細胞對活性氧（ROS）氧化應激的反應是決定其命運的重要因素之一。過量的脂質(zhì)過氧化通過一種稱為鐵死亡（ferroptosis）的du特方式誘導細胞死亡。這是一種依賴于鐵離子的程序性死亡，表現(xiàn)為鐵穩(wěn)態(tài)的破壞和脂質(zhì)活性氧的積累。許多研究表明，鐵死亡在氧化應激引發(fā)的各種疾病中發(fā)揮重要作用，比如缺血再灌注損傷和神經(jīng)退行性疾病。然而，細胞如何通過分子機制調(diào)節(jié)應對不同類型ROS仍不wan全清楚。

在2024年9月24日，上海交通大學醫(yī)學院病理生理學系的鐘清課題組與張晶課題組和附屬仁濟醫(yī)院的牟姍團隊在國際zhi名期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發(fā)表了題為《RIPK4 promotes oxidative stress and ferroptotic death through the downregulation of ACSM1》的研究論文。該研究系統(tǒng)探討了受體相互作用蛋白激酶RIPK4在氧化應激壞死和鐵死亡中的作用，并為緩解急性腎損傷提供了新的思路。

超氧陰離子 (·O 2 ) 和過氧化氫 (··OH) 等活性氧 (ROS) 通過調(diào)節(jié)細胞的增殖和存活在細胞信號傳導中發(fā)揮重要作用。氧化應激是指細胞內(nèi)活性氧（ROS）與抗氧化防御系統(tǒng)之間的不平衡，導致ROS水平過高，進而引發(fā)細胞損傷。氧化應激可以激活多種細胞死亡通路，包括壞死、凋亡及鐵死亡等。氧化應激關(guān)鍵機制：

（1）細胞膜損傷：過量的ROS可攻擊細胞膜脂質(zhì)，引發(fā)脂質(zhì)過氧化，導致細胞膜的通透性改變，最終導致細胞壞死。

（2）線粒體功能障礙：ROS可以直接影響線粒體的功能，導致ATP生成受損，亞穩(wěn)態(tài)的內(nèi)膜電位降低，促進細胞死亡信號的釋放。

（3）信號通路激活：氧化應激可以激活NF-κB和p53等轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控炎癥和細胞死亡基因的表達。這些轉(zhuǎn)錄因子的激活可促進細胞凋亡、壞死和其他類型的細胞死亡。

（4）鐵死亡（Ferroptosis）：氧化應激促使細胞內(nèi)鐵含量增加，導致脂質(zhì)過氧化物積累，激活鐵死亡通路。這是一種依賴于細胞氨基酸代謝與鐵代謝的壞死形式。

細胞如何應對過量的 ROS（氧化應激）對于細胞命運的決定至關(guān)重要。在引起細胞氧化應激的因素中，膜雙層中脂質(zhì)的氧化修飾（特別是脂質(zhì)過氧化）已成為細胞命運的重要調(diào)節(jié)劑。鐵死亡是一種du特的細胞死亡模式，廣泛的脂質(zhì)過氧化導致細胞死亡，在許多病理生理過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括缺血性器官損傷、神經(jīng)變性和癌癥。

受體相互作用蛋白激酶（RIPKs）是一類包括RIPK1至RIPK7的絲氨酸/蘇氨酸激酶，作為細胞內(nèi)外壓力的核心傳感器備受關(guān)注。這些蛋白在調(diào)節(jié)多種宿主防御方面發(fā)揮了重要作用，包括炎癥基因表達、不同類型的細胞死亡以及皮膚和腸道的屏障功能。

RIPK4shou次被識別為與蛋白激酶C相關(guān)的激酶（又名DIK/PKK），其N端激酶結(jié)構(gòu)域與RIPK1和RIPK3具有較高的相似性。缺乏RIPK4的小鼠因軟組織融合和表皮過度增生而在出生時死亡。此外，人類RIPK4的突變與常染色體隱性Bartsocas-Papas綜合征相關(guān)，這種病癥導致面部、皮膚和四肢發(fā)育出現(xiàn)嚴重缺陷。

盡管RIPK4在發(fā)育和壓力應答中的角色逐漸被認識，但其在細胞死亡機制中的功能尚未得到明確闡釋。

RIPK4 對于氧化應激誘導的壞死至關(guān)重要（圖源[1]）

酰基-CoA合成酶（ACS）是一個大型酶家族，催化脂肪酸與CoA的結(jié)合，生成酰基-CoA，這是脂肪酸代謝的第一步。這個過程對線粒體的β-氧化和能量產(chǎn)生至關(guān)重要。根據(jù)底物特異性，ACS被分為多個亞家族，包括短鏈ACS（ACSS）、中鏈ACS（ACSM）和長鏈ACS（ACSL）。各亞家族負責活化不同鏈長度的脂肪酸，例如，ACSS主要活化醋酸和丙酸，而ACSM則活化C6–C10的脂肪酸，ACSL則主要活化棕櫚酸（C16）及油酸（C18）。研究發(fā)現(xiàn)，在急性腎損傷和慢性腎病后，近端小管中ACSM的表達顯著降低，顯示出其潛在的病理功能尚待深入研究。

在本研究中，作者鑒定出RIPK4作為活性氧（ROS）誘導細胞壞死的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。更引人注目的是，RIPK4被證明在順鉑和缺血/再灌注（I/R）誘導的急性腎損傷中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，ACSM1的表達降低及其對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)改變，可能是RIPK4傳播氧化應激和鐵死亡的主要機制。

研究團隊通過siRNA篩選分析了人類RIPK家族成員，發(fā)現(xiàn)RIPK4在應對氧化應激和鐵死亡中至關(guān)重要。隨后，研究人員構(gòu)建了RIPK4的CRISPR敲除細胞和過表達細胞，并用不同的誘導劑處理這些細胞，從而明確RIPK4在這些細胞死亡途徑中的角色。在動物模型中，特異性敲除腎近端小管中的RIPK4能夠有效保護小鼠免受順鉑和腎缺血/再灌注引起的急性腎損傷。

RIPK4 缺陷會激活 Nrf2 抗氧化反應并阻止鐵死亡（圖源[1]）

在機制研究中，RNA測序顯示順鉑治療后，酰基輔酶A合成酶中鏈（ACSM）家族成員的表達顯著降低，并且在RIPK4缺陷的小鼠中無顯著變化。抑制ACSM1顯著增強了氧化應激和鐵死亡的發(fā)生。同時，脂質(zhì)組學分析表明，ACSM1的過表達會導致單不飽和脂肪酸（MUFA）的積累，同時減少多不飽和脂肪酸（PUFA）的產(chǎn)生，從而增強細胞對鐵死亡的抵抗力。因此，敲除ACSM1導致RIPK4缺陷細胞重新對氧化應激和鐵死亡敏感。

RIPK4 是氧化應激和鐵死亡所必需的。其激酶活性對于 RIPK4 誘導細胞死亡至關(guān)重要。為了證明RIPK4在鐵死亡中的生物學意義，特意刪除了Ripk4在小鼠近曲小管中，它可以保護小鼠免受順鉑和腎缺血再灌注引起的急性腎損傷，腎缺血再灌注嚴重依賴于氧化應激。具體來說，近端腎小管細胞中的RIPK4缺陷會損害ACSM1的減少，導致MUFA的積累和PUFA的減弱，從而細胞抵抗氧化應激和鐵死亡。這些結(jié)果表明 RIPK4 在響應氧化應激和鐵死亡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究揭示了氧化應激誘導的鐵死亡的關(guān)鍵信號通路，臨床觀察到該信號通路與發(fā)育和人類疾病廣泛相關(guān)，針對該通路可能為缺血性疾病、感染、炎癥和退行性疾病帶來益處。

Ripk4 條件性敲除可保護小鼠免受急性腎損傷（圖源[1]）

受體激酶家族成員參與細胞死亡。RIPK1 shou次被報道介導 TNFR1 誘導的不依賴半胱天冬酶的細胞死亡，并被進一步證明是細胞凋亡和壞死細胞死亡以及炎癥途徑的關(guān)鍵介質(zhì)。RIPK3 激活 MLKL 會導致質(zhì)膜破壞，這是多種壞死性凋亡實例的基礎(chǔ)。Ripk2缺陷小鼠表現(xiàn)出防御細胞內(nèi)病原體感染的能力嚴重下降，表明 RIPK2 介導先天性和適應性免疫系統(tǒng)受體的信號傳導。RIPK6 和 RIPK7，也稱為富含亮氨酸重復激酶 LRRK1 和 LRRK2，與帕金森病 (PD) 的易感性相關(guān)，帕金森病的特征是多巴胺能神經(jīng)元選擇性喪失。LRRK2 的 PD 相關(guān)蛋白變體會增加其激酶活性并導致神經(jīng)元細胞死亡。數(shù)據(jù)表明 RIPK4 參與氧化應激和鐵死亡，盡管之前關(guān)于 RIPK4 的研究主要集中在角質(zhì)形成細胞分化。因此，可以合理假設(shè) RIPK 家族成員在不同組織中參與不同類型的細胞死亡。

在相同的缺血刺激后，同一器官中同時存在多種壞死途徑。在再灌注后24小時或注射順鉑后4天觀察到WT和Ripk4條件敲除小鼠之間的顯著差異。此外， Ripk4中的炎癥反應也受到損害-急性腎損傷后的缺陷小鼠。壞死通過激活炎癥反應來放大最初的損傷信號，從而進一步破壞受損細胞并有利于細胞碎片的清理。Ripk4 在腎近端腎小管細胞中強烈表達。當壞死過多時，可能會導致不可逆的組織損傷和整個動物的死亡。因此，用化學抑制劑抑制 RIPK4 介導的壞死具有治療急性細胞器損傷（例如急性腎損傷）的潛力。

下一步是在其他組織損傷模型中進行測試。氧化應激會導致多種病理，包括但不限于缺血再灌注、癌癥、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病。壞死性凋亡相關(guān)蛋白通過細胞裂解促進壞死損傷相關(guān)分子模式蛋白的釋放，從而間接傳播炎癥。同樣，可以假設(shè)鐵死亡信號激酶可能直接調(diào)節(jié)炎癥途徑。此外，確定 RIPK4-ACSM1 軸作為氧化應激誘導死亡的關(guān)鍵信號通路。

盡管在脂質(zhì)代謝中至關(guān)重要，但 ACSM 家族（尤其是 ACSM1）在生理學和病理學中的功能仍知之甚少。與鄰近的非腫瘤組織相比，ACSM1 的表達已被證明在前列腺癌中特異性增加，這與預后不良和生存時間縮短的風險增加相關(guān)。在此，觀察到在急性腎損傷并發(fā)生鐵死亡的過程中 ACSM 表達降低，Ripk4可以減弱這種表達近端小管缺失。有趣的是，抑制 ACSM1 會顯著增加氧化應激和鐵死亡細胞死亡，而其他三種 ACSM 僅具有較小的影響。一致地，抑制 ACSM1 會導致明顯的 ACSL4 誘導，這可能解釋了為什么抑制 ACSM1 對促進 ACSM 家族成員的鐵死亡具有zui強的作用。

ACSM1過表達的HK-2細胞對tBH/z和RSL3誘導的細胞死亡具有高度抵抗力，而ACSL4保持不變，這意味著ACSM1過表達細胞的細胞抵抗可能是由ACSL4以外的其他原因造成的。鐵死亡是代謝失調(diào)的結(jié)果，其特征是脂質(zhì)過氧化，特別是 PUFA 磷脂的積累。

全脂質(zhì)組學分析證明高水平的 ACSM1 與更多的 MUFA 和更少的 PUFA 相關(guān)。ACSM1 對鐵死亡的影響是通過改變 ACSL4 表達和調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝來實現(xiàn)的。關(guān)于ACSM1底物特異性的詳細機制以及ACSM1如何識別近端小管中的中鏈和長鏈脂肪酸，特別是在生理條件下，仍需要進一步研究。

總之，研究結(jié)果揭示了RIPK4在氧化應激和鐵死亡中的核心作用，為急性腎損傷的治療開辟了新的靶點。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解RIPK4的生物學功能提供了基礎(chǔ)，而RIPK4-ASCM1軸揭示了這些過程的新機制，并為急性腎損傷的臨床治療提供了新的思路。

1. 氧化應激修飾：

（1）氧化還原修飾：氧化應激可引起蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及DNA的氧化修飾，例如硫醇氧化、羥基化等。這些修飾可影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，從而調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導路徑。

（2）硝基化修飾：過量的ROS可與一氧化氮反應，產(chǎn)生硝基化物，這類修飾可以影響蛋白質(zhì)功能，導致細胞損傷。

2. 抗氧化防御機制：

（1）酶抗氧化劑：如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（Catalase）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）等，通過催化反應清除ROS。

（2）非酶抗氧化劑：如維生素C、維生素E及谷胱甘肽等，直接與ROS反應，降低氧化應激。

3. 氧化應激與疾病：

（1）癌癥：氧化應激可以促進腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移，通過影響基因突變、細胞增殖等機制。在某些情況下，抗氧化劑被用作腫瘤治療的輔助療法。

（2）神經(jīng)退行性疾病：如阿爾茨海默病、帕金森病等，氧化應激被認為是其發(fā)病機制之一，通過加劇神經(jīng)元損傷促使疾病進展。

（3）心血管疾病：氧化應激可導致內(nèi)皮細胞功能障礙和動脈粥樣硬化，影響血管健康。

4. 氧化應激與衰老：

抗氧化機制的減弱和ROS生成的增加被認為是衰老的重要機制之一。研究顯示，過量的氧化應激可能加速衰老過程，影響細胞的功能和存活。

氧化應激在多種生理和病理過程中發(fā)揮重要作用，其引發(fā)的細胞死亡機制、修飾過程及與疾病的關(guān)系，是生物醫(yī)學研究的重要熱點。這些領(lǐng)域的深入研究將為疾病的預防和治療提供新的方向。