PNAS | 上海有機所交叉中心發(fā)現(xiàn)RIPK1/RIPK3淀粉樣纖維跨細胞傳播誘導細胞壞死的新機制
程序性壞死（Necroptosis） 作為一種獨立于凋亡的程序性細胞死亡方式，在神經退行性疾病、炎癥性疾病及腫瘤發(fā)生發(fā)展中均發(fā)揮著重要作用[1-4]。執(zhí)行壞死功能的核心蛋白質機器是由受體相互作用蛋白激酶1（RIPK1） 與 RIPK3 共同組裝形成的壞死小體（necrosome）。近年研究表明，壞死小體中的RIPK1 與RIPK3能夠通過RIP同型相互作用基序（RHIM）形成具淀粉樣特征的功能性纖維，在細胞內起始并放大壞死信號傳導[5-7]；與之相對，Tau與α-synuclein等病理性淀粉樣聚集體在多種神經退行性疾病中作為關鍵致病因子，并已被證實具“朊蛋白樣（prion-like）”的自催化與跨細胞傳播能力[8]。由此引出一個關鍵問題：在壞死過程中形成的RIPK1/RIPK3功能性纖維是否也會在細胞膜破裂后逸出并被鄰近細胞攝取，從而以“結構模板”方式在細胞間傳遞并放大細胞死亡信號？
2025年9月，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心袁鈞瑛與劉聰團隊合作，在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America上發(fā)表題為 “Intercellular propagation of RIPK1/RIPK3 amyloid fibrils” 的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)，在細胞程序性壞死中形成的RIPK1/RIPK3功能性淀粉樣纖維，不僅在細胞內組裝驅動壞死信號，還會在壞死細胞膜破裂后釋放到胞外，被受體細胞攝取并作為“種子”誘導后者內源性壞死小體的形成，啟動細胞死亡過程。這一發(fā)現(xiàn)表明這些功能性壞死小體纖維具備類似朊蛋白(prion)的跨細胞傳播能力，揭示了一種全新的細胞死亡信號傳遞機制。
研究人員首先在細胞尺度重建了壞死小體纖維的“組裝—釋放—再播種”全過程：利用STED超分辨成像，追蹤表達RIPK3的HeLa細胞穩(wěn)轉株在壞死刺激下，RIPK1與RIPK3由點狀轉為小桿狀和進一步的纖維狀聚集體。長時程活細胞成像直接記錄到細胞發(fā)生程序性壞死的膜爆裂瞬間，已形成的壞死小體被迅速噴射入培養(yǎng)基；對濃縮的上清進行負染電鏡觀察，可見典型淀粉樣纖維，而對照無此結構；免疫金標記進一步證實這些細胞外纖維含活化RIPK1、RIPK3及下游MLKL。將從壞死細胞免疫富集的RIPK1/RIPK3纖維直接加入受體細胞后，外源纖維無需轉染即可被主動攝取，并在受體細胞內作為“模板”招募內源RIPK1/RIPK3再組裝為纖維，誘導受體細胞發(fā)生顯著的程序性壞死；在未抑制凋亡的條件下還觀察到PARP剪切，提示該纖維信號亦可并發(fā)觸發(fā)凋亡途徑。由此勾勒出壞死小體纖維跨細胞傳播與致死信號放大的完整路徑。
為驗證“纖維態(tài)”本身的因果作用，研究者體外重組僅含RHIM結構域的RIPK1、RIPK3片段，制備三類預制纖維（RHIM-PFFs），經超聲剪切成均一纖維種子并以脂質體導入細胞。結果顯示三類RHIM-PFFs均能強效誘導細胞死亡，而相同蛋白的單體或無關病理纖維（如α-synuclein PFFs）幾乎無效；受體細胞內可見自身表達的RIPK1/RIPK3被促成纖維狀共組裝，并伴隨RIPK1 S166位點與RIPK3 S227位點磷酸化的增強。以上證據共同表明：特定的RIPK1/RIPK3功能性淀粉樣纖維結構本身是跨細胞傳遞壞死信號的核心載體與效應形式(圖1)。
圖1：RHIM PFFs誘導受體細胞發(fā)生程序性死亡
為了進一步闡釋這些壞死小體纖維呈現(xiàn)“播種”擴散能力的結構基礎，研究人員對RIPK1/RIPK3纖維進行了冷凍電鏡三維結構解析。RIPK1和RIPK3的RHIM核心片段纖維都呈現(xiàn)出高度相似的“S形”折疊構象，其使得RIPK1纖維能夠作為模板“交叉播種”誘導RIPK3的加入聚集。換言之，RIPK1/RIPK3纖維可形成交錯排列的β折疊結構，使兩種蛋白的RHIM界面精確對接，從而實現(xiàn)信號在纖維上的擴增和不同蛋白間的傳遞。這一發(fā)現(xiàn)揭示了壞死小體纖維在信號放大以及跨細胞傳播過程中的結構基礎。
為了驗證該S形結構對信號傳播功能的必要性，研究人員進行了關鍵殘基的定點突變實驗。針對RIPK3-RHIM纖維的“S形”核心區(qū)域引入破壞其結構的突變，成功阻斷了RIPK1/RIPK3纖維的形成，并且嚴重削弱了細胞內壞死信號的傳導。這一結果充分證明了S形淀粉樣折疊構象對于壞死途徑信號傳播的關鍵作用：沒有這種特殊的纖維構象，就無法實現(xiàn)RIPK1/RIPK3的聚集和后續(xù)的細胞死亡信號放大。
圖2：RIPK1/RIPK3淀粉樣纖維跨細胞傳播壞死信號的工作模型
本項研究首次揭示了功能性壞死小體淀粉樣纖維可以在細胞之間傳播壞死信號，為細胞死亡信號的跨細胞放大提供了全新機制（圖2）。長期以來，淀粉樣纖維在細胞間的傳播更多見于神經退行性疾病的病理聚集體的研究，人們早已認識到這些病理性蛋白纖維具有自我傳播、跨細胞傳遞并導致細胞毒性的特性。相比之下，對于生理功能性淀粉樣纖維的研究才剛剛興起。本研究表明，RIPK1/RIPK3壞死小體纖維作為一種“功能性”淀粉樣纖維，同樣具備類似朊蛋白的傳播特性。這一發(fā)現(xiàn)提示，某些疾病相關的病理性蛋白質淀粉樣聚集體的起源，很可能來自于正常生理過程中功能性纖維的不當擴散。換言之，原本用于細胞信號轉導的功能性纖維，一旦逃離細胞或調控失控，可能在鄰近細胞中“播種”出病理聚集體，從而在組織中造成級聯(lián)放大效應。
總而言之，該研究為我們理解壞死相關的炎癥反應、神經元損傷以及神經退行性疾病中的信號放大機制提供了新的視角和思路。未來，隨著這一機制在體內模型中的進一步探索，人們有望揭示在病理情況下功能性淀粉樣纖維擴散導致疾病進展的證據。這不僅深化了我們對程序性壞死與疾病聯(lián)系的認識，也有可能為干預壞死性炎癥或神經變性過程提供新的潛在靶點和策略。
中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心已畢業(yè)的馬燁陽博士，博士生張秋原，為該論文的共同第一作者。中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心劉聰研究員和袁鈞瑛院士為該論文的共同通訊作者。本工作受到中國科學院，國家自然科學基金，上?？莆?，上海尚思自然科學研究院等基金的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2507028122
Reference：
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