IF26！中科院最新成果，抑制蛋白激酶RIPK1延緩衰老

細胞死亡是生命過程中持續發生且不可逆轉的一種現象，這有助于機體正常功能的行使和功能的維持。在多種細胞死亡方式中，程序性壞死會被腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）等死亡相關受體配體（death receptor ligands）激活。感應到 TNF 后，腫瘤壞死因子受體1（TNFR1）會激活受體相互作用蛋白激酶1（RIPK1），RIPK1 會與受體相互作用蛋白激酶3（RIPK3）形成被稱為壞死體（necrosome）的蛋白復合物。一旦這條通路被激活，RIPK3 會將其下游效應因子——混合譜系激酶結構域樣蛋白（MLKL），磷酸化和寡聚化從而使得細胞膜完整性被破壞，細胞會破裂。

同時，RIPK1 會進入到細胞核中，促使一些炎癥因子相關基因的表達，導致在細胞破裂后釋放的內容物中含有炎癥相關因子，引發炎癥反應提示機體免疫系統。然而目前尚不清楚對于 RIPK1 進入到細胞核中是如何起到調節作用。此外，盡管已有許多文獻報道在許多疾病如神經退行性疾病，多發性硬化癥，急性心衰和早衰等中都涉及到了程序性壞死的發生，但對于 RIPK1 和程序性壞死在這些疾病如早衰過程中的作用和機制也尚不明朗。

近日，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心許代超課題組在 Nature cell biology 期刊上發表了題為 Defective prelamin A processing promotes unconventional necroptosis driven by nuclear RIPK1 的研究論文，發現 ZMPSTE24 基因缺陷會使得細胞對于腫瘤壞死因子刺激后由 RIPK1 介導的程序性壞死更為敏感，這個過程依賴于核纖層前體蛋白 A（Prelamin A）的累積。Prelamin A 在細胞核中為 RIPK1 的聚集和壞死體的形成提供了平臺，促使 MLKL 的激活導致程序性壞死的發生。一旦從基因層面抑制了 RIPK1，RIPK3 或是 MLKL 的表達，能夠有效緩解模型動物機體組織中細胞程序性壞死的發生并顯著延長模型動物的生存期。

在高等真核細胞的細胞核內核膜和染色質間有一層厚度約為 30~100 毫微米的纖維蛋白片層，被稱為核纖層（Lamina）。核纖層由包含核纖層蛋白 A（Lamin A）在內的多種核纖層蛋白構成，而 Lamin A 正是由核纖層前體蛋白 A（Prelamin A）在鋅金屬蛋白酶 ZMPSTE24 的剪切下形成。ZMPSTE24 基因突變會導致 Prelamin A剪切成為 Lamin A 的過程受阻，從而引發早衰類疾病，如 Hutchinson-Gilford 早衰癥候群（Hutchinson-Gilford progeria syndrome，HGPS）。通常完全缺失 ZMPSTE24 的人類會在出生時便死亡，但完全缺失 ZMPSTE24 的小鼠卻能正常出生，盡管很快就會表現出生長遲緩，毛發脫落，肌肉無力和自發性骨質疏松等一系列早衰癥狀。基因學研究已經發現這些癥狀是由法尼基化修飾的 Prelamin A 聚集，而不是 Lamin A 缺少引起的，但聚集后的 Prelamin A 具有如此毒性的分子機制還不清楚。

研究團隊利用基于抗壞血酸過氧化物酶2（ascorbate peroxidase 2，APEX2）的標記技術結合質譜分析，發現能夠與 Prelamin A 結合的多種蛋白中，RIPK1 具有最高的豐度。而通過構建 ZMPSTE24 缺乏的細胞系，研究團隊發現 ZMPSTE24 缺乏后細胞系中的 RIPK1 表達量顯著升高，這導致該細胞系對 TNF 的刺激更為敏感，更容易死亡。如果通過 RIPK1 的抑制劑 necrostatin-1s，或從基因層面沉默 RIPK1 的表達，能夠保護細胞免受 TNF 的影響。

為了探究 ZMPSTE24 缺乏后引起的細胞敏感性是否和 Prelamin A 相關，研究團隊利用特異性針對 Prelamin A 的反義寡核苷酸（ASO），ISIS-359445，對 ZMPSTE24 缺乏細胞系進行了處理，發現的確有效抑制了由 TNF 引起的死亡。進一步探究其具體機制，研究團隊結合實驗結果和文獻調研，發現 Prelamin A 能夠聚集形成一個平臺用以募集更多的 RIPK1 聚集在一起，促進 RIPK1 的激活和壞死體的形成。并且這個過程的發生依賴于 RIPK1 在細胞核內的正確定位，以及 Prelamin A 的法尼基化修飾，一旦干擾了這兩者，即使是 ZMPSTE24 缺陷的細胞系對于 TNF 的刺激也擁有了更高的耐受度。最終，聚集在一起的壞死體導致核膜破裂，細胞死亡。

最后，研究團隊也通過研究 ZMPSTE24 缺陷的小鼠發現當 ZMPSTE24 缺陷引發早衰后，其體內被磷酸化激活的 RIPK1，RIPK3 和 MLKL 均顯著高于對照組，并且出現了大量細胞程序性壞死和嚴重的炎癥反應。通過抑制這些渠道，能夠顯著延長早衰小鼠的生存期。這為早衰類疾病提供了一個潛在藥物靶點。

由于 RIPK3 激酶抑制劑同時會誘導細胞發生凋亡，于是 RIPK1 抑制劑受到了各大藥企的廣泛關注。據報道 GSK 公司曾有過兩個 RIPK1 抑制劑 GSK2982772 和 GSK095，分別針對外周自身免疫疾病和胰腺癌，然而后期臨床實驗被終止了，GSK 表示還需要更進一步研究。2022 年 5 月，賽諾菲和 Denail Therapeutics 合作開發的針對漸凍癥的 RIPK1 抑制劑 SAR443820（DNL788，一款可滲透中樞神經系統的小分子藥）獲批臨床，遺憾的是 2024 年 2 月發現該抑制劑在II期臨床結果不理想。同時，賽諾菲和 Denail 還在開發 DNL788 用于治療多發性硬化癥，目前也處于II期臨床階段。2023 年 12 月，愛科諾生物的新型 RIPK1 抑制劑 AC-003 獲得 FDA 孤兒藥資格認定，該藥物用于治療急性移植物抗宿主病（aGvHD）。而本篇研究論文揭示了 RIPK1 在早衰癥上的分子機制，這無疑為治療早衰癥這一罕見病提供了新的選擇。

參考文獻：

[1] Yang Y, Zhang J, Lv M, Cui N, Shan B, Sun Q, Yan L, Zhang M, Zou C, Yuan J, Xu D. Defective prelamin A processing promotes unconventional necroptosis driven by nuclear RIPK1. Nat Cell Biol. 2024 Apr;26(4):567-580. doi: 10.1038/s41556-024-01374-2. Epub 2024 Mar 27. PMID: 38538837.