胆酸诱导细胞死亡的分子机制研究进展*

李宛卫 综述，胡章雪 审校

(第三军医大学大坪医院野战外科研究所儿科，重庆 400042)



·综述·

胆酸诱导细胞死亡的分子机制研究进展*

李宛卫 综述，胡章雪 审校

(第三军医大学大坪医院野战外科研究所儿科，重庆 400042)

胆酸；细胞死亡；分子机制

作为体内的一组信号分子，胆酸在诱导细胞死亡中发挥着重要的作用。而它们的经典作用则是参与脂质的消化与吸收。在肝硬化研究中第一次证明胆酸能够诱导细胞死亡。进一步的研究证明胆酸能够激活细胞死亡受体Fas和TRAIL-R2并且启动半胱天冬酶依赖的细胞凋亡。自噬发现后，人们同样发现胆酸对自噬有影响。细胞凋亡与坏死是两种较为常见的细胞死亡形式，在内环境的发展与稳定中发挥重要作用。由于凋亡体的形成导致其对全身炎性反应的激活影响较小。坏死是形态学上表现为细胞器肿胀、细胞体积增大、浆膜破坏以及细胞内容物的丢失。由于细胞碎片的增加导致很强的炎症效应，从而诱导难治性的急性呼吸窘迫综合征(ARDS)和多器官功能衰竭(MOF)[1]。因为死亡受体能够触发细胞程序性坏死，而细胞内信号分子具有调控作用[2]，所以胆酸在程序性坏死中的作用值得研究。

1　细胞死亡的分子机制

细胞的死亡与生长、增殖和分化都是细胞重要的基本特性。细胞程序性死亡在多细胞生物的发育和内环境稳态的维持中是一个关键的环节。基础研究中定义了3种细胞程序性死亡的方式：(1)凋亡全部表现为形态学变化，其中包括细胞皱缩、浆膜内气泡、核质固缩、核碎裂及凋亡体的形成；(2)自噬与死亡细胞中自噬泡的形成及后续发生的自噬蛋白诱导的溶酶体裂解有关；(3)坏死曾经一度被认为是被动过程，它以细胞肿胀、浆膜破裂及后续的细胞内成分的丢失为主要特征。经典的细胞坏死是指细胞损伤后发生被动的化学性细胞死亡，也就是说细胞死亡是必然结果。但是，新的研究表明在特定情况下坏死也能够被触发和发展。而这种可调控的细胞坏死过程被称为程序性坏死[3]。

随着关于细胞程序性坏死的进一步研究，程序性坏死在炎症反应综合征(SIRS)、MOF等严重病理学过程中发挥着重要的作用。在一些病理过程不明确的临床病例中，胆酸能够诱导肺炎及ARDS。而胆酸诱导程序性坏死及与SIRS之间的联系或许是这些疾病的分子机制[4]。

细胞死亡作为细胞代谢的一个基本的生物学过程，不仅是细胞生命的结束，也同样是器官的结构和功能的改变者。细胞的死亡与细胞生长、增殖和分化一样也受到调控。半胱天冬酶级联反应是经典的细胞程序性死亡途径，该过程可以伴有或者不伴有线粒体的参与[5]。与凋亡相比，人们普遍认为坏死是偶然的且不受调控的事件[2]。然而，越来越多的证据表明通过调节机制能够诱导细胞坏死的发生，可调控的坏死包括几个细胞死亡形式,如necroptosis、arthanatos、erroptosis或oxytosis、MPT-dependent necrosis、NETosis或ETosis。

而necroptosis是最具有特征性的可调控坏死，这就是所说的程序性坏死，具有特殊的信号通路，它需要受体交互蛋白激酶RIPK3、MLKL的参与，以及受死亡受体、干扰素、Toll样受体、细胞内RNA和DNA传感器及其他介质的诱导[6]。程序性坏死是细胞程序性死亡选择性受体诱导的一种形式。这种类型的细胞死亡通常被认为是当半胱天冬酶通路被阻断后一些死亡受体、肿瘤坏死因子(TNF)超家族(尤其是TNF受体自身)共同作用的结果[7]。并且能够被necrostatins特异性抑制。程序性坏死目前证实能够参与调节免疫系统、癌症发生、细胞内多重刺激后的反应[8]。

RIPK1和RIPK3能够形成一个复合体从而触发这些信号通路。二者的磷酸化对于形成necrosome非常重要。necrosome是一种淀粉样复合体，能启动程序性坏死前信号的传递[9]。此外，在TNF诱导的程序性坏死中RIPK1和RIPK3是主要的参与者，PIPK1决定细胞是死亡或存活，而PIPK3决定细胞死亡的类型是细胞凋亡还是程序性坏死[10]。

最新研究表明，RIPK3在程序性坏死中非常关键。在HT-29细胞中敲除RIPK3基因后能够明显抑制程序性坏死。RIPK3也是在死亡受体信号诱导细胞凋亡与程序性坏死之间的一个分子开关。低水平表达RIPK3的细胞对程序性坏死有抵抗作用。尽管凋亡途径被阻断，但对这些细胞进行转染RIPK3基因却能够促进程序性坏死的进程[11]。RIPK3高水平表达细胞能够触发坏死途径，而RIPK3低水平细胞表达则能够触发凋亡途径。MLKL是necrosome的重要组成部分，它能够通过程序性坏死而触发TNF诱导的细胞死亡。MLKL可以作为RIPK3的底物来介导程序性坏死下游信号[12]。但是，目前MLKL在这个过程中发挥的作用仍然不明确。另外，RIPK3能够诱导细胞凋亡，并且直接促进促炎性细胞因子的产生[13]。因此，判断非坏死性凋亡的RIPK3信号通路是否会影响依赖RIPK3的病理过程非常重要。

2　胆酸与细胞死亡

胆酸在肠道营养吸收、胆酸分泌和毒物代谢中发挥重要的生理作用。同时，胆酸可以通过核受体和G蛋白耦联受体形成重要的代谢调节物和信号分子，能够调节肝脏脂质、葡萄糖及能量平衡。此外，有毒的胆酸能够引起炎性反应、细胞凋亡及细胞死亡[14]。胆酸也能够通过非特殊的清除作用和受体介导作用两种方式共同诱导细胞死亡。胆酸的肠肝循环在营养吸收、分布和代谢平衡重中起到重要作用。肝脏和肠道中有一个复杂的膜转运系统来调节这些生理过程，而核受体又可以调节这个复杂的膜转运系统。胆酸作为调节分子，具有作为激素与核受体相互作用，改变膜状态从而激活膜蛋白相关信号通路的作用[15]。

既往研究表明，胆酸主要通过激活细胞膜上的死亡受体Fas，TRAIL-R2诱导细胞死亡。胆酸虽然不能与死亡受体结合，但是可以促进高尔基体中储存的Fas释放，增加TRAIL-R2的转录，使胞膜上的死亡受体数量增加，受体相互结合发生寡聚化。寡聚化的死亡受体可以发生非配体依赖的受体激活，诱导胞内死亡诱导信号复合体(DISC)形成，再经过下游信号分子的传导，最终诱导细胞程序性死亡。程序性坏死与细胞凋亡都由死亡受体激活所启动，但每个细胞只能选择一种死亡类型，或者凋亡，或者坏死。死亡受体虽然启动了程序性死亡，但并不能决定细胞死亡的类型。目前认为，DISC在死亡类型的选择中发挥关键作用。DISC的每一部分、caspase-8及Fas associated death domain (FADD)对于促进细胞凋亡都至关重要[16]。但是，当胆酸激活死亡受体时，仍然未发现死亡通路的下游。

3　胆酸受体在胆酸诱导细胞死亡机制中的作用

胆酸受体是核受体或膜受体，而胆酸可以将其激活并触发不同的信号途径。另外，胆酸能够通过激活核受体或一些其他的细胞信号通路(JNK1/2、AKT、ERK1/2)来调节肝脏和小肠内基因的表达。这些核受体包括：farnesoid X receptor (FXR;NR1H4),pregnane X receptor (PXR;NR1I2),vitamin D receptor (VDR;NR1I1),G protein coupled receptor TGR5，它们是参与调节胆酸代谢和解毒作用的关键转录因子[17]。其中核受体FXR是几个代谢途径的重要监管者，有助于影响胆酸在新陈代谢、炎症及细胞周期控制中的作用[18]。它主要针对胆酸的配体激活型转录因子，并且是维持胆酸平衡的关键元件[17]。FXR在核内也是一个重要的核受体和转录因子。它能够调节胆酸代谢、细胞死亡及一系列基因转录[19]。在肝脏,FXR被认为是一种多功能细胞保护和肿瘤抑制基因。FXR可以通过不同的机制抑制肝脏致癌作用:(1)FXR维护正常肝胆汁的代谢酸、葡萄糖和脂类;(2)FXR促进损伤后肝再生和修复;(3)FXR保护肝细胞免受死亡和提高细胞生存;(4)FXR抑制肝脏炎症,从而防止炎症损伤;(5)FXR可以直接增加一些抑癌基因的表达,抑制几个致癌基因的转录[20]。最近的研究表明，胆酸与FXR之间的相互作用参与到肝、胆、胃肠道较为广泛的一部分疾病的病理生理学过程中，如胆汁淤积、肝脏炎性疾病、肝癌、炎性肠病及结肠、食管和一些炎症相关的癌症。

作为一种转录因子，FXR结合到DNA上或者作为一个单体或者作为retinoid X receptor (RXR,NR2B1)的一个异二聚体来调节多种靶基因。此外，FXR在肝脏、肾脏、小肠和肾上腺中高表达，但在脂肪组织及心脏中表达较低[18]。许多研究表明，FXR在肠道和肝脏的肿瘤发生中起到很重要的作用。因此，FXR在维持胆酸水平生理范围内能阻止胆酸诱导的细胞毒性作用因此，FXR的减少将是癌前病变的一种表现。FXR激活诱导细胞死亡在癌细胞中是多种多样的[21]。更重要的是FXR能够在多种癌细胞中诱导细胞死亡[20]。

4　胆酸诱导细胞程序性坏死可能的信号转导机制

已经证明caspase-8、RIPK3和FADD的表达水平在细胞死亡的凋亡或坏死通路中都是关键的调节因素。当没有FADD 或 caspase-8时，RIPK3的激活能促使坏死细胞的死亡。当caspase-8或 FADD表达时RIPK3诱导的细胞程序性坏死明显受到抑制[22]。因此，抑制RIPK3介导的坏死可能用于像胰腺炎这样的急慢性炎症疾病的治疗中。细胞凋亡与坏死性凋亡有密切的关联。尤其是当半胱天冬酶受到抑制或者不能被有效激活的时候，凋亡诱导的炎性因子在特定的细胞系中也能够引起坏死。当半胱天冬酶受到抑制剂抑制或者在特定生理状况下(如病毒感染)，RIPK1 和 RIPK3形成necrosome从而触发第三通路——程序性坏死或坏死性凋亡[23]。相比之下，程序性坏死只发生在细胞凋亡或者半胱天冬酶活性受到抑制的情况下，这将会为细胞提供防御来对抗细胞内抑制经典凋亡的病原体。

关于胆酸诱导细胞死亡，有实验表明低水平胆酸诱导细胞凋亡，高水平的胆酸诱导坏死性凋亡[24]。因为细胞死亡的类型不取决于死亡受体，所以如果胆酸只激活死亡受体，那么就不能解释目前已经发现的现象。胆酸可能对DISC还有直接的作用，这是程序性坏死的另一条途径，独立于经典的细胞死亡受体信号途径之外。胆酸对肺泡表皮细胞处理后RIPK3 mRNA表达增高，表明胆酸可以影响RIPK3的表达。高水平的胆酸不仅能激活FXR而且还能明显增加核内FXR的表达水平[25]。进一步的生物信息学分析表明FXR在RIPK3的转录调节中起着重要的作用，这与FXR和RIPK3基因调节序列区的高度互补性有关。因此，胆酸不仅能够诱导细胞死亡(由胞膜受体Fas 和 TRAIL-R2开始)，而且能够通过FXR上调程序性坏死中的关键分子RIPK3。因此，胆酸能够改变细胞死亡的方式。

5　结　　论

过去的几年里，已经证实程序性坏死在调节免疫系统、组织损伤和癌症进展中发挥重要的作用。小分子配体FXR有望用于治疗各种代谢和炎症相关的人类疾病。Necrostatin家族或许能够为脑的缺血再灌注损伤、心肌梗死等一些疾病的治疗提供潜在的靶点。对于调节程序性坏死有关的信号网络的进一步研究将会对探索其在诊断治疗其他疾病中有重要的意义。胆酸诱导的细胞死亡在其他疾病的发展中也发挥着很重要作用。虽然目前没有研究表明胆酸与程序性坏死之间的直接关系，但是这条猜想的途径值得研究者们认真思考。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.07.041

军队医学科技青年培育项目(13QNP119)。作者简介：李宛卫(1984-)，主治医师，硕士，主要从事新生儿医学研究工作。

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1671-8348(2016)07-0982-04

2015-09-08

2015-11-26)