——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
程序性壞死（Necroptosis） 作為一種獨(dú)立于凋亡的程序性細(xì)胞死亡方式，在神經(jīng)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(zhì)機(jī)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(xì)胞內(nèi)起始并放大壞死信號(hào)傳導(dǎo)[5-7]；與之相對(duì)，Tau與α-synuclein等病理性淀粉樣聚集體在多種神經(jīng)退行性疾病中作為關(guān)鍵致病因子，并已被證實(shí)具“朊蛋白樣（prion-like）”的自催化與跨細(xì)胞傳播能力[8]。由此引出一個(gè)關(guān)鍵問題：在壞死過程中形成的RIPK1/RIPK3功能性纖維是否也會(huì)在細(xì)胞膜破裂后逸出并被鄰近細(xì)胞攝取，從而以“結(jié)構(gòu)模板”方式在細(xì)胞間傳遞并放大細(xì)胞死亡信號(hào)？
2025年9月，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心袁鈞瑛與劉聰團(tuán)隊(duì)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(xì)胞程序性壞死中形成的RIPK1/RIPK3功能性淀粉樣纖維，不僅在細(xì)胞內(nèi)組裝驅(qū)動(dòng)壞死信號(hào)，還會(huì)在壞死細(xì)胞膜破裂后釋放到胞外，被受體細(xì)胞攝取并作為“種子”誘導(dǎo)后者內(nèi)源性壞死小體的形成，啟動(dòng)細(xì)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(xì)胞傳播能力，揭示了一種全新的細(xì)胞死亡信號(hào)傳遞機(jī)制。
研究人員首先在細(xì)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(dá)RIPK3的HeLa細(xì)胞穩(wěn)轉(zhuǎn)株在壞死刺激下，RIPK1與RIPK3由點(diǎn)狀轉(zhuǎn)為小桿狀和進(jìn)一步的纖維狀聚集體。長時(shí)程活細(xì)胞成像直接記錄到細(xì)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(duì)濃縮的上清進(jìn)行負(fù)染電鏡觀察，可見典型淀粉樣纖維，而對(duì)照無此結(jié)構(gòu)；免疫金標(biāo)記進(jìn)一步證實(shí)這些細(xì)胞外纖維含活化RIPK1、RIPK3及下游MLKL。將從壞死細(xì)胞免疫富集的RIPK1/RIPK3纖維直接加入受體細(xì)胞后，外源纖維無需轉(zhuǎn)染即可被主動(dòng)攝取，并在受體細(xì)胞內(nèi)作為“模板”招募內(nèi)源RIPK1/RIPK3再組裝為纖維，誘導(dǎo)受體細(xì)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(hào)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(xì)胞傳播與致死信號(hào)放大的完整路徑。
為驗(yàn)證“纖維態(tài)”本身的因果作用，研究者體外重組僅含RHIM結(jié)構(gòu)域的RIPK1、RIPK3片段，制備三類預(yù)制纖維（RHIM-PFFs），經(jīng)超聲剪切成均一纖維種子并以脂質(zhì)體導(dǎo)入細(xì)胞。結(jié)果顯示三類RHIM-PFFs均能強(qiáng)效誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，而相同蛋白的單體或無關(guān)病理纖維（如α-synuclein PFFs）幾乎無效；受體細(xì)胞內(nèi)可見自身表達(dá)的RIPK1/RIPK3被促成纖維狀共組裝，并伴隨RIPK1 S166位點(diǎn)與RIPK3 S227位點(diǎn)磷酸化的增強(qiáng)。以上證據(jù)共同表明：特定的RIPK1/RIPK3功能性淀粉樣纖維結(jié)構(gòu)本身是跨細(xì)胞傳遞壞死信號(hào)的核心載體與效應(yīng)形式(圖1)。
圖1：RHIM PFFs誘導(dǎo)受體細(xì)胞發(fā)生程序性死亡
為了進(jìn)一步闡釋這些壞死小體纖維呈現(xiàn)“播種”擴(kuò)散能力的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，研究人員對(duì)RIPK1/RIPK3纖維進(jìn)行了冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)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(gòu)象，其使得RIPK1纖維能夠作為模板“交叉播種”誘導(dǎo)RIPK3的加入聚集。換言之，RIPK1/RIPK3纖維可形成交錯(cuò)排列的β折疊結(jié)構(gòu)，使兩種蛋白的RHIM界面精確對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)在纖維上的擴(kuò)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(hào)放大以及跨細(xì)胞傳播過程中的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
為了驗(yàn)證該S形結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)傳播功能的必要性，研究人員進(jìn)行了關(guān)鍵殘基的定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)。針對(duì)RIPK3-RHIM纖維的“S形”核心區(qū)域引入破壞其結(jié)構(gòu)的突變，成功阻斷了RIPK1/RIPK3纖維的形成，并且嚴(yán)重削弱了細(xì)胞內(nèi)壞死信號(hào)的傳導(dǎo)。這一結(jié)果充分證明了S形淀粉樣折疊構(gòu)象對(duì)于壞死途徑信號(hào)傳播的關(guān)鍵作用：沒有這種特殊的纖維構(gòu)象，就無法實(shí)現(xiàn)RIPK1/RIPK3的聚集和后續(xù)的細(xì)胞死亡信號(hào)放大。
圖2：RIPK1/RIPK3淀粉樣纖維跨細(xì)胞傳播壞死信號(hào)的工作模型
本項(xiàng)研究首次揭示了功能性壞死小體淀粉樣纖維可以在細(xì)胞之間傳播壞死信號(hào)，為細(xì)胞死亡信號(hào)的跨細(xì)胞放大提供了全新機(jī)制（圖2）。長期以來，淀粉樣纖維在細(xì)胞間的傳播更多見于神經(jīng)退行性疾病的病理聚集體的研究，人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到這些病理性蛋白纖維具有自我傳播、跨細(xì)胞傳遞并導(dǎo)致細(xì)胞毒性的特性。相比之下，對(duì)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(guān)的病理性蛋白質(zhì)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(dāng)擴(kuò)散。換言之，原本用于細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能性纖維，一旦逃離細(xì)胞或調(diào)控失控，可能在鄰近細(xì)胞中“播種”出病理聚集體，從而在組織中造成級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)。
總而言之，該研究為我們理解壞死相關(guān)的炎癥反應(yīng)、神經(jīng)元損傷以及神經(jīng)退行性疾病中的信號(hào)放大機(jī)制提供了新的視角和思路。未來，隨著這一機(jī)制在體內(nèi)模型中的進(jìn)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(kuò)散導(dǎo)致疾病進(jìn)展的證據(jù)。這不僅深化了我們對(duì)程序性壞死與疾病聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，也有可能為干預(yù)壞死性炎癥或神經(jīng)變性過程提供新的潛在靶點(diǎn)和策略。
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)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(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)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(xué)院，國家自然科學(xué)基金，上海科委，上海尚思自然科學(xué)研究院等基金的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2507028122
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