综述:揭示阿尔茨海默病中的坏死性凋亡:跨实验模型证据的系统性回顾

【字体: 时间:2025年10月10日 来源:Cellular and Molecular Neurobiology 4.8

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  本综述系统回顾了2015-2025年间25项高质量研究,揭示了坏死性凋亡(necroptosis)作为阿尔茨海默病(AD)关键致病机制的重要证据。文章详细阐述了TNF-α/TNFR1信号、TRIF介导的RIPK3激活及RHIM依赖性MLKL磷酸化等多重分子机制,证实RIPK1-RIPK3-MLKL通路与Aβ沉积、tau蛋白过度磷酸化和神经炎症的密切关联。作者强调开发脑渗透性坏死性凋亡抑制剂及临床验证相关生物标志物的迫切性,标志着AD治疗策略从对症处理向靶向机制干预的重大转变。

  

引言

阿尔茨海默病作为最具挑战性的神经退行性疾病之一,在全球范围内呈现高发病率特征,其临床表现为进行性认知功能衰退以及淀粉样蛋白β(Aβ)斑块和神经纤维tau蛋白缠结的积累。尽管已有大量研究,现有治疗方法的有限效果凸显了识别新的致病机制和治疗靶点的紧迫性。坏死性凋亡作为一种受调控且高度炎症性的程序性细胞死亡形式,已成为AD发病机制的关键贡献者之一。

坏死性凋亡:机制与关键分子参与者

坏死性凋亡的核心调控蛋白包括RIPK1、RIPK3和MLKL。RIPK1作为多效性蛋白,在细胞存活、凋亡和坏死性凋亡之间充当分子开关。其结构包含激酶结构域和RIP同型相互作用基序(RHIM),使其能够与其他含RHIM蛋白结合。当caspase-8被抑制时,RIPK1从促进存活转变为启动坏死性凋亡,通过招募RIPK3形成坏死小体(necrosome)——该信号平台对下游通路激活至关重要。
RIPK3作为丝氨酸/苏氨酸激酶,是坏死性凋亡的关键介质。在坏死小体形成后,RIPK3被激活并磷酸化MLKL——坏死性凋亡的终末效应器。除了激酶活性,RIPK3还通过与代谢酶相互作用和调节炎症反应发挥信号中心功能。
MLKL作为假激酶,由四螺旋束结构域、支架区域和激酶样结构域组成。被RIPK3磷酸化后,MLKL发生构象重排,使其能够寡聚化并易位至质膜。在膜上,MLKL通过破坏膜完整性、诱导离子失衡、促进细胞肿胀并最终导致膜破裂来破坏细胞稳态。这种膜破裂导致损伤相关分子模式(DAMPs)从裂解细胞中被动释放,进而引发强烈免疫反应,强化了坏死性凋亡作为细胞死亡形式和持续炎症贡献者的双重作用。

坏死性凋亡的机制途径

多种信号通路可激活坏死性凋亡,每种途径涉及不同的受体-配体相互作用和分子适配器,但都汇聚于RIPK1-RIPK3-MLKL中心轴。这些包括肿瘤坏死因子α(TNF-α)、TNF相关凋亡诱导配体(TRAIL)、Toll样受体(TLR3/4)、干扰素(IFNs)、Z-DNA结合蛋白1(ZBP1/DAI)和cGAS-STING轴介导的途径。
图1展示了坏死性凋亡在阿尔茨海海默病发病机制中的作用,说明了Aβ斑块、tau蛋白和小胶质细胞激活等核心AD病理如何汇聚激活RIPK1、RIPK3和MLKL,启动坏死性凋亡。这种受调控的细胞死亡进一步驱动神经退行的恶性循环,导致炎症、氧化应激、血脑屏障破坏、突触丢失、线粒体功能障碍和过度磷酸化tau蛋白增加,最终引起广泛的神经元死亡。
TNF-α介导的坏死性凋亡途径主要通过TNF-α与其受体TNFR1和TNFR2结合启动。配体结合导致受体三聚化并形成复合体I,该受体结合信号复合体由TNFR1相关死亡结构域蛋白(TRADD)、受体相互作用蛋白激酶1(RIPK1)、TNF受体相关因子2(TRAF2)和E3泛素连接酶(如细胞凋亡抑制蛋白cIAP1/2)以及线性泛素链组装复合体(LUBAC)组成。
TRAIL途径通过TRAIL与死亡受体(DR4和DR5)结合发挥作用,这些受体属于TNFR超家族成员。TRAIL结合引起DR4/DR5三聚化,随后招募FADD和pro-caspase-8,形成死亡诱导信号复合体(DISC)。
Toll样受体(TLRs)特别是TLR3和TLR4也在坏死性凋亡中起重要作用。这些模式识别受体(PRRs)识别微生物成分如病毒RNA(TLR3)和细菌脂多糖(TLR4)。当caspase-8活性被抑制时,TLR介导的信号传导会发生坏死性凋亡。
干扰素(IFN)通过独特信号通路诱导坏死性凋亡。IFN诱导的坏死性凋亡依赖于Janus激酶-1(JAK1)和信号转导和转录激活因子(STAT1/2/3),通过干扰素α/β受体(IFNAR)或干扰素γ受体(IFNGR)发出信号。
Z-DNA结合蛋白1(ZBP1)或DNA依赖性干扰素调节因子激活剂(DAI)是触发坏死性凋亡的另一机制。ZBP1是双链核酸的胞质受体,是病毒免疫和坏死性凋亡控制的关键组成部分。
cGAS-STING通路通过感知胞质DNA并激活下游信号传导,在坏死性凋亡中起重要作用,导致调节性坏死性细胞死亡。当来自病原体、垂死细胞或线粒体泄漏的双链DNA进入细胞质时,被环GMP-AMP合酶(cGAS)感知。

AD中坏死性凋亡的证据

多项细胞、动物和人类模型研究提供了支持坏死性凋亡的有力证据。来自人类研究的强有力证据明确将坏死性凋亡确定为AD的病理贡献者。
尸检脑组织研究显示,AD患者死后脑组织中RIPK1、RIPK3、MLKL和磷酸化MLKL(pMLKL)表达升高,特别是在海马和内嗅皮层——这些区域通常与AD认知衰退最相关。研究发现pMLKL阳性的颗粒空泡变性(GVD)病变水平显著升高,同时tau病理和神经元损失增加。
体内研究使用两种成熟的转基因AD小鼠模型:APP/PS1和5xFAD小鼠,这两种模型都携带人类家族性AD突变的APP和PSEN1基因。5xFAD小鼠在11个月时显示RIPK1、MLKL和pMLKL水平显著增加。通过AAV递送组成型活性MLKL变体(caMLKL)到APP/PS1和非转基因(NonTg)小鼠中,行为分析显示APP/PS1-MLKL小鼠表现显著较差。
化学诱导模型研究也支持这些发现。铝暴露导致这些动物脑中坏死性凋亡增加,通过上调坏死性凋亡相关蛋白表达反映。在这些动物中施用Nec-1也减少了坏死性凋亡并减轻了神经元损失。
体外研究提供了详细的机制见解。在暴露于Aβ1-42的SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞中,EGb761预处理通过减弱RIP1表达、保护线粒体功能和降低细胞内ROS水平来抑制细胞死亡。

靶向坏死性凋亡的潜在治疗方法

在AD中治疗性靶向坏死性凋亡代表了一种有前景的疾病修饰方法,因为该通路参与神经退行和神经炎症。研究最深入的靶点是RIPK1,这是一种在坏死性凋亡级联顶部起作用的激酶,也调节炎症。
进一步下游,RIPK3作为负责磷酸化MLKL的关键激酶——坏死性凋亡的执行蛋白;因此,靶向RIPK3可以有效地中断坏死性凋亡途径的进展。实验性抑制剂如GSK'843、GSK'872和HS-1371已证明具有RIPK3特异性抑制作用,在临床前模型中减少神经元死亡和神经胶质激活。
在该通路的终端,MLKL寡聚化和易位至质膜对膜破坏和细胞裂解至关重要,导致DAMP释放,引发神经炎症。防止这一最终步骤可能特别有效地减轻神经炎症并保持组织完整性。

结论与未来方向

本系统综述整合了证据,确定坏死性凋亡作为AD发病机制中具有机械意义的重要贡献者。在人类尸检组织、iPSC衍生神经元、转基因模型、化学诱导模型和体外测定中,坏死性凋亡介质RIPK1、RIPK3和MLKL的表达和激活持续升高。
尽管这些进展令人鼓舞,但将坏死性凋亡抑制转化为临床治疗仍处于早期阶段,并面临若干关键挑战。开发脑渗透性、异构体选择性和代谢稳定的RIPK1、RIPK3或MLKL抑制剂是人体应用的先决条件。
总之,坏死性凋亡代表了一个生物学上稳健且日益验证的途径,有助于AD病理。虽然其治疗靶向持有相当大的前景,但需要大量的临床前和临床验证来确立其作为疾病修饰干预措施的作用。
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