責編 | 酶美
細胞死亡是細胞在漫長的進化過程中獲得的一種自殺機制，在清除機體內無用、多餘及病變的細胞，維持正常發育、組織形態和機體內環境穩定等方面都起到關鍵性作用。細胞壞死是細胞死亡的主要方式之一，在病毒感染、炎症反應等過程中具有重要生理學意義，同時在急性胰腺炎、神經退化、缺血性傷害、動脈粥樣硬化等疾病中也扮演了重要的角色。腫瘤壞死因子（TNF）是迄今為止所發現的能夠特異性殺死癌細胞並抑制其增殖功能的最強生物活性因子，但由於其還會引起組織壞死，產生嚴重的毒副作用並對周圍組織造成破壞，從而極大地限制了其在臨床上的應用【1】。
在TNF介導的訊號通路中，RIP1和RIP3相互結合形成的壞死小體複合體是壞死訊號傳遞的必要過程【2】。大量體內和體外研究表明RIP1是細胞壞死發生的關鍵蛋白，然而，近年來越來越多的證據表明RIP1在一定條件下會抑制壞死過程的發生。RIP1基因敲除的小鼠在出生時死於系統性炎症，RIP3和caspase-8雙基因敲除可以挽救小鼠的圍產期死亡【3】。對caspase-8的招募是RIP1阻滯細胞壞死發生的關鍵過程，caspase-8可以透過剪下RIP1/RIP3複合物，從而破壞其穩定性【4】。這些報道表明RIP1對細胞壞死同時具有促進和抑制兩種調控方式，但對於如何實現這種複雜的雙重調控機制，以及其內在的動力學行為如何抉擇細胞命運，是細胞死亡研究領域亟待解決的關鍵科學問題。
近日，廈門大學生命科學學院韓家淮課題組和物理科學與技術學院帥建偉課題組合作在 Protein & Cell 雜誌上發表題為RIP1-dependent linear and nonlinear recruitments of caspase-8 and RIP3 respectively to necrosome specify distinct cell death outcomes 的研究文章，報道了RIP1如何定量調控細胞壞死小體複合物的招募，進而導致細胞不同命運的抉擇機制。
研究團隊首先基於自主開發的Group-DIA非靶向質譜資料分析方法【5】，定量獲取TNF訊號通路中TNFR1複合物、RIP1複合物及RIP3複合物在L929纖維肉瘤細胞中的絕對分子數量。結合該定量資料，首次構建了TNF介導細胞壞死的訊號網路模型。透過模型預測和實驗驗證表明RIP1對RIP3的磷酸化具有雙向調節功能，即低濃度的RIP1促進RIP3磷酸化，而高濃度的RIP1則抑制RIP3磷酸化的發生。RIP1在細胞中的表達水平直接決定其是促進還是抑制細胞壞死過程的發生。
進一步的理論預測及實驗證實，caspase-8表達量的降低直接減小了高濃度RIP1對RIP3磷酸化抑制的影響，表明RIP1對caspase-8的招募是其雙向調節細胞壞死的直接原因。而決定RIP1雙向調節的關鍵機制在於RIP1對caspase-8及RIP3的不同招募動力學行為。研究發現caspase-8的招募是線性依賴RIP1的表達水平，而RIP3磷酸化則呈現出對RIP1表達水平的極低閾值響應行為，即2%的RIP1正常表達水平就足以使得RIP3磷酸化達到峰值。
研究組進一步結合實驗分析及模型最佳化，發現了高濃度RIP1除了抑制RIP3磷酸化介導的細胞壞死，同時也會阻滯TRADD介導的細胞凋亡。模型的拓撲結構分析和實驗結果表明，TRADD並不存在於含有RIP3的壞死小體複合物中，RIP1表達水平的降低可以同時觸發細胞壞死和細胞凋亡。該結果揭示細胞壞死和細胞凋亡之間並不是絕對的相互抑制關係，在一定條件下它們可以同時發生。除了在細胞群體行為中，研究組還在單個細胞中觀測到了壞死訊號和凋亡訊號被同時啟用的現象，表明在單個細胞中兩種死亡方式也可共存發生。
最後，研究組在L929纖維肉瘤細胞中定量描繪出RIP1精準抉擇細胞命運的場景：當RIP1在細胞中的表達水平低於每細胞約1,000個分子（mpc）時，該細胞僅發生TRADD依賴性細胞凋亡；當其水平高於1,000 mpc時，caspase-8和RIP3分別被募集到壞死小體，對RIP1表達量分別呈現出線性和非線性依賴關係的動力學響應行為，並觸發細胞壞死和凋亡的同時發生；過高的RIP1表達（>46,000 mpc）則抑制細胞凋亡，僅導致細胞壞死。
綜上所述，該研究定量闡述了細胞壞死小體中各組分相互作用的程度和動力學模式對細胞命運抉擇有至關重要的影響，為後續精準定量研究細胞生存和死亡動力學行為及調控機制提供了方向。
韓家淮課題組博士後李翔、副教授鍾傳奇以及研究生吳睿是該論文的第一作者，韓家淮院士和帥建偉教授為該論文的共同通訊作者。
文章連結：
https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-020-00810-x
製版人：十一
參考文獻
1. Han J, Zhong CQ, Zhang DW (2011) Programmed necrosis: backup to and competitor with apoptosis in the immune system. Nat. Immunol. 12:1143–1149.
2. Zhang DW, Shao J, Lin J, Zhang N, Lu BJ, Lin SC, Dong MQ, Han J (2009) RIP3, an energy metabolism regulator that switches TNF-induced cell death from apoptosis to necrosis. Science 325:332–336.
3. Dillon CP, Weinlich R, Rodriguez DA, Cripps JG, Quarato G, Gurung P, Verbist KC, Brewer TL, Llambi F, Gong YN et al (2014) RIPK1 blocks early postnatal lethality mediated by caspase-8 and