膽酸誘導細胞死亡的分子機制研究進展*

李宛衛 綜述，胡章雪 審校

(第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所兒科，重慶 400042)

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·綜述·

膽酸誘導細胞死亡的分子機制研究進展*

李宛衛 綜述，胡章雪 審校

(第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所兒科，重慶 400042)

膽酸；細胞死亡；分子機制

作為體內的一組信號分子，膽酸在誘導細胞死亡中發揮著重要的作用。而它們的經典作用則是參與脂質的消化與吸收。在肝硬化研究中第一次證明膽酸能夠誘導細胞死亡。進一步的研究證明膽酸能夠激活細胞死亡受體Fas和TRAIL-R2并且啟動半胱天冬酶依賴的細胞凋亡。自噬發現后，人們同樣發現膽酸對自噬有影響。細胞凋亡與壞死是兩種較為常見的細胞死亡形式，在內環境的發展與穩定中發揮重要作用。由于凋亡體的形成導致其對全身炎性反應的激活影響較小。壞死是形態學上表現為細胞器腫脹、細胞體積增大、漿膜破壞以及細胞內容物的丟失。由于細胞碎片的增加導致很強的炎癥效應，從而誘導難治性的急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)和多器官功能衰竭(MOF)[1]。因為死亡受體能夠觸發細胞程序性壞死，而細胞內信號分子具有調控作用[2]，所以膽酸在程序性壞死中的作用值得研究。

1　細胞死亡的分子機制

細胞的死亡與生長、增殖和分化都是細胞重要的基本特性。細胞程序性死亡在多細胞生物的發育和內環境穩態的維持中是一個關鍵的環節。基礎研究中定義了3種細胞程序性死亡的方式：(1)凋亡全部表現為形態學變化，其中包括細胞皺縮、漿膜內氣泡、核質固縮、核碎裂及凋亡體的形成；(2)自噬與死亡細胞中自噬泡的形成及后續發生的自噬蛋白誘導的溶酶體裂解有關；(3)壞死曾經一度被認為是被動過程，它以細胞腫脹、漿膜破裂及后續的細胞內成分的丟失為主要特征。經典的細胞壞死是指細胞損傷后發生被動的化學性細胞死亡，也就是說細胞死亡是必然結果。但是，新的研究表明在特定情況下壞死也能夠被觸發和發展。而這種可調控的細胞壞死過程被稱為程序性壞死[3]。

隨著關于細胞程序性壞死的進一步研究，程序性壞死在炎癥反應綜合征(SIRS)、MOF等嚴重病理學過程中發揮著重要的作用。在一些病理過程不明確的臨床病例中，膽酸能夠誘導肺炎及ARDS。而膽酸誘導程序性壞死及與SIRS之間的聯系或許是這些疾病的分子機制[4]。

細胞死亡作為細胞代謝的一個基本的生物學過程，不僅是細胞生命的結束，也同樣是器官的結構和功能的改變者。細胞的死亡與細胞生長、增殖和分化一樣也受到調控。半胱天冬酶級聯反應是經典的細胞程序性死亡途徑，該過程可以伴有或者不伴有線粒體的參與[5]。與凋亡相比，人們普遍認為壞死是偶然的且不受調控的事件[2]。然而，越來越多的證據表明通過調節機制能夠誘導細胞壞死的發生，可調控的壞死包括幾個細胞死亡形式,如necroptosis、arthanatos、erroptosis或oxytosis、MPT-dependent necrosis、NETosis或ETosis。

而necroptosis是最具有特征性的可調控壞死，這就是所說的程序性壞死，具有特殊的信號通路，它需要受體交互蛋白激酶RIPK3、MLKL的參與，以及受死亡受體、干擾素、Toll樣受體、細胞內RNA和DNA傳感器及其他介質的誘導[6]。程序性壞死是細胞程序性死亡選擇性受體誘導的一種形式。這種類型的細胞死亡通常被認為是當半胱天冬酶通路被阻斷后一些死亡受體、腫瘤壞死因子(TNF)超家族(尤其是TNF受體自身)共同作用的結果[7]。并且能夠被necrostatins特異性抑制。程序性壞死目前證實能夠參與調節免疫系統、癌癥發生、細胞內多重刺激后的反應[8]。

RIPK1和RIPK3能夠形成一個復合體從而觸發這些信號通路。二者的磷酸化對于形成necrosome非常重要。necrosome是一種淀粉樣復合體，能啟動程序性壞死前信號的傳遞[9]。此外，在TNF誘導的程序性壞死中RIPK1和RIPK3是主要的參與者，PIPK1決定細胞是死亡或存活，而PIPK3決定細胞死亡的類型是細胞凋亡還是程序性壞死[10]。

最新研究表明，RIPK3在程序性壞死中非常關鍵。在HT-29細胞中敲除RIPK3基因后能夠明顯抑制程序性壞死。RIPK3也是在死亡受體信號誘導細胞凋亡與程序性壞死之間的一個分子開關。低水平表達RIPK3的細胞對程序性壞死有抵抗作用。盡管凋亡途徑被阻斷，但對這些細胞進行轉染RIPK3基因卻能夠促進程序性壞死的進程[11]。RIPK3高水平表達細胞能夠觸發壞死途徑，而RIPK3低水平細胞表達則能夠觸發凋亡途徑。MLKL是necrosome的重要組成部分，它能夠通過程序性壞死而觸發TNF誘導的細胞死亡。MLKL可以作為RIPK3的底物來介導程序性壞死下游信號[12]。但是，目前MLKL在這個過程中發揮的作用仍然不明確。另外，RIPK3能夠誘導細胞凋亡，并且直接促進促炎性細胞因子的產生[13]。因此，判斷非壞死性凋亡的RIPK3信號通路是否會影響依賴RIPK3的病理過程非常重要。

2　膽酸與細胞死亡

膽酸在腸道營養吸收、膽酸分泌和毒物代謝中發揮重要的生理作用。同時，膽酸可以通過核受體和G蛋白耦聯受體形成重要的代謝調節物和信號分子，能夠調節肝臟脂質、葡萄糖及能量平衡。此外，有毒的膽酸能夠引起炎性反應、細胞凋亡及細胞死亡[14]。膽酸也能夠通過非特殊的清除作用和受體介導作用兩種方式共同誘導細胞死亡。膽酸的腸肝循環在營養吸收、分布和代謝平衡重中起到重要作用。肝臟和腸道中有一個復雜的膜轉運系統來調節這些生理過程，而核受體又可以調節這個復雜的膜轉運系統。膽酸作為調節分子，具有作為激素與核受體相互作用，改變膜狀態從而激活膜蛋白相關信號通路的作用[15]。

既往研究表明，膽酸主要通過激活細胞膜上的死亡受體Fas，TRAIL-R2誘導細胞死亡。膽酸雖然不能與死亡受體結合，但是可以促進高爾基體中儲存的Fas釋放，增加TRAIL-R2的轉錄，使胞膜上的死亡受體數量增加，受體相互結合發生寡聚化。寡聚化的死亡受體可以發生非配體依賴的受體激活，誘導胞內死亡誘導信號復合體(DISC)形成，再經過下游信號分子的傳導，最終誘導細胞程序性死亡。程序性壞死與細胞凋亡都由死亡受體激活所啟動，但每個細胞只能選擇一種死亡類型，或者凋亡，或者壞死。死亡受體雖然啟動了程序性死亡，但并不能決定細胞死亡的類型。目前認為，DISC在死亡類型的選擇中發揮關鍵作用。DISC的每一部分、caspase-8及Fas associated death domain (FADD)對于促進細胞凋亡都至關重要[16]。但是，當膽酸激活死亡受體時，仍然未發現死亡通路的下游。

3　膽酸受體在膽酸誘導細胞死亡機制中的作用

膽酸受體是核受體或膜受體，而膽酸可以將其激活并觸發不同的信號途徑。另外，膽酸能夠通過激活核受體或一些其他的細胞信號通路(JNK1/2、AKT、ERK1/2)來調節肝臟和小腸內基因的表達。這些核受體包括：farnesoid X receptor (FXR;NR1H4),pregnane X receptor (PXR;NR1I2),vitamin D receptor (VDR;NR1I1),G protein coupled receptor TGR5，它們是參與調節膽酸代謝和解毒作用的關鍵轉錄因子[17]。其中核受體FXR是幾個代謝途徑的重要監管者，有助于影響膽酸在新陳代謝、炎癥及細胞周期控制中的作用[18]。它主要針對膽酸的配體激活型轉錄因子，并且是維持膽酸平衡的關鍵元件[17]。FXR在核內也是一個重要的核受體和轉錄因子。它能夠調節膽酸代謝、細胞死亡及一系列基因轉錄[19]。在肝臟,FXR被認為是一種多功能細胞保護和腫瘤抑制基因。FXR可以通過不同的機制抑制肝臟致癌作用:(1)FXR維護正常肝膽汁的代謝酸、葡萄糖和脂類;(2)FXR促進損傷后肝再生和修復;(3)FXR保護肝細胞免受死亡和提高細胞生存;(4)FXR抑制肝臟炎癥,從而防止炎癥損傷;(5)FXR可以直接增加一些抑癌基因的表達,抑制幾個致癌基因的轉錄[20]。最近的研究表明，膽酸與FXR之間的相互作用參與到肝、膽、胃腸道較為廣泛的一部分疾病的病理生理學過程中，如膽汁淤積、肝臟炎性疾病、肝癌、炎性腸病及結腸、食管和一些炎癥相關的癌癥。

作為一種轉錄因子，FXR結合到DNA上或者作為一個單體或者作為retinoid X receptor (RXR,NR2B1)的一個異二聚體來調節多種靶基因。此外，FXR在肝臟、腎臟、小腸和腎上腺中高表達，但在脂肪組織及心臟中表達較低[18]。許多研究表明，FXR在腸道和肝臟的腫瘤發生中起到很重要的作用。因此，FXR在維持膽酸水平生理范圍內能阻止膽酸誘導的細胞毒性作用因此，FXR的減少將是癌前病變的一種表現。FXR激活誘導細胞死亡在癌細胞中是多種多樣的[21]。更重要的是FXR能夠在多種癌細胞中誘導細胞死亡[20]。

4　膽酸誘導細胞程序性壞死可能的信號轉導機制

已經證明caspase-8、RIPK3和FADD的表達水平在細胞死亡的凋亡或壞死通路中都是關鍵的調節因素。當沒有FADD 或 caspase-8時，RIPK3的激活能促使壞死細胞的死亡。當caspase-8或 FADD表達時RIPK3誘導的細胞程序性壞死明顯受到抑制[22]。因此，抑制RIPK3介導的壞死可能用于像胰腺炎這樣的急慢性炎癥疾病的治療中。細胞凋亡與壞死性凋亡有密切的關聯。尤其是當半胱天冬酶受到抑制或者不能被有效激活的時候，凋亡誘導的炎性因子在特定的細胞系中也能夠引起壞死。當半胱天冬酶受到抑制劑抑制或者在特定生理狀況下(如病毒感染)，RIPK1 和 RIPK3形成necrosome從而觸發第三通路——程序性壞死或壞死性凋亡[23]。相比之下，程序性壞死只發生在細胞凋亡或者半胱天冬酶活性受到抑制的情況下，這將會為細胞提供防御來對抗細胞內抑制經典凋亡的病原體。

關于膽酸誘導細胞死亡，有實驗表明低水平膽酸誘導細胞凋亡，高水平的膽酸誘導壞死性凋亡[24]。因為細胞死亡的類型不取決于死亡受體，所以如果膽酸只激活死亡受體，那么就不能解釋目前已經發現的現象。膽酸可能對DISC還有直接的作用，這是程序性壞死的另一條途徑，獨立于經典的細胞死亡受體信號途徑之外。膽酸對肺泡表皮細胞處理后RIPK3 mRNA表達增高，表明膽酸可以影響RIPK3的表達。高水平的膽酸不僅能激活FXR而且還能明顯增加核內FXR的表達水平[25]。進一步的生物信息學分析表明FXR在RIPK3的轉錄調節中起著重要的作用，這與FXR和RIPK3基因調節序列區的高度互補性有關。因此，膽酸不僅能夠誘導細胞死亡(由胞膜受體Fas 和 TRAIL-R2開始)，而且能夠通過FXR上調程序性壞死中的關鍵分子RIPK3。因此，膽酸能夠改變細胞死亡的方式。

5　結　　論

過去的幾年里，已經證實程序性壞死在調節免疫系統、組織損傷和癌癥進展中發揮重要的作用。小分子配體FXR有望用于治療各種代謝和炎癥相關的人類疾病。Necrostatin家族或許能夠為腦的缺血再灌注損傷、心肌梗死等一些疾病的治療提供潛在的靶點。對于調節程序性壞死有關的信號網絡的進一步研究將會對探索其在診斷治療其他疾病中有重要的意義。膽酸誘導的細胞死亡在其他疾病的發展中也發揮著很重要作用。雖然目前沒有研究表明膽酸與程序性壞死之間的直接關系，但是這條猜想的途徑值得研究者們認真思考。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.07.041

軍隊醫學科技青年培育項目(13QNP119)。作者簡介：李宛衛(1984-)，主治醫師，碩士，主要從事新生兒醫學研究工作。

Q25

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1671-8348(2016)07-0982-04

2015-09-08

2015-11-26)