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编译：刘娟，编辑：十九、江舜尧。 原创微文，欢迎转发转载。 导读
程序性坏死是非caspase依赖和精确调控的细胞死亡机制。程序性坏死主要由肿瘤坏死因子受体(TNFR)和Toll样受体(TLR)家族，干扰素，细胞内RNA和DNA 传感器等引起。随后，蛋白激酶RIPK1和RIPK3与受体蛋白相互作用，从而传递死亡信号并进一步招募和磷酸化MLKL。MLKL作为细胞死亡的启动器，最终诱导程序性坏死。研究发现，程序性坏死不仅参与机体的生理调节，还参与某些坏死性疾病，特别是感染性疾病的发生、发展和预后。干预程序性坏死信号通路有助于清除病原体，抑制病变的发展，促进组织的重塑。深入研究程序性坏死的分子调控机制及其与感染性疾病发病机制的关系，将有助于为其病理性机制的研究和临床防治提供新的思路和方向。原名：Necroptosis and its role in infectious diseases 译名：程序性坏死及其在感染性疾病中的作用 期刊：Apoptosis IF:4.021 发表时间:2020.1.7 通讯作者：胡建和 & Gaiping Zhang 通讯作者单位：河南农业大学科技学院 DOI号：10.1007/s10495-019-01589-x 细胞死亡、增殖和分化之间的动态平衡对于维持多细胞生物的发育和组织稳态非常重要。细胞死亡在生长、发育、体内平衡、炎症、免疫和各种病理生理过程中发挥着极其重要的作用。传统观点将细胞死亡按病理性特征、死亡方式和方法分为三种基本类型：（1）I 型细胞死亡； （2）II 型细胞死亡或者自噬；（3）III 型细胞死亡或者程序性坏死。长期以来，程序性坏死被认为是一种由病理刺激引起的快速、不受控制、被动的死亡过程。由于没有固定的信号转导途径，其机制尚不清楚且难以有效进行干预。程序性坏死被认为对疾病的治疗没有重要的研究意义，因此没有得到足够的重视。然而，随着对细胞死亡理解的加深，细胞死亡(程序性坏死)不受调控的观点受到了科学界的质疑。研究人员已经认识到程序性坏死并不是一个单纯不受调控的细胞死亡过程。在机体中，特殊的信号会引发特定细胞的程序性坏死，并遵循严格的死亡过程，即程序性坏死。程序性坏死具有细胞坏死和细胞凋亡的共同特征。它受多种基因的调控，通过激活特定的死亡信号通路，诱导细胞有规律的死亡，也具有典型的细胞坏死特征，包括亚细胞的变化和代谢功能的缺失。程序性坏死的信号通路由坏死小体和死亡受体调节，例如肿瘤坏死因子受体1 (tumor necrosis factor receptor 1, TNFR1)、Toll样受体(Toll-like receptor)、DNA依赖的IFN 调节因子(DAI)，它们促进坏死小体necrosomes的组装并来诱导坏死。RIPK1是第一个在坏死小体中发现的信号分子。程序性坏死参与多个信号通路的调节,包括激活NF-κB(nuclear factor-κB)通路,MAP激酶级联,caspase-8依赖的凋亡通路。随着激酶RIPK3及其底物MLKL的发现，该通路关键分子成分的认识也逐渐加深。在传染病发生发展过程中，致病性微生物通过分泌各种致病因子对抗或逃避宿主免疫系统。程序性坏死在病原的致病性和感染性疾病的发病机制中起着非常重要的作用。一方面，细胞通过程序性坏死消灭病原体，增强自我防御能力。例如,小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)对单用TNF-α治疗无效,但牛痘病毒(VV)编码caspase抑制剂B13R,它可以抑制caspase的功能,并允许MEF应对TNF-α-诱导的程序性坏死;这表明被病毒感染的细胞抑制caspases并激活程序性坏死，使病毒被清除。肠道致病性大肠杆菌(EPEC)中效应蛋白NleB1的缺失使EPEC难以有效地在肠道上皮细胞中定植，提示细菌诱导的程序性坏死是机体的一种保护机制。同样，将VV注射到野生型小鼠和同时敲除RIPK3和TNF受体的小鼠中，结果表明,与野生型小鼠相比,小鼠基因敲除RIPK3和TNF 受体表现出低炎症和坏死水平而病毒复制水平较高,这表明病毒感染的宿主由于失去RIPK3 依赖的程序性坏死机制从而失去控制,进一步表明程序性坏死参与宿主反病毒防御的过程。另一方面，程序性坏死有助于细菌在宿主体内扩散或增殖，大量细胞内容物的释放会加重周围组织的损伤和炎症，这与疾病的严重程度密切相关。对于感染性疾病，程序性坏死的可调节性可为有效缓解炎症损伤和改善症状提供潜在的干预手段。这篇综述总结病原感染中程序性坏死的研究进展，以期提高对感染下疾病发病机理的认识和探索新的治疗靶点。程序性坏死的发现 维持人体生理功能的调节稳态需要不断调节增殖和死亡细胞。长期以来，科学家们将细胞死亡分为两种类型:一种是以细胞凋亡为代表的信号调控的死亡模式，另一种是不受信号调控的程序性坏死。然而，由于研究的增加，越来越多的证据表明，体内可能存在一种可调节的细胞坏死。Laster等发现TNF可诱导细胞坏死或凋亡，说明坏死不仅是一个被动过程，也可以是一个主动过程，这种主动死亡模式也被称为程序性坏死。1998年，研究人员利用VV感染猪肾细胞诱导凋亡，发现感染株诱导caspase-抑制性细胞因子效应，修饰的蛋白 (CrmA)可导致细胞死亡并具有坏死特征。Vercammen等人发现，在抑制caspase的过程中，TNF处理的细胞发生坏死，这进一步表明程序性坏死是一个主动的过程并解释了导致其发生的可能条件。2003年，Chan等首次将“程序性坏死”描述为一种RIP介导的细胞死亡形式，不同于凋亡、依赖于肿瘤坏死因子受体、肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)以及Fas。为了探索这种细胞死亡的机制，Degterev等人研究并筛选了15000种化合物，发现了一种名为necrostain-1 (nec1)的小分子，它选择性地抑制坏死细胞的死亡，并将这种细胞死亡定义为程序性坏死。程序性坏死的干预研究有对后续研究有很多启示，比如程序性坏死是一种caspase依赖的细胞死亡的形式，由TNF-α诱导的RIPK1, RIPK3和MLKL激活所介导。2012年，细胞死亡命名委员会(NCCD)建议将程序性坏死作为这种新型细胞死亡(坏死)的专用术语。在2018年，NCCD提出将程序性坏死定义为一种由细胞外或细胞内稳态被干扰而引发的可调节性的细胞死亡(RCD)，该稳态严重依赖于MLKL、RIPK3和某些情况下RIPK1的激酶活性（见图1）。
目前认为程序性坏死是一种类似于坏死的病理过程。它是由死亡受体和受体相互作用蛋白介导的，而RIPK1和RIPK3之间的相互作用是其关键机制。这种细胞死亡的特点是可控的，可程序化的，不依赖于caspases。当相应的配体与死亡受体结合时，如果存在caspase抑制剂或caspase基因被敲除或沉默，则不发生凋亡，细胞进入程序性坏死过程。程序性坏死的形态学特点如下:(1)形态学特征类似于坏死的细胞死亡,如严重损害年龄细胞完整性、细胞和细胞器的肿胀,细胞膜破裂,细胞内容物的损失、核染色质缺乏明显的形态学变化。(2)细胞死亡伴凋亡和坏死的混合形态学特征。(3)自噬是坏死后常见的下游反应，常伴有自噬小体形成;(4)炎性细胞浸润，在坏死组织和可产生大量活性氧(ROS)的坏死细胞中更为常见;(5)小分子Nec-1的特异性抑制作用。程序性坏死的信号转导 坏死性凋亡的发现具有重大意义，它表明“被动的、不受控制的”坏死类似凋亡，至少可以部分被破坏和阻塞，这引起研究人员广泛的兴趣。目前，程序性坏死的起始阶段被认为是死亡结构域(DD)接收器所触发的，例如TNFR1/2 以及Fas。同时，程序性也可由一系列病原体识别受体引发，如Toll样受体(TLR)、核细胞结合和寡聚域样受体(NLR)、Z-DNA结合蛋白1 (ZBP1;也被称为DAI)。此外，研究还发现T细胞的受体 (TCR)信号通路也可引起程序性坏死，但具体的分子机制仍有待于进一步研究。RIPK1和RIPK3已被证明在程序性坏死的坏死信号转导通路中至关重要。RIPK1首先被Stanger发现并命名为受体相互作用蛋白。Holler等在2000年证明了RIPK1及其激酶活性对于缺乏RIPK1激酶的Jurkat T细胞的程序性坏死是必不可少的，RIPK1激酶是第一个被发现的程序性坏死的下游分子。Degterev发现RIPK1特异性抑制剂necrostatin-1 (nec1)可以抑制TNF介导的程序性坏死。RIPK3是一种与RIPK1高度同源的蛋白，也是程序性坏死过程中重要的信号分子。He等人的研究 和Cho等人的研究都发现不活跃的K50A变异 不易倾向于程序性坏死，RIPK3-/-细胞不容易发生坏死，抑制HT-29细胞中RIPK3的表达也降低了程序性坏死的可能性。这些数据表明，RIPK3的激酶活性和RIP同型相互作用基序(RHIM)对于程序性坏死的信号通路至关重要。RIPK1和RIPK3的N和C端之间存在一个RHIM域，表明RIPK1和RIPK3可以相互作用形成RIPK1-RIPK3复合体。
许多遗传学研究证实RIPK1在细胞存活和死亡中发挥关键作用。RIPK1基因敲除小鼠在出生后不久就会死亡，这表明RIPKl在机体的发育、存活和死亡中起着重要的作用。RIPK1敲除后的肠上皮细胞(IEC)引起严重甚至致命的肠道病变，这些病变由FADD-caspase-8介导，主要由TNF引起。然而，角化细胞中RIPK1的特异性敲除通过使角化细胞对RIPK3- MLKL依赖的程序性坏死增敏，从而诱导几种皮肤炎症反应，揭示了RIPK1作为角化细胞坏死抑制因子的新作用。RIPK1在造血细胞中的缺失导致骨髓祖细胞坏死，引发炎症并损伤造血干细胞。综合来说，这些研究证明了RIPK1在阻止活细胞坏死中起重要作用。无激酶的RIPK1等位基因的敲除小鼠在出生后没有死亡或出现炎症性异常，这表明RIPK1通过激酶的独立结构功能调节细胞存活。RIPK1所致的细胞死亡仍有待于阐明,但在体外实验中缺乏RIPK1激酶活性肿瘤坏死因子刺激导致体内FLIPL退化，说明独立结构RIPK1激酶维持促进生存信号通路转导是至关重要的。RIPK1通过细胞凋亡或程序性坏死介导细胞死亡。一方面，RIPK1激酶活性的缺乏在一定程度上抑制了RIPK3在IECs和角蛋白细胞缺陷FADD中介导的坏死作用，进一步证明了RIPK1激酶活性依赖和独立的诱导活细胞坏死的通路的存在。另一方面，RIPK1激酶活性的缺乏和RIPK3的缺失保护小鼠不受TNF诱导的全身炎症反应综合征(SIRS)的影响，这表明RIPK1依赖的激酶促进了细胞中的程序性死亡;这对于治疗TNF诱导的SIRS至关重要，而不是直接诱导促炎基因。RIPK3和相应的底物MLKL在程序性坏死中是必不可少的。与RIPK1相似，RIPK3在坏死过程中高度磷酸化，Ser227位点的磷酸化修饰是底物MLKL磷酸化修饰的必要条件。RIPK3与RIPK1之间的交互作用主要由RHIM调控的, 它是一种疏水片段β-sheet结构。目前有四种RHIM蛋白:RIPK1、RIPK3、TRIF和DAI。因此，RIPK3和其他三个分子可以通过RHIM形成复合物激活底物MLKL，并通过MLKL作用于线粒体，导致细胞程序性坏死。与RIPK1相比，RIPK3主要通过激酶活性发挥作用。RIPK3的活性受磷酸化、泛素化和caspase依赖性裂解的调控。RIPK3酶灭活突变可以通过阻止RIPK1的磷酸化来防止坏死，可以促进RIPK3-/-细胞的坏死。当RIPK1不被磷酸化， 凋亡小体不能被形成，RIPK3-/-敲除小鼠的细胞不能被激发程序性坏死在体内。程序性坏死的发生对于细胞的死亡尤为重要，但目前为止，程序性坏死发生的具体机制在上游信号研究中尚不明确。MLKL是目前研究发现的最重要的程序性坏死的下游效应因子。RIPK3的磷酸化进而导致下游MLKL激酶结构域的357位苏氨酸和358位丝氨酸的磷酸化。MLKL的磷酸化可以导致从单体状态到齐聚物状态的转变。Oligomerized MLKL结合肌醇磷酸盐和心肌脂质,它将凋亡小体从细胞质到细胞膜,它可以调节钠离子和钙离子通过离子通道的涌入,导致细胞内和细胞外的渗透压变化或寡聚化MLKL形成渗流通道的细胞膜结构破坏细胞膜的完整性,导致程序性坏死。应用磺胺类化合物来消除或者抑制MLKL和T357/S358变异不能预防凋亡小体的形成，但可以预防下游信号导致的程序性死亡。此外，通过敲除人类结直肠癌HT-29细胞和MLKL缺陷小鼠的MLKL基因，可以阻断TNF诱导的程序性坏死，说明MLKL在程序性坏死中的重要作用。因此，MLKL是程序性坏死的关键下游调节因子，是程序性坏死的执行器。程序性坏死在病毒感染中的作用 病毒的传播取决于受感染细胞的状态。病毒和真核细胞之间有一种复杂的相互作用。病毒感染后，细胞死亡，从而阻止病毒繁殖，而一些病毒编码细胞死亡的抑制因子以抵消这种保护机制。该病毒不仅可以抑制凋亡通路，还可以抑制细胞坏死通路，这表明两种预期的程序性细胞死亡机制对宿主防御至关重要。小鼠巨细胞病毒(MCMV)含有多种抑制细胞死亡的蛋白质，如M45编码的RIP激活病毒抑制剂(vIRA)，它可能通过与在DAI (ZBPl)、RIPK1和RIPK3中的RHIM结合而抑制病毒诱导的程序性坏死。研究发现vIRA通过与ripk3相接触或模仿zbp1与ripk3的相互作用形成异型淀粉样结构，从而发挥阻断效应，使病毒得以大量复制。此外，人类巨细胞病毒(HCMV)可以通过编码和表达IEG1基因来抑制MLKL的激活，而不是通过RHIM干扰相关蛋白的相互作用，但具体的潜在机制仍有待探索。一些病毒可以“关闭”DAMPs的分泌，或抑制TLRs、DAMPs和PAMPs之间的相互作用，以防止免疫应答。例如，VV表达的A52R蛋白可以抑制TLR2、TLR4、TLR9介导的信号传递，WNV（West Nile Virus）非结构蛋白1 (NS1)等dsRNA病毒编码的螯合蛋白可以抑制TLR3信号通路。从某种意义上说，病毒诱导的程序性坏死有利于宿主的生存。一方面，感染的细胞可以被移除以防止病毒继续复制。另一方面，游离病毒可被程序性坏死诱导的强免疫炎症反应所消灭。成纤维细胞的VV感染可导致对TNF诱导的和caspase无关的程序性坏死的敏感性增加。虽然这种抗病毒策略增加了与VV感染相关的病理，但它可以限制病毒的复制以保护细胞免受感染。因此，当RIPK3缺陷时，由于坏死和炎症诱导机制的损伤，小鼠感染很难控制。RIPK3-/-小鼠表现出对单纯疱疹病毒1型(HSV-1)的高敏感性，因为HSV-1可以编码和表达含有RHIM的ICP6蛋白，可直接与null - ripk3蛋白结合，激活程序性坏死。HSV-1不编码ICP6，当它感染野生型小鼠时可以产生类似的结果。有趣的是，对于HSV- 2编码的ICP6蛋白或同源蛋白ICP10，由于ICP6和ICP10通过RHIM干扰RIPK1和RIPK3的相互作用，可以得出相反的结论。当宿主细胞被流感病毒感染时，RIPK3敲除动物表现出高度的易感性，MLKL敲除小鼠相对不敏感的；然而，在MLKL基因缺陷动物中模拟敲除FADD可以恢复其敏感性，提示RIPK3的抗病毒作用可能既依赖于下游MLKL介导的坏死通路，也依赖于FADD介导的凋亡通路。此外,研究表明,流感病毒NS1蛋白之间的相互作用和增加MLKL齐聚反应和膜易位,增加激活NLRP3炎症小体,和促进的成熟和分泌interleukin-1β(IL-1β)。程序性坏死在细菌感染中的作用 程序性坏死在细菌感染中发挥着重要作用。肠致病性大肠杆菌 (EPEC) 能合成和分泌大量的免疫原性效应蛋白NleB1,它可以通过修饰FADD和RIPK1死亡域的精氨酸残基来阻止细胞凋亡和坏死。NleB1敲除的EPEC不能在肠上皮细胞上定植，提示细菌诱导的程序性坏死在生物体内是一种保护机制。同样地，RIPK3的缺失导致宿主细胞对肠结肠炎耶尔森氏菌的敏感性增加，如果同时敲除FADD或caspase-8，细胞的敏感性可能会提高。
病原体的复制不可避免地激活了宿主的免疫防御系统，因此一些细菌进化出了复杂的免疫逃避机制。在体外，伤寒沙门氏菌逃避TNFα，导致受感染巨噬细胞中RIPK1和RIPK3依赖的程序性细胞死亡。在鼠伤寒沙门氏菌静脉感染模型中，RIPK3敲除可显著减少脾脏巨噬细胞死亡，减少细菌数量，延长小鼠存活时间。通过对口腔伤寒沙门氏菌感染模型的研究发现，在感染过程中，外蛋白B (SopB)表达水平下降，促进了细菌的易位，增加了巨噬细胞的程序性坏死，加重了细菌的发病机制。此外，沙门氏菌还可以通过靶定RIPK1/3靶向诱导miR-155来增强巨噬细胞的坏死。TNF可控制块状分枝杆菌感染(MTB)，但是TNF的过度激活可能导致组织损伤和器官衰竭。结核分枝杆菌,TNF-α和程序性坏死之间存在复杂的关系。MTB感染后,过度释放TNF-α会导致RIPK1/RIPK3/MLKL依赖的坏死信号通路激活，在巨噬细胞中产生大量活性氧以清除和控制细胞内细菌的生长和繁殖。当细胞程序性坏死时，释放的活性氧在杀死细菌的同时破坏细胞，导致活细菌从细胞中释放出来。因此，控制细胞内细菌的生长，防止感染巨噬细胞的死亡和细胞外细菌的扩散是有效控制感染的关键。金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, SA)产生的毒素可诱导巨噬细胞的坏死，是细菌引起肺损伤的主要致病机制之一。当RIPK或MLKL被抑制时，由毒素引起的细胞毒性作用被阻止。MLKL抑制剂也阻断caspase-1和IL-1β的产物。与野生型小鼠相比，RIPK3基因敲除小鼠对SA的清除有显著提高。因此，SA毒性可以导致RIPK1/RIPK3/MLKL调控的程序性坏死以及促炎症因子TNF, IL-6, IL-1α和IL-1β的分泌。此外，肺炎军团菌感染巨噬细胞可导致快速的组蛋白b依赖性坏死和释放HMGB1。流产布鲁氏菌可引起小鼠巨噬细胞caspase 2介导的凋亡和坏死。程序性坏死是近年来新发现的一种细胞死亡形式。在生理条件下，程序性坏死是体内正常的程序化细胞事件。通过基因调控，机体启动程序性坏死并采取自杀保护措施，既能促进细胞的正常代谢，又能参与维持体内的稳态，清除体内非必要的或病理的细胞，消除潜在的疾病危害。然而，在病理条件下，各种疾病的发生、发展均涉及到坏死作用，其作用也十分复杂。程序性坏死可能通过保护或加重损伤而对不同阶段疾病的结局产生特定的影响。程序性坏死在感染性疾病、急性炎症、神经退行性疾病和肿瘤中起重要作用。程序性坏死是由多种基因的激活和高表达调控的一种细胞死亡，其中以RIPK1、RIPK3和caspase家族基因的作用最为明显。近年来，许多研究表明，抑制caspase家族活性以及RIPK1与RIPK3的相互作用是促进细胞凋亡或程序坏死的重要因素。现有的针对程序性坏死的干预措施主要分为两类。一类是小分子抑制剂，包括Nec-1（特异性的抑制RIPK1）, GSK’840 （特异性的抑制RIPK3）,以及NSA（特异性的抑制MLKL）, 以及通过线粒体质量控制(MQC)影响线粒体分裂的分子，例如MDIVI-1， 二甲双胍和白藜芦醇。它抑制Drp1，阻断程序性坏死，提高疾病的预后。另一类是基因水平的干预（目前仅限于动物实验），例如RIPK1和RIPK3激酶域突变小鼠的构建(RIPK1Δ/Δand RIPK3Δ/Δ) ，在胚胎发育过程中防止胚胎死亡，在出生后防止坏死和炎症。此外，一些天然药物可通过多种途径诱导细胞坏死，从而杀伤肿瘤细胞。紫草素及其类似物引起的程序性坏死是普遍现象，避免了肿瘤耐药性。具有高表达的抗凋亡蛋白的细胞系，例如MCF-7 and HEK293，仍然对紫草素诱导的程序性坏死敏感，这说明紫草素可以避免肿瘤细胞对凋亡的抵抗，也可能通过程序性坏死信号通路参与细胞的杀伤。体内实验表明，肿瘤细胞生长受到抑制，肺转移瘤生长受到抑制，模型动物存活率提高。将小分子程序性坏死抑制剂的选择性靶点与特异性基因编辑技术相结合，有望为感染性疾病及其他坏死表型疾病的防治提供有效的措施和综合策略。近10年来，由于其广阔的临床和科研前景，对程序性坏死所涉及的信号转导机制进行了广泛而深入的研究，但研究仍处于初级阶段，存在一些有待解决的问题:（1）程序性坏死的机制和调控尚不清楚，需要通过实验进一步阐明。例如，是什么机制控制着坏死小体的形成和活动？什么是MLKL调控程序性坏死的机制？(2)目前还缺乏与坏死细胞凋亡相关的特异性分子，无法确定其发生的程度、部位和程度，阻碍了程序性坏死研究的临床应用。（3）程序性坏死与其他细胞死亡信号通路的关系及交叉点复杂。例如，程序性是一种新的细胞死亡通路，还是其他细胞死亡通路的一个分支，是否存在“核心细胞死亡通路”，这些都需要通过明确分子机制来明确。(4)程序性坏死在病原体的侵袭、复制和传播中的作用方式也必须加以解决。阐明上述问题将产生更多的方法来抑制或诱导靶细胞坏死的发生。因此,进一步说明程序性坏死在不同疾病中的作用及其调控机制不仅有助于深入理解细胞死亡模式，也在程序性坏死疾病治疗的选择靶点和分子靶向药物上发挥重要作用。
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