水是生命之源，組成生物體的細(xì)胞都生活在液態(tài)水環(huán)境中。細(xì)胞內(nèi)部由疏水的細(xì)胞膜和外界隔開。細(xì)胞內(nèi)外離子和其他如葡萄糖等小分子對細(xì)胞內(nèi)外的水分子保持著等同的滲透壓，從而使水分子不會單項(xiàng)流動造成細(xì)胞損傷。細(xì)胞內(nèi)和血漿中滲透壓于0.9%的氯化鈉相當(dāng)，故被稱為生理鹽水。當(dāng)細(xì)胞外液滲透壓過高（高滲應(yīng)激）或過低（低滲應(yīng)激）時，細(xì)胞會失水或漲水，都會對細(xì)胞造成損害。在正常情況下，除少數(shù)專門處理水鹽平衡的細(xì)胞外（腎髓質(zhì)），人體內(nèi)細(xì)胞生長所處液態(tài)環(huán)境的滲透壓被嚴(yán)格限定在285-300 mOsm/kg之間(1)；在疾病或應(yīng)激狀態(tài)下，可能會出現(xiàn)因水電解質(zhì)紊亂而導(dǎo)致的滲透壓變化，如果糾正不及時則會引起嚴(yán)重后果。之前的研究表明，在高滲應(yīng)激下，即細(xì)胞內(nèi)液滲透壓低于細(xì)胞外液滲透壓，會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水分流失，細(xì)胞骨架改變以及細(xì)胞皺縮，細(xì)胞內(nèi)離子和生物大分子因濃度升高而積聚，DNA發(fā)生斷裂，細(xì)胞正常的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受到影響。于此同時，處于高滲環(huán)境的細(xì)胞也會啟動包括激活離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在內(nèi)的一系列適應(yīng)性反應(yīng)，可是一旦高滲應(yīng)激超過細(xì)胞適應(yīng)閾值，細(xì)胞將會不可避免的走向死亡(2-3)。盡管人們早就觀察到這一現(xiàn)象，但其中的分子機(jī)制尚不清楚。

長期以來，王曉東實(shí)驗(yàn)室深耕于包括程序性細(xì)胞凋亡（apoptosis）和程序性細(xì)胞壞死（necroptosis）在內(nèi)的程序性細(xì)胞死亡信號通路的研究，先后發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞壞死的關(guān)鍵調(diào)控蛋白RIPK3（4）和MLKL（5）。2022年5月17日，王曉東實(shí)驗(yàn)室在Science Signaling雜志上發(fā)表了題為“Osmotic stress activates RIPK3/MLKL-mediated necroptosis by increasing cytosolic pH through a plasma membrane Na+/H+ exchanger”的研究成果，揭示了高滲應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的分子機(jī)制—高滲應(yīng)激通過誘發(fā)RIPK3介導(dǎo)的程序性細(xì)胞壞死導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

Science Signaling_王曉東實(shí)驗(yàn)室揭示高滲應(yīng)激誘導(dǎo)程序性細(xì)胞壞死的分子機(jī)制-肽度TIMEDOO

在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞處于高濃度的NaCl或Sucrose制造的高滲應(yīng)激環(huán)境中時，除觀察到細(xì)胞死亡之外還可以檢測到RIPK3以及RIPK3依賴的MLKL的磷酸化信號，而敲除RIPK3或MLKL基因均可以阻斷上述生化反應(yīng)和細(xì)胞死亡，這表明高滲應(yīng)激會誘導(dǎo)RIPK3介導(dǎo)的程序性細(xì)胞壞死的發(fā)生。出乎意料的是，RIPK3的激活并不依賴于其已知的上游蛋白RIPK1、DAI或TRIF，此外，針對RIPK3結(jié)構(gòu)功能實(shí)驗(yàn)也證明了高滲應(yīng)激誘導(dǎo)的RIPK3激活僅需要其激酶結(jié)構(gòu)域而并不依賴RHIM(RIP homotypic interaction motif)結(jié)構(gòu)域，這表明高滲應(yīng)激誘導(dǎo)的RIPK3激活與所有已知的程序性細(xì)胞壞死信號通路均不相同，并不需要通過RHIM結(jié)構(gòu)域與上游蛋白直接發(fā)生相互作用。為了進(jìn)一步找到高滲應(yīng)激誘導(dǎo)RIPK3激活的上游關(guān)鍵分子，研究人員采用CRISPR/Cas9全基因組篩選的方法，發(fā)現(xiàn)并證明了Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)體SLC9A1參與了高滲應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死信號通路。進(jìn)一步的細(xì)胞和生化實(shí)驗(yàn)證明了高滲應(yīng)激通過激活SLC9A1導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)pH升高，而細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的堿化可以直接激活RIPK3進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞壞死的發(fā)生（下圖）?？偟膩碚f，該研究揭示了高滲應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞壞死關(guān)鍵蛋白RIPK3新的激活機(jī)制，拓寬了對細(xì)胞壞死信號通路的認(rèn)識。

Science Signaling_王曉東實(shí)驗(yàn)室揭示高滲應(yīng)激誘導(dǎo)程序性細(xì)胞壞死的分子機(jī)制-肽度TIMEDOO

本文的第一作者是王曉東實(shí)驗(yàn)室的博士研究生張文彬，其他作者包括王曉東實(shí)驗(yàn)室樊煒亮博士和郭佳博士。王曉東博士為本文的通訊作者。該課題的研究經(jīng)費(fèi)來自中國科技部、國家自然科學(xué)基金和北京市科學(xué)技術(shù)委員會。

參考文獻(xiàn)：

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  5. Sun, L. et al. Mixed lineage kinase domain-like protein mediates necrosis signaling downstream of? RIP3 kinase. Cell 148, 213–227 (2012).

來源：北京生命科學(xué)研究所