程序性坏死与心血管疾病的研究进展

周 飞 李 松

(三峡大学 第一临床医学院[宜昌市中心人民医院] 心血管内科& 三峡大学 心血管疾病研究所， 湖北 宜昌 443003)

既往认为细胞坏死是一种被动、不可逆且不受调控的死亡形式，近年有学者报道了一种由细胞信号通路介导的细胞死亡，因其兼顾坏死的形态学特征和凋亡的程序性特点，遂将这种细胞死亡方式命名为程序性坏死(necroptosis)，此外还筛选出特异性抑制程序性坏死的化学小分子，即necrostatin-1(Nec-1)[1]。有研究表明，程序性坏死在缺血性损伤、神经退行性疾病、恶性肿瘤、免疫性疾病和感染性疾病等多种疾病的病理生理过程中发挥重要的作用[2]。众所周知，心肌细胞属终末分化细胞，再生能力有限，许多损伤因素可引起心肌细胞坏死进而导致多种心脏疾病的发生。因此，深入阐明心肌细胞坏死的机制，寻找新的治疗靶点并确定干预方法，从根本上降低心血管疾病的发病率和死亡率具有重要的理论和临床意义。本文就程序性坏死的信号转导通路及其与心血管疾病之间的关系做一综述。

1 程序性坏死信号转导

程序性坏死是非半胱天冬酶依赖的可调控性细胞坏死，调控方式主要由死亡受体和配基启动、受体相互作用蛋白(receptor interacting proteins，RIPs)活化介导、线粒体蛋白磷酸酶(phosphoglycerate mutase 5，PGAM5)和混合系列蛋白激酶样结构域(mixed lineage kinase domain-like，MLKL)调节而实现，调控过程可被Nec-1特异性抑制[3]。坏死的特征性表现为大量炎症细胞浸润和激活，并伴有自噬现象，可引起炎症反应。故程序性坏死是一种具有程序性调控特点兼坏死形态学改变的死亡形式[4]。

RIPs家族属于丝/苏氨酸蛋白激酶家族成员，是一类具有特殊功能的蛋白质超家族，具有高度保守的丝/苏氨酸激酶结构域。RIPs是调控细胞应激反应的主要信号分子，可决定细胞走向存活、坏死或凋亡等不同命运。RIPs包括RIP1和RIP3两种蛋白。RIP1主要由3部分构成，即N端的丝/苏氨酸激酶结构域(kinase domain，KD)部分、中段的RIP同源结合基序(RIP family homotypic interaction motifs，RHIM)部分及C端的死亡结构域(death domain，DD)部分；而RIP3仅由RHIM和KD两部分构成，缺失DD部分[5]。当死亡受体与配体结合后，可招募相关蛋白包括TNF受体相关的死亡结构域(TNF receptor-associated death domain protein，TRADD)、RIP1和胞内凋亡蛋白抑制因子1等聚集形成复合物I。复合物I中RIP1泛素化状态是决定细胞坏死或存活的关键步骤，可影响其与下游分子的结合[6]。一旦RIP1泛素化，将激活NF-κB通路促进细胞生存；当RIP1去泛素化时，细胞则出现程序性坏死或凋亡。RIP1在去泛素化酶的作用下，可从复合物I中解离，释放到胞浆招募半胱天冬酶-8、半胱天冬酶-3、TRADD和Fas死亡结构域相关蛋白形成复合物II，介导细胞凋亡或坏死[7]。半胱天冬酶-8是调控细胞程序性坏死或者凋亡的关键因子，若能量充足，复合物II中半胱天冬酶-8则被活化，形成复合物IIa，通过信号转导激活凋亡通路，同时使RIP1和RIP3失活从而关闭程序性坏死通路。反之，若能量不足，半胱天冬酶-8功能受抑制，胞浆中RIP3与RIP1的RHM部分相结合，形成RIP1-RIP3坏死体，聚集在一起的RIP1和RIP3的KD部分相互磷酸化，启动RIP3的活性，使信号进一步下传[8]。Nec-1主要作用于RIP1的激酶活性部位，通过抑制RIP1-RIP3坏死体的形成从而抑制程序性坏死的发生[9]。

迄今，RIP1/RIP3下游信号转导分子机制仍未完全阐明，MLKL和PGAM5是RIPs下游的两个重要的调节分子。RIP3通过募集使MLKL的两个位点T357、S358和PGAM5L磷酸化，在钙离子和活性氧族的作用下，RIP1-RIP3-MLKL-PGAM5L与线粒体膜上的PGAM5S亚基结合，形成一个短暂动态的线粒体攻击复合物III，复合物III激活线粒体分裂蛋白，导致线粒体发生线性断裂而诱导细胞程序性坏死的发生[10]。

程序性坏死在多种心血管疾病的病理生理过程中发挥重要作用，尤其在一些急危重症中，如急性心肌梗死、急性心力衰竭等。上述疾病往往导致机体的三磷酸腺苷不足，进而难以维持半胱天冬酶的功能，导致凋亡通路受阻，出现程序性坏死[11]。Nec-1因其药理作用能特异性抑制程序性坏死的发生，不仅是研究程序性坏死的重要手段，也有望成为新的药物靶点。

2 程序性坏死与心血管疾病的关系

2.1 程序性坏死与冠状动脉粥样硬化

冠状动脉粥样硬化性心脏病是最常见的心血管疾病之一，其病理生理基础为动脉粥样硬化斑块形成，随着斑块进展最终出现管腔狭窄进而导致心肌缺血性改变[12]。动脉粥样斑块进展与否和内皮细胞炎症状态密切相关。程序性坏死一旦发生，将释放大量炎性因子和趋化因子，诱发剧烈炎症反应导致内皮细胞功能紊乱，促使动脉粥样硬化斑块的形成[13]。在动脉粥样硬化小鼠模型中，Nec-1能抑制RIP1和RIP3复合物的形成进而阻断程序性坏死发生，抑制炎症反应，从而改善内皮细胞功能并减少动脉粥样硬化斑块的形成[14]。Meng等[15]研究发现，在RIP3基因敲除的动脉粥样硬化小鼠模型中，白介素-6、白介素-1β等多种炎症因子水平显著下降，动脉粥样硬化斑块面积减少。上述研究提示，程序性坏死在动脉粥样硬化斑块的发生发展过程中发挥重要作用。

2.2 程序性坏死与心力衰竭

心力衰竭表现为心脏泵血无法满足机体需求而引起全身多脏器受累的临床综合征，是所有心脏疾病的终末阶段。心肌细胞几乎无修复、再生和增殖能力，心肌细胞进行性坏死及心脏收缩、舒张功能障碍是心力衰竭的重要特征[16]。传统观念认为，心肌细胞丢失的主要途径是凋亡和不可调控的坏死。研究表明，程序性坏死在心力衰竭的发生发展过程中起重要作用[17]。Oerlemans等[18]研究表明，Nec-1通过抑制RIP1的表达减少心肌细胞丢失，从而改善心肌重构和心脏功能。另有研究表明[19]，缺血或氧化应激可通过RIP3激活钙调蛋白依赖的蛋白激酶II(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II，CaMKII)，加速心肌细胞丢失；CaMKII的抑制剂KN-93可通过减少程序性坏死而保护心脏功能。因此，选择性阻断RIP1或RIP3可抑制程序性坏死的发生，从而减少心肌细胞丢失，改善心功能。

2.3 程序性坏死与心肌梗死

心肌细胞在ATP充足时发生凋亡，反之则出现程序性坏死。在急性心肌梗死发生时，心肌细胞内大量ATP被迅速消耗，导致大量心肌细胞坏死，尽管再灌注治疗能挽救部分心肌，但缺血再灌注损伤仍无法完全避免心肌细胞坏死[20]。程序性坏死的发生和调控与急性心肌梗死的改善及预后密切相关。大鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，程序性坏死占心肌细胞坏死的一半以上，表明程序性坏死在调控心肌细胞坏死过程中尤为重要[13]。Günther等[7]研究表明，在Cyp-D基因敲除的心肌缺血再灌注损伤小鼠模型中，Nec-1通过抑制RIP1-RIP3复合物形成，可缩小心肌梗死面积，减轻心肌纤维化，并改善左室收缩和舒张功能，发挥心肌保护作用。Fang等[21]研究发现，在离体大鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，腹腔注射Nec-1可通过阻断RIP1减少梗死区面积，Nec-1的保护作用在给药30 min即开始发挥，其机制可能是减少线粒体功能紊乱并抑制氧自由基形成。以上结果表明，程序性坏死在急性心肌梗死的发生发展中具有重要作用，Nec-1可抑制程序性坏死的发生对心肌细胞发挥明显的保护作用。

有研究表明，在大鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，上调RIP3可明显加重程序性坏死，导致心肌缺血和氧化应激加重，最终导致心肌重构和心衰发生。其机制可能是通过激活RIP3底物CaMKⅡ，促使Thr287磷酸化和Met281/282氧化，通过线粒体转化孔开放导致胞内钙离子浓度增加而促使心肌细胞坏死。基因敲除RIP3或使用CaMKⅡ的抑制剂KN-93不仅能减少心肌细胞坏死，还能抑制心室重构并改善心脏功能，提高生存率[19]。Sun等[22]研究发现，在高糖诱导的急性心肌梗死模型中，蛋白磷酸酶抑制剂可通过抑制RIP3-CaMKⅡ介导的氧化应激减轻程序性坏死，保护心肌细胞。因此，RIP3-CaMKⅡ途径可能是治疗心肌梗死、改善心肌重构和心力衰竭的新思路。

2.4 程序性坏死与病毒性心肌炎

急性重症病毒性心肌炎是反复病毒感染导致的心肌组织持续损害并伴随免疫炎症反应，主要表现为一系列分子生物学效应的发生，包括受损心肌细胞变性坏死、炎性细胞浸润、心肌及心肌间质细胞纤维化等，最终导致心室重构和血流动力学改变，出现心力衰竭而无法逆转[23]。Zhou等[24]研究表明，程序性坏死是病毒性心肌炎心肌细胞死亡的主要方式，这也说明急性重症病毒性心肌炎心肌细胞坏死是程序性、可调控的过程，且Nec-1对CVB3病毒介导的急性重症病毒性心肌炎具有明显的改善作用。提示抑制程序性坏死可能对急性重症病毒性心肌炎的治疗具有重要临床意义。

3 展望

综上所述，程序性坏死在心血管疾病的发生发展中起重要作用。随着研究深入，我们相信以程序性坏死为靶点来治疗心血管疾病将成为可能。但心肌细胞死亡的信号传导通路错综复杂，寻求高特异性、低毒副作用及适合临床应用的药物靶点将成为研究程序性坏死的重点和难点。