完整的細(xì)胞膜是細(xì)胞進(jìn)行正常生命活動(dòng)的基石。 RNA世界理論（）認(rèn)為，月球早期的生命分子首先以RNA的形式存在，因?yàn)镽NA分子可能既具有類似于DNA的遺傳信息存儲(chǔ)功能，又具有類似于蛋白質(zhì)的催化能力。 為了保證這些遺傳信息的安全，并滿足生命所需的生化反應(yīng)的最佳條件，磷脂分子會(huì)自發(fā)地組裝并包裹在RNA（以及隨后出現(xiàn)在生物體中的DNA和蛋白質(zhì)）的最外周，從而以原始方式產(chǎn)生原始細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。 細(xì)胞和細(xì)胞膜出現(xiàn)后，細(xì)胞膜的完整性對(duì)于細(xì)胞來說至關(guān)重要。
2022年1月10日，格拉斯哥學(xué)院龔一男實(shí)驗(yàn)室在Cell上發(fā)表文章，闡明了細(xì)胞如何感知細(xì)胞膜的完整性缺失并啟動(dòng)免疫預(yù)警機(jī)制。
細(xì)胞膜完整性的破壞將導(dǎo)致細(xì)胞裂解和細(xì)胞內(nèi)容物的釋放。 當(dāng)細(xì)胞暴露于極端的化學(xué)或物理環(huán)境，如激光、洗滌劑、真菌或免疫細(xì)胞形成的孔蛋白時(shí)，細(xì)胞膜無法維持其完整性細(xì)胞膜圖片，從而發(fā)生細(xì)胞死亡。 同時(shí)，細(xì)胞本身還有另一套生理機(jī)制，可以從細(xì)胞內(nèi)部裂解細(xì)胞，即程序性細(xì)胞壞死，如細(xì)胞焦亡，這意味著細(xì)胞可以決定細(xì)胞膜的完整性。甚至在某些情況下它自己的命運(yùn)。 雖然膜完整性的破壞會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，但這并不是一個(gè)不可逆的過程，事實(shí)上，細(xì)胞可以忍受一定程度的膜損傷。 受損到一定程度的細(xì)胞膜可以通過細(xì)胞膜修復(fù)機(jī)制進(jìn)行修復(fù)，最終使細(xì)胞能夠抵抗膜損傷。 這些修復(fù)機(jī)制包括細(xì)胞膜剪切和破裂，其中涉及 ESCRT-III。 龔一楠博士曾于2017年闡明了ESCRT-III修復(fù)細(xì)胞膜損傷的具體過程（Gong, et al. Cell. 2017）。
對(duì)于接受非致死劑量的受損細(xì)胞膜的細(xì)胞，除了膜修復(fù)之外還有其他生理反應(yīng)嗎？ 例如，這樣的細(xì)胞能否將自身的細(xì)胞膜應(yīng)激信號(hào)轉(zhuǎn)化為免疫信號(hào)來警告周圍的微環(huán)境？ 在一篇新發(fā)表的文章中，龔一楠的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)受損細(xì)胞膜的局部鈣流入有助于招募 S660 乙酸化 PKC。 乙酰化PKC開啟下游NF-κB信號(hào)通路和RelA/Cux1轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)趨化因子CXCL1/2/8/10的表達(dá)和分泌。 多種細(xì)胞膜損傷（包括去污劑等）可以招募S660-乙酸化的PKC并刺激下游趨化因子的產(chǎn)生。 因此，細(xì)胞膜的非致命性損傷可以被視為一種數(shù)學(xué)上的損傷相關(guān)分子模式（DAMP），而S660-乙酸化的PKCs起到模式識(shí)別受體（）的作用，介導(dǎo)下游先天免疫反應(yīng)。
細(xì)胞對(duì)膜完整性（PMI）的反應(yīng)與多種癌癥有關(guān)。 這種趨化因子的產(chǎn)生已在晚期甲狀腺癌和食道癌以及腎移植和放射治療后的患者中觀察到。 利用大鼠胸膜炎模型，龔一楠團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜損傷引起的趨化因子的分泌對(duì)于免疫細(xì)胞的遷移以及遷移引起的胸膜炎至關(guān)重要。 這一發(fā)現(xiàn)表明，廣泛存在的PMI現(xiàn)象具有潛在的重要生物學(xué)功能，將為研究各種癌癥的發(fā)展提供獨(dú)特的視角，并對(duì)其診斷和治療發(fā)揮指導(dǎo)作用。
在分子水平上，響應(yīng) PMI 的細(xì)胞膜完整性信號(hào)通路與酵母細(xì)胞壁完整性的信號(hào)通路 (, CWI) 相似。 對(duì)于酵母來說，即使被命名為CWI，這條途徑的激活不僅是通過細(xì)胞壁損傷，還包括細(xì)胞膜損傷，比如低劑量的去垢劑SDS。 無論是單細(xì)胞生物還是多細(xì)胞生物，由于細(xì)胞膜（壁）是細(xì)胞抵御外界環(huán)境的第一道防線，裂紋的形成是不可避免的； 因此，細(xì)胞對(duì)這種裂縫的感知和管理已經(jīng)成為一種保守的生理機(jī)制。
慶幸的是細(xì)胞膜圖片，“生命總有裂痕，才有陽光照進(jìn)來”（《近未來》、蘇打綠）。
這項(xiàng)工作由王博士和芝加哥癌癥中心研究所的 Josh 共同第一作者。 Jacob-博士承擔(dān)生物信息學(xué)工作并擔(dān)任共同通訊作者。
專家點(diǎn)評(píng)
張志斌博士（MD）
調(diào)節(jié)性程序性細(xì)胞死亡（細(xì)胞死亡）包括壞死性自噬（ ）和細(xì)胞焦亡（），一般以細(xì)胞膜的損傷為重要標(biāo)志。 膜穿孔蛋白 MLKL 分別介導(dǎo)壞死吞噬和細(xì)胞焦亡 [1-3]。 值得一提的是，程序性細(xì)胞壞死并不是不可逆轉(zhuǎn)的。 當(dāng)壞死途徑被激活時(shí)，ESCRT-III介導(dǎo)的膜修復(fù)系統(tǒng)也可以修復(fù)受損的細(xì)胞膜[4,5]。 因此，細(xì)胞最終是否會(huì)引發(fā)程序性壞死，取決于壞死途徑激活的硬度和細(xì)胞膜修復(fù)的強(qiáng)度，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。 可以想象，在低水平刺激的情況下，部分細(xì)胞可能會(huì)激活壞死途徑并存活下來； 而在高水平刺激的情況下，對(duì)于細(xì)胞群來說，很少有100%的細(xì)胞壞死，所以細(xì)胞很少。 有些細(xì)胞也可能受到損傷，但不會(huì)死亡。 但我們對(duì)那些壞但沒有死亡的細(xì)胞了解很多。
通過利用低強(qiáng)度刺激，龔一楠課題組（龔一楠博士的初步研究闡明了ESCRT-III膜修復(fù)系統(tǒng)的負(fù)調(diào)控）對(duì)各類壞死但不死亡的細(xì)胞進(jìn)行了系統(tǒng)研究，報(bào)告了一種新的但廣泛的現(xiàn)有的膜損傷識(shí)別機(jī)制（PMI）。 低強(qiáng)度程序性壞死途徑激活后，細(xì)胞膜穿孔導(dǎo)致鈣離子流入，進(jìn)而激活 PKC。 乙酰化激活的PKC進(jìn)一步激活NF-κB信號(hào)通路，最終導(dǎo)致細(xì)胞趨化因子（例如CXCL1）的下調(diào)和產(chǎn)生。 趨化因子的產(chǎn)生可以直接導(dǎo)致巨噬細(xì)胞的募集。 有趣的是，在晚期肺癌樣本和失血損傷的心臟樣本中，MLKL激活的細(xì)胞中也觀察到趨化因子的產(chǎn)生，表明這種機(jī)制在體內(nèi)廣泛存在。 總而言之，這項(xiàng)研究首次確定了廣泛存在的膜損傷識(shí)別通路，是細(xì)胞壞死及相關(guān)領(lǐng)域的重要突破。 同時(shí)，這項(xiàng)研究報(bào)道了壞死途徑的一個(gè)新功能，即在壞死細(xì)胞而不是死亡細(xì)胞中產(chǎn)生趨化因子。 這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，為進(jìn)一步理解細(xì)胞壞死途徑與免疫系統(tǒng)的相互作用提供了寶貴的思路，也為未來的臨床轉(zhuǎn)化研究提供了理論基礎(chǔ)。
專家點(diǎn)評(píng)
孫黎明研究員（生物化學(xué)與細(xì)胞科學(xué)研究所）
程序性細(xì)胞死亡（）包括自噬（）、程序性細(xì)胞壞死（ cell ）、細(xì)胞焦亡（）等。根據(jù)細(xì)胞膜是否受損，這種細(xì)胞死亡方式可分為膜完整性細(xì)胞死亡（如自噬）和膜裂解細(xì)胞死亡（如程序性壞死、細(xì)胞焦亡等）。 破膜蛋白 MLKL 和 GSDM 家族蛋白的激活分別通過程序性細(xì)胞壞死和焦亡介導(dǎo)膜損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡和細(xì)胞內(nèi)容物釋放。 破膜蛋白引起的膜損傷一定會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡嗎？ Green院士團(tuán)隊(duì)（共同作者龔亦楠博士）和Peter Broz院士團(tuán)隊(duì)分別于2017年和2018年在Cell上發(fā)表研究論文，報(bào)道ESCRT-III（）可以針對(duì)破膜蛋白引起的膜損傷MLKL 或 GS??DMD。 要修復(fù)，請(qǐng)切斷受損區(qū)域的膜 [4,5]。 這一過程在膜損傷早期逆轉(zhuǎn)細(xì)胞死亡命運(yùn)方面發(fā)揮著作用。 這一發(fā)現(xiàn)否定了細(xì)胞本身對(duì)破膜蛋白引起的膜損傷具有一定的耐受性。 也就是說，只有通過ESCRT修復(fù)受損的細(xì)胞膜，才能阻止細(xì)胞命運(yùn)走向死亡。 這一發(fā)現(xiàn)也引發(fā)了細(xì)胞死亡領(lǐng)域?qū)W者們的新一輪思考：免于死亡的細(xì)胞還是同一個(gè)細(xì)胞嗎？
英國伯明翰大學(xué)龔一南院士團(tuán)隊(duì)最新研究結(jié)果表明，細(xì)胞發(fā)生非致死性膜損傷后，即細(xì)胞處于“亞死亡”階段（sub-- ），PKC可以感知膜損傷部位鈣離子的流入。 最終，NFkB被激活，下調(diào)趨化因子的轉(zhuǎn)錄水平，隨后趨化因子大量釋放到細(xì)胞外，招募免疫細(xì)胞向死亡細(xì)胞遷移。 這個(gè)過程被研究人員稱為“細(xì)胞膜完整性應(yīng)激反應(yīng)”（“（PMI）”）。 這項(xiàng)研究的最大亮點(diǎn)是定義了非死亡狀態(tài)下細(xì)胞膜適度損傷可引發(fā)免疫反應(yīng)的生理意義。 細(xì)胞死亡的過程是一場(chǎng)多維的生理風(fēng)暴。 在體內(nèi)，膜裂解蛋白（MLKL、GSDM等）必然與膜修復(fù)蛋白ESCRT處于廣泛的動(dòng)態(tài)平衡范圍。 通過破壞和修復(fù)膜，它們動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和趨化因子的轉(zhuǎn)錄。 組織細(xì)胞的免疫微環(huán)境在死亡狀態(tài)下發(fā)生改變。
參考
1 王 H. 等人。 類似混合的 MLK Lupon，作者：RIP 3., 133-146, (2014)。
2劉X等人-.,153-158,(2016)。
3Ding，J.etal.Pore-.，111-116，（2016）。
4 龔，Y Netal。 ESCRT-III MLKL 對(duì)細(xì)胞死亡的作用及其，286-，（2017）。
5Ruhl, S. 等人。 ESCRT-.，956-960，（2018）。
論文鏈接
(21)01035-2
