综述：PANoptosis调控网络在急性神经损伤中的作用

《Neurobiology of Disease》：The role of PANoptosis regulatory networks in acute neurological injury

　　

卒中、脊髓损伤（SCI）、创伤性脑损伤（TBI）及蛛网膜下腔出血（SAH）等急性神经损伤后的继发性损伤是导致神经元死亡与神经炎症的核心因素，然而驱动这些病理进程的复杂分子机制仍不明确。传统凋亡靶向治疗的有限疗效凸显了探索受多样化精密调控网络支配的其他调节性细胞死亡通路的必要性。PANoptosis是一种新兴的炎症性程序性细胞死亡形式，最初被提出用以描述凋亡、焦亡与坏死性凋亡之间的交互作用，其受PANoptosome等动态分子复合物调控，可协调多条细胞死亡相关通路，并促进神经元丢失与炎症反应的放大。本综述系统阐述了PANoptosis的分子机制及其在急性神经损伤中的功能，重点关注其在缺血性卒中与脊髓损伤中的病理调控网络，同时展望了靶向PANoptosis的新兴治疗策略。近期研究已鉴定出Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）、受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）及转化生长因子β激活激酶1（TAK1）等关键分子介质，它们通过调控PANoptosome组装及下游效应通路参与病理进程，是重要的潜在治疗靶点。抑制PANoptosis可显著减轻血脑屏障（BBB）破坏并改善神经功能缺损。此外，本综述还讨论了靶向PANoptosis面临的转化挑战与未来研究方向，为多靶点神经保护策略的开发提供了理论基础。

1. 1.
   引言
   急性神经损伤（如TBI与SCI）后的继发性神经元死亡及神经炎症是导致不可逆神经功能障碍的核心病理过程。尽管凋亡长期被认为是神经元死亡的主要机制，但临床研究证实传统抗凋亡疗法（如广谱caspase抑制剂）对疾病进展的保护作用有限，疗效不佳。这提示继发性损伤的复杂性可能源于多种细胞死亡通路的协同激活，单一靶向凋亡的治疗策略难以阻断神经元死亡的复杂网络。此外，神经炎症与细胞死亡之间存在正反馈环路：损伤后释放的损伤相关分子模式（DAMPs）可激活小胶质细胞与星形胶质细胞，而IL-1β、TNF-α等促炎细胞因子又可进一步加剧细胞死亡，这一过程无法完全由经典凋亡范式解释。为突破上述局限，PANoptosis作为一种新发现的调节性细胞死亡形式受到广泛关注。该概念于2019年首次提出，用于描述焦亡、凋亡与坏死性凋亡间的分子交互与功能汇聚。PANoptosome复合物是PANoptosis的关键调控平台，可响应病原体相关分子模式（PAMPs）与DAMPs等损伤信号，招募焦亡、凋亡与坏死性凋亡的相关分子组分。但PANoptosome的组成与下游激活模式具有细胞环境与病理刺激依赖性，例如在脊髓损伤模型中，PANoptosome相关信号参与神经元PANoptosis及急性神经损伤后的继发性损伤。PANoptosis还可促进HMGB1、IL-1β等炎症介质释放，HMGB1-TLR4/NF-κB信号亦参与SCI后的继发性炎症反应。这种多通路协同机制揭示了PANoptosis在理解急性神经损伤复杂病理生理网络中的重要价值，也为探索多靶点治疗策略提供了机制基础。PANoptosis与神经炎症的双向互作可能是加重损伤的重要机制：一方面，PANoptosis释放的ATP、IL-1α等DAMPs可激活NLRP3炎症小体，促进小胶质细胞M1极化并诱导IL-18等促炎介质释放；另一方面，损伤微环境中的IFN-γ、活性氧（ROS）等炎症介质可上调ZBP1表达，从而增加神经元对PANoptotic细胞死亡的易感性，形成“死亡-炎症”恶性循环，加剧BBB破坏与神经功能缺损。本综述旨在系统总结PANoptosis的分子机制及其在急性神经损伤中的作用，重点阐述其在缺血性卒中（IS）与SCI中的病理调控网络，并探讨靶向PANoptosis的新兴治疗策略，为相关疾病多靶点干预提供参考。
2. 2.
   PANoptosis
   2.1 PANoptosis的定义与组成
   PANoptosis由Malireddi等学者于2019年提出，是整合凋亡、焦亡与坏死性凋亡分子交互的框架概念。与具有明确分子级联的经典细胞死亡方式不同，PANoptosis目前不被视为具有固定分子组成的独立死亡通路，而是一种以多死亡通路协调激活与交互为特征的新兴炎症性程序性细胞死亡范式。PANoptosome复合物的发现为其调控机制提供了关键依据，表明共享分子平台可整合三类死亡通路的信号组分，但其组成、激活机制与生物学功能具有环境依赖性，仍需深入研究。与经典调节性细胞死亡相比，PANoptosis的核心特征在于通过PANoptosome平台同时启动多类死亡执行机制：其核心分子机器包含上游感受器（如ZBP1、AIM2、NLRP12）、衔接蛋白（ASC、FADD）及下游效应分子（caspases、RIPK1/RIPK3、MLKL）；执行特征表现为焦亡、凋亡与坏死性凋亡效应通路的协同激活，NINJ1可能介导终末膜破裂；炎症输出则通过gasdermin、MLKL、NINJ1介导的裂解及DAMPs释放实现高水平炎症应答。相比之下，凋亡通常为非裂解性，仅继发坏死时出现炎症；焦亡依赖炎症小体-caspase-1/4/5/11-GSDMD轴，伴随gasdermin孔道形成与IL-1β/IL-18释放；坏死性凋亡由RIPK1/RIPK3/MLKL信号驱动，呈裂解性与促炎性。PANoptosome可根据感受器差异分为ZBP1-PANoptosome、AIM2-PANoptosome、RIPK1-PANoptosome及NLRP12-PANoptosome等亚型，但ZBP1、AIM2、RIPK3、RIPK1、ASC、FADD、caspase-8等核心组分常被共享。相较于单通路抑制因通路间交互与代偿激活导致的疗效局限，靶向PANoptosome组装或共享调控节点有望同时调控多个相互关联的细胞死亡程序，实现对炎症性细胞死亡的更广泛调节。

2.2 调控机制

2.2.1 PANoptosome的组成与功能动力学

PANoptosis受PANoptosome这一动态多蛋白平台调控，其组成可随触发刺激发生动态调整。当感知PAMPs、DAMPs、细胞因子或稳态扰动后，感受器蛋白启动信号事件，经衔接蛋白传递至caspase、RIP激酶及MLKL等催化效应分子，最终介导PANoptotic细胞死亡及促炎细胞因子释放。

2.2.2 PANoptosome组装的关键调控因子

TAK1是先天免疫、细胞死亡、炎症及细胞稳态的关键调控因子。病原体产生的TAK1抑制剂（TAK1i）可削弱宿主免疫防御，而TAK1抑制或基因缺失可通过促进RIPK1-PANoptosome形成诱导PANoptosis，也可通过RIPK3-MLKL轴触发不依赖RIPK1的PANoptosis。干扰素调节因子1（IRF1）是先天免疫信号诱导的转录因子，可通过转录调控ZBP1、AIM2、RIPK1及NLRP12等关键感受器的表达促进PANoptosome组装与PANoptosis。土拉弗朗西斯菌感染可通过I型干扰素受体（IFNAR1/2）及下游STAT1、IRF9依赖的途径诱导IRF1表达，而IRF1缺陷型巨噬细胞在感染后表现出AIM2依赖性细胞死亡受损，证实了IRF1在上述条件下的上游调控作用。在病毒感染（如流感病毒、HSV-1）及细菌感染（如沙门氏菌）中，IRF1可在TLR4、STING等模式识别受体（PRRs）下游被激活，在促进干扰素与促炎细胞因子（IL-6、TNF-α）表达的同时诱导PANoptosis，将先天免疫激活与PANoptotic细胞死亡相偶联。

2.2.3 PANoptosis的信号通路与执行机制

RIP Homotypic Interaction Motif（RHIM）结构域介导ZBP1与RIPK1/RIPK3的交互，PYD-CARD结构域介导ASC衔接感受器与caspase-1，DED结构域介导FADD招募caspase-8，从而在PANoptosome内实现三类死亡通路效应分子的协同激活，避免单一通路抑制导致的代偿。caspase-8的激活是PANoptosome介导的凋亡调控核心事件，其通过切割活化caspase-3/7导致DNA断裂，并通过剪切Bid生成tBid促进线粒体凋亡途径放大信号，但该过程主要依赖caspase-8而非经典凋亡的caspase-9。同时，caspase-8可通过剪切RIPK1与RIPK3抑制坏死性凋亡；当caspase-8活性不足时，RIPK1-RIPK3-MLKL轴被激活导致坏死性凋亡。焦亡通路中，caspase-1或caspase-4/5/11剪切GSDMD释放N端成孔结构域，介导IL-1β/IL-18分泌与细胞裂解，GSDME等其他gasdermin家族成员的活化亦可参与膜透化。NINJ1是PANoptosis终末质膜破裂的介导因子，位于焦亡与坏死性凋亡下游，负责完成质膜破裂与胞内成分释放。Pannexin-1作为多死亡通路共享的下游通道，可被GSDMD与MLKL介导的膜孔道开放激活，促进ATP等DAMPs释放，进而招募并活化周围免疫细胞，放大局部炎症反应。综上，适度PANoptosis可通过清除病原体或异常蛋白聚集体发挥保护作用，但过度激活会促进IL-1β、IL-18及DAMPs释放，加剧炎症、神经元死亡、BBB破坏及慢性炎症。

1. 3.
   PANoptosis在急性神经系统疾病发病中的机制作用
   3.1 卒中
   卒中是全球致残与致死的首要原因，其中IS占所有卒中的62.4%，其病理生理涉及能量耗竭、氧化应激、内质网应激及神经炎症，可激活坏死性凋亡、凋亡与焦亡等多种调节性细胞死亡。近年研究提示PANoptosis可能参与缺血性脑损伤，在细胞与啮齿类脑缺血再灌注模型中，三类死亡通路被同时激活，支持PANoptosis调控的可能性。cGAS-STING介导的I型干扰素信号是潜在机制之一：cGAS识别胞质异常dsDNA后合成cGAMP激活STING，进而通过TBK1与NF-κB促进I型干扰素与促炎细胞因子表达，该过程可上调ZBP1表达，而ZBP1是PANoptosome组装的关键上游调控因子。此外，缺血性卒中中LAMP2活性升高可促进腺苷酸环化酶（ADCY）降解，抑制ADCY-cAMP-PKA轴，可能构成神经元PANoptotic反应的内源性负调控机制。但目前相关证据多来自实验模型，PANoptosis是否为神经元死亡的主导机制仍需验证。

3.2 脊髓损伤

SCI是由机械性创伤引发的严重神经系统疾病，分为原发性损伤与继发性损伤两个阶段，后者以神经炎症、氧化应激及大量神经元死亡为特征。研究表明RNA结合蛋白YBX1可通过稳定ZBP1 mRNA增强其表达，加重PANoptosis；而E3泛素连接酶TRIM56可通过促进YBX1泛素化降解抑制ZBP1介导的PANoptosis，ZBP1基因敲除可逆转cleaved caspase-1、GSDMD-N、cleaved caspase-3、p-RIPK3、p-MLKL及IL-1β、IL-18等PANoptosis相关分子改变。单细胞转录组学研究发现Galectin 3（Lgals3）与Bax是神经元死亡的关键调控因子，锌可通过抑制Lgals3-Bax轴维持线粒体完整性，减轻PANoptotic反应。机器学习分析SCI转录组数据鉴定出caspase-4、Gasdermin B、NAIP、NLRC4及NLRP3五个PANoptosis相关枢纽基因，免疫浸润分析显示肥大细胞等11种免疫细胞亚群发生改变，提示神经炎症与PANoptosis存在复杂交互。但TRIM56-YBX1与锌介导的通路间联系尚未明确，且ZBP1、RIPK1、caspase-8等PANoptosome核心组分同时参与生理免疫应答与稳态维持，其功能具有环境依赖性。

3.3 创伤性脑损伤

TBI是由钝性撞击、加速减速或穿透伤导致的神经功能障碍，带来沉重社会经济负担。除凋亡外，坏死性凋亡、焦亡、铁死亡及PANoptosis均参与其病理进程：RIPK1抑制剂necrostatin-1可减轻TBI后组织损伤与神经功能缺损，RIPK3敲除亦具有神经保护作用；创伤来源细胞外囊泡（EVs）可通过HMGB1-RAGE-Cathepsin B信号激活NLRP3炎症小体，促进caspase-1剪切GSDMD引发焦亡；蛋白酶体亚基PSMD14可通过促进线粒体自噬、减少ROS生成抑制神经元PANoptosis，改善功能恢复。上述研究揭示了TBI后细胞死亡通路的复杂性，PANoptosis是该网络的重要组成部分，但其是否为神经元死亡的主导机制仍需进一步研究。

3.4 蛛网膜下腔出血

SAH多由动脉瘤破裂引起，具有高死亡率与致残率，涉及早期与迟发性脑损伤。RIPK1是SAH后神经炎症与细胞死亡的关键调控因子，抑制RIPK1具有潜在治疗价值。PGAM5介导的RIPK1调控可能参与SAH后PANoptosome相关信号，抑制PGAM5-RIPK1轴可减轻神经功能缺损。血红蛋白蓄积与炎症刺激亦可诱导PANoptosome相关信号，但不同PANoptosome复合物的相对贡献、细胞类型特异性及时空激活模式仍不明确，未来需阐明其在神经血管单元内的代谢、免疫及表观遗传调控规律。

3.5 热射病

热射病以核心体温＞40℃、中枢神经系统功能障碍及多器官衰竭为特征。除神经元凋亡外，焦亡、坏死性凋亡、铁死亡及PANoptosis均参与其全身器官损伤。热休克因子1（HSF1）可介导热应激诱导ZBP1表达，激活RIPK3-MLKL坏死性凋亡与caspase-8介导的凋亡通路；高温合并细菌PAMP暴露可通过TLR4-TRIF信号协同加剧PANoptosis，导致细胞因子风暴与多器官衰竭。抑制NINJ1或敲除caspase-1、caspase-11、caspase-8、RIPK3等PANoptotic介质可显著降低热射病致死率，提示靶向该通路是治疗潜力方向。

1. 4.
   靶向PANoptosis的治疗策略
   PANoptosis的多通路整合特性使其成为急性神经损伤的潜在治疗靶点，靶向ZBP1、ASC等PANoptosome核心组分可同时调控多条死亡通路，减少单通路抑制的代偿激活。但当前策略面临特异性与安全性挑战：ZBP1、RIPK1等组分是生理免疫监视与组织稳态所必需的，广泛抑制可能增加感染与恶性肿瘤风险；不同细胞类型对死亡通路的响应存在差异，例如RIPK1抑制可减轻小胶质细胞炎症，但可能加剧神经元凋亡，治疗窗狭窄；传统小分子抑制剂如Nec-1存在血脑屏障穿透性差、脱靶效应等问题。现有研究主要聚焦于三个方向：一是小分子抑制剂，如RIPK1抑制剂Nec-1可减少缺血卒中模型梗死体积，其衍生物GSK2982772在银屑病II期试验中显示出良好药代动力学特性；MLKL抑制剂NSA可抑制坏死性凋亡；caspase-1选择性抑制剂VX-765可减少SCI模型中神经炎症；褪黑素、硫化氢供体GYY4137、锌等多靶点分子也在脊髓损伤与缺血再灌注模型中显示出PANoptosis抑制作用。二是生物制剂，如抗HMGB1单克隆抗体可通过抑制HMGB1介导的DAMP信号减轻SCI模型中小胶质细胞活化与神经炎症，但HMGB1兼具损伤信号与修复介质的双重角色，疗效具有环境依赖性。三是天然化合物与联合治疗，如商陆皂苷H可通过抑制JNK1/2/NF-κB通路与MMP-9活性减轻BBB破坏；雷公藤红素可通过激活HSP70抑制RIPK1磷酸化发挥神经保护作用；毛蕊异黄酮可通过调控NLRP3、GSDMD、MLKL、RIPK1等基因减轻脑损伤，凸显了多靶点联合治疗的必要性。
2. 5.
   靶向PANoptosis的治疗策略与转化前景
   尽管临床转化尚处起步阶段，但已有初步证据支持其可行性：我国获批用于治疗缺血性卒中的丁基苯酞（NBP）在临床前模型中显示出抑制神经炎症与调节性细胞死亡的PANoptosis相关调控作用；选择性RIPK1抑制剂SIR9900已完成I期临床试验，证实其安全性与脑脊液穿透能力；VX-765在临床前神经创伤模型中可抑制caspase-1活化与IL-1β释放；牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）在实验性脑卒中模型中可通过调控Nrf2通路减轻氧化应激与炎症。但剂量反应不确定性、HMGB1等生物标志物特异性不足、患者异质性等问题仍限制临床转化，需开发Angiopep-2修饰纳米粒等新型递送系统与贝叶斯分层模型等适应性试验方法以实现精准治疗。
3. 6.
   挑战与未来展望
   6.1 当前局限性
   首先，PANoptosis的生物学特征具有高度环境依赖性，PANoptosome组成与激活随疾病类型、细胞群体及微环境变化，缺乏统一的调控模型与公认的特异性生物标志物，难以区分真正的PANoptosis与三类死亡的简单共存。其次，现有认知多来自细胞与啮齿类模型，人类疾病直接证据匮乏，物种间免疫响应、细胞异质性及血脑屏障差异限制了临床转化，且多数研究仅关注单一时间点，难以明确其时空动态贡献。最后，RIPK1、ZBP1等核心调控因子具有重要生理功能，广泛抑制可能干扰免疫稳态或诱发代偿性死亡通路激活。

6.2 未来展望

未来研究需在机制深度与广度上推进：一是利用单细胞多组学与空间组学技术解析不同CNS细胞类型中PANoptosome的组成、激活阈值及时空动态，阐明DAMPs/PAMPs、代谢扰动、细胞器应激及翻译后修饰等非转录调控层的作用。二是揭示“代谢-免疫-死亡轴”的交互机制，明确乳酸蓄积、ATP耗竭等微环境变化对PANoptosis的调控及PANoptosis产物对代谢与免疫的反馈作用。三是开发人CNS类器官与器官芯片等先进模型，利用工程化EVs作为治疗递送载体与循环生物标志物。四是构建精准智能递送系统，如基于配体靶向或微环境响应材料的纳米颗粒、AAV载体等，探索靶向PANoptosome hubs与下游效应分子的双功能分子、多靶点联合治疗及内源性神经保护通路激活等策略。五是鉴定可靠的PANoptosis生物标志物，采用适应性临床试验设计加速临床转化，最终实现急性神经损伤的精准治疗。

1. 7.
   结论
   PANoptosis是急性神经损伤中的重要调控范式，通过动态组装PANoptosome整合焦亡、凋亡与坏死性凋亡的分子组分，驱动炎症性细胞死亡并放大炎症级联，加剧组织损伤与神经功能障碍。ZBP1、RIPK1、TAK1、IRF1等关键上游调控因子通过控制PANoptosome组装与信号传导参与“死亡-炎症”恶性循环。临床前与早期临床证据表明靶向PANoptosis通路具有治疗潜力，但生物标志物缺乏、细胞类型特异性不明及生理功能干扰等问题仍待解决。抑制关键PANoptosis介质可减轻BBB破坏、缓解神经炎症并改善神经功能，其多通路协同作用的特征支持多靶点干预策略的优势。未来需通过分子表征、递送技术与生物标志物研究的突破，推动精准治疗策略开发，改善卒中、脊髓损伤、创伤性脑损伤等急性神经系统疾病的临床预后。