(MPTP)小鼠模型中的多巴胺神经元损失[24]。富含亮氨酸重复激2(LRRK2)的显性遗传错义突变是 PD 最常见的遗传原因，导致临床和病理上与散发性 PD 无法区分的临床综合征。有研究证明 LRRK2 与死亡衔接蛋白 FADD 相互作用，并且这种相互作用可招募并激活 caspase-8 依赖性神经元死亡[25]。

3.1.2 阿尔茨海默病阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病，其特征是大脑中 β-淀粉样蛋白(Aβ)水平升高[26]。死亡受体介导的途径参与Aβ诱导的内皮细胞凋亡。有研究显示肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)死亡受体 DR4 和 DR5 特异性介导寡聚阿尔茨海默病 A β通过激活 caspase-8 和 caspase-9 在人微血管脑内皮细胞中诱导外在凋亡途径[27]，且DR4 和 DR5 沉默可保护内皮细胞免受 Aβ诱导的细胞凋亡。氟西汀可通过上调细胞 FLIP的表达并抑制 LPS 诱导的海马源性神经干细胞凋亡[28]。Huang等的研究[29]也发现，在 AD 小鼠模型的海马中，可以观察到神经元凋亡，以及 Aβ产生的增加，氟西汀在阿尔茨海默病小鼠模型中激活 Wnt/β-连环蛋白信号和抑制 β-淀粉样蛋白产生的作用，对神经元突触有保护作用。

3.1.3 多发性硬化多发性硬化(MS)是少突胶质细胞的丧失和脱髓鞘为特征的神经退行性疾病[30]。TNFα是一种与 MS 相关的促炎细胞因子，可激活坏死性细胞凋亡[31]，在28例继发性进展性 MS患者和10例非神经系统对照的死后大脑的皮质灰质组织块研究中发现，TNF/TNF 受体 1 信号通路中包括关键蛋白质TNFR1、FADD、RIPK1、RIPK3 和 MLKL的表达增加，而caspase-8 依赖性凋亡信号传导减少。Reuss 等也发现在复发缓解型多发性硬化症中FADD上调[32]。

3.2 DISC与创伤性脑损伤创伤性脑损伤(TBI)导致急性或延迟性的进行性细胞死亡，其细胞死亡也发现了半胱天冬酶的激活[33]。有研究发现在人脑发生TBI后 2～30 h手术切除的挫伤皮质组织样本中Fas 表达及 Fas-procaspase-8 相互作用是增加的，表明在人脑中的 TBI 也刺激了 Fas 通路，且Fas参与了DISC的形成；该研究也在小鼠TBI模型中发现Fas受体DISC的上调，Fas-FADD-procaspase-8 DISC 在 TBI 后在小鼠和人脑中组装[34]。脑挫伤导致脑外伤后易受细胞死亡影响的脑区 cFLIP-α 和 cFLIP-δ 显着减少[35]，cFLIP是DISC诱导细胞死亡的抑制剂，该研究作者猜测cFLIP-δ或cFLIP-α表达减少可能是有利于 TBI 后的 DISC 组装。

3.3 DISC与脑肿瘤最常见的恶性脑肿瘤是胶质母细胞瘤。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)具有诱导胶质母细胞瘤细胞凋亡的能力。研究表明，大多数胶质母细胞瘤对 TRAIL 诱导的细胞凋亡具有抗性。已有研究揭示胶质母细胞肿瘤中 TRAIL 抗性的分子机制。TRAIL与其对应的死亡受体(DR5)结合形成同源三聚体后募集FADD和caspase-8酶原形成DISC。DR5介导的DISC可分为两类：在脂筏中形成的由DR5、FADD和caspase-8组成的DISC用于TRAIL诱导凋亡；脂筏外形成的由DR5、FADD、caspase-8、RIP、c-FLIP和PED/PEA-15组成的DISC，可抑制caspase-8切割，激活NF-κB通路，产生凋亡抗性[5]。有研究发现肿瘤细胞CD95来增加其浸润能力，所以抑制而不是诱导CD95/CD95L死亡系统可用于对多形性胶质母细胞瘤的治疗[36]。有研究表明在胶质母细胞瘤模型中，Caspase-8 可以促进几种细胞因子的 NF-κB 依赖性表达、血管生成以及体外和体内肿瘤发生，caspase-8可作为胶质母细胞瘤的新治疗靶点[37]。

3.4 DISC与缺血性卒中坏死性凋亡和细胞凋亡均与卒中相关的神经损伤有关[38]。脑缺血可触发两种细胞凋亡途径：因细胞色素C释放进而刺激caspase-3诱导的内源性细胞凋亡；以及细胞表面死亡受体的激活(如Fas 信号传导)，导致 caspase-8活化导致的外源性细胞凋亡途径。在缺氧缺血性损伤后的脆弱区域观察到神经元和神经胶质细胞释放TNF-α以及FasmRNA和蛋白质水平上调[39]。TNF-α与TNFR1结合可激活TRADD，Fas可募集FADD，随后，这些含有DD结构域与DED结构域的蛋白质与procaspase-8的DED结构域相互作用，形成DISC并将procaspase-8切割，形成活化的caspase-8进而激活下游的执行刽子手caspase-3，导致细胞凋亡[40]。也有研究发现在大脑中动脉闭塞(MCAO)后的早期再灌，再灌注后 24 h内 TNF-α、FasL、Fas、TNFR1 和 TNFR2 的 mRNA 和蛋白质表达显着增加，直到再灌注后7 d，而Fas 和 TNFR2 蛋白表达的增加直到再灌注后 3 d仍保持升高，随后下降[41]。研究发现，Poly(I：C)治疗可以通过抑制脑 I/R损伤诱导的Fas和FasL及 caspase-8和caspase-3的活性减弱 I/R 诱导的细胞凋亡[42]。

研究发现在caspase-8被抑制的条件下，necrostatin-1(Nec-1)可以抑制Fas或TNFR1的下游RIPK1介导的细胞死亡而不是细胞凋亡，进而确定在缺血性脑损伤中存在程序性坏死[43]。通过激活RIPK1活性，募集RIPK3与MLKL并导致质膜穿孔，细胞内容物外漏的一种细胞死亡模式。有研究发现脑缺血性损伤在 Ser166 残基处诱导 RIPK1 磷酸化，并增加RIPK3和MLKL的表达且RIPK1的抑制剂Necrostatin-1可抑制RIPK1下游信号的激活，该研究还发现p-RIPK1(Ser166)可用作缺血性/外伤性脑损伤中坏死性凋亡的生物标志物[44]。以往认为程序性坏死是在外源性细胞凋亡被抑制时发生的[45]。而Naito等发现脑缺血/再灌注损伤会迅速激活坏死性凋亡以促进脑出血和神经炎症，RIPK1 的激活依次促进坏死性凋亡，然后以时间特异性方式促进细胞凋亡[38]。

缺血性卒中涉及不同的细胞死亡途径，联合治疗比单一治疗更有望实现有效的神经保护。有研究证实，使用细胞凋亡抑制剂HNG和程序性坏死抑制剂Nec-1的混合物，可同时作用于体内和体外不同的细胞死亡途径，产生协同保护作用[46]。