全新細(xì)胞死亡方式​Mitoxyperilysis的機(jī)制及其在疾病治療中的價(jià)值

Cell發(fā)文！揭示了一種由先天免疫信號(hào)和代謝紊亂誘導(dǎo)的全新細(xì)胞死亡方式，并將其命名為——Mitoxyperiosis......

亮點(diǎn)搶先看：
1. 重磅發(fā)現(xiàn)：先天免疫和代謝信號(hào)協(xié)同作用通過(guò)線(xiàn)粒體氧化損傷誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。
2.機(jī)制探究：(1) 線(xiàn)粒體-質(zhì)膜長(zhǎng)時(shí)間接觸導(dǎo)致局部膜氧化損傷。(2) mTOR抑制劑可縮短接觸時(shí)間并恢復(fù)膜完整性。
3.腫瘤治療：治療性激活先天免疫和代謝協(xié)同作用可縮小腫瘤體積。

Section.01
Cell：全新細(xì)胞死亡方式——
Mitoxyperilysis

2025 年 11 月 28 日，題為"Innate immune and metabolic signals induce mitochondria-dependent membrane lysis via mitoxyperiosis." 的研究型論文登上 Cell 期刊。該研究使用了1009298-09-2 (HY-10422,MCE)、CZ415 (HY-100222,MCE)、Dactolisib (HY-50673,MCE)、CK-666 (HY-16926,MCE) 等 MCE 產(chǎn)品。

文獻(xiàn)報(bào)道了一種由先天免疫信號(hào)和代謝紊亂誘導(dǎo)的全新細(xì)胞死亡方式，并將其命名為——Mitoxyperiosis：特征是線(xiàn)粒體與質(zhì)膜的長(zhǎng)時(shí)間接觸，導(dǎo)致局部膜氧化損傷和破裂，進(jìn)而導(dǎo)致膜溶解、細(xì)胞死亡，這一過(guò)程受 mTOR 調(diào)節(jié)。

該機(jī)制獨(dú)立于 Caspase 活性，也不同于先前報(bào)道的細(xì)胞焦亡、PANoptosis、壞死性凋亡、鐵死亡和氧化應(yīng)激。

圖 1. 先天免疫和代謝信號(hào)通過(guò)線(xiàn)粒體膜氧化溶解誘導(dǎo)線(xiàn)粒體依賴(lài)性膜溶解^[1]。

IIAMD：誘導(dǎo)獨(dú)特的炎癥細(xì)胞死亡

在病理狀態(tài)下，先天免疫激活通常伴隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏，從而導(dǎo)致代謝紊亂。

為了探究其潛在機(jī)制，作者用先天免疫刺激物 (PAM3、poly[I:C]、LPS 和 R848) 處理處于碳饑餓 (CS) 狀態(tài)下的骨髓源性巨噬細(xì)胞 (BMDMs)，以模擬疾病中所見(jiàn)的炎癥誘導(dǎo)的代謝紊亂相關(guān)細(xì)胞死亡 (IIAMD) 的協(xié)同作用。
 
圖 2. IIAMD 協(xié)同作用誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞死亡和炎癥小體激活^[1]。
野生型 (WT) BMDM 細(xì)胞在正常培養(yǎng)基 (Media) 或碳饑餓培養(yǎng)基 (CS) 中用 PBS 或免疫刺激物處理。圖中顯示了 24 小時(shí)后的代表性圖像 (A) 和細(xì)胞死亡的定量結(jié)果 (B)。圖中還顯示了上清液 (sup.) 和全細(xì)胞裂解液 (WCL) (C) 中的 LDH 和 HMGB1 水平。*非特異性條帶。

如圖所示，BMDMs 單獨(dú)處于碳饑餓或僅受到先天免疫激活時(shí),對(duì)細(xì)胞溶解性死亡具有抗性。

(細(xì)胞：我挺好的)

但將碳饑餓與 PAM3、LPS 或 R848 聯(lián)合使用 (不包括 poly[I:C])，則會(huì)誘導(dǎo)強(qiáng)烈的細(xì)胞溶解性死亡 (圖 1A 和 1B)。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜破裂的標(biāo)志物——乳酸脫氫酶 (LDH) 和高遷移率族蛋白 B1 (HMGB1) 的釋放 (圖 1C)。

（母雞啊~嘎了咱就是說(shuō)）

更重要的是：細(xì)胞對(duì)協(xié)同 1AMD 作出的死亡反應(yīng)并不依賴(lài)于細(xì)胞焦亡、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死性凋亡、PAN 凋亡或鐵死亡。

Mitoxyperilysis 特征：谷胱甘肽耗竭 → 氧化應(yīng)激

采用代謝組學(xué)方法來(lái)表征 Mitoxyperilysis 的代謝特征。

與正常培養(yǎng)基、CS 或 LPS 處理相比,用 LPS 加 CS 處理的細(xì)胞具有明顯的代謝譜特征 (圖 3A)。且 LPS + CS 組的谷胱甘肽  (GSH) 代謝降低 (圖 3G)。
 
圖 3. GSH 耗竭和氧化應(yīng)激是 IIAMD 的關(guān)鍵特征^[1]。
(A) 在 MetaboAnalyst 5.0 的富集分析模塊中進(jìn)行的通路富集分析，結(jié)果顯示在 LPS + CS 處理后共同且顯著下調(diào)的代謝物。FDR < 0.05 視為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。(B) 采用 GSH-Glo 測(cè)定全谷胱甘肽 (GSH) 水平：在加入以及不加入 CS 和 LPS 刺激的 BMDMs 中，于刺激后 9 小時(shí)從全細(xì)胞裂解液 (WCL) 檢測(cè)獲得。

咱就是說(shuō)，GSH 是一種抗氧化劑,能夠?qū)�抗活性�?nbsp;(ROS) 并防止氧化損傷。GSH 水平降低，那氧化應(yīng)激......?

使用 CellROX DeepRed (CellROX-DR) 熒光探針對(duì)活細(xì)胞進(jìn)行成像顯示，在細(xì)胞膜損傷和細(xì)胞死亡發(fā)生之前,細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平逐漸升高 (圖 4)。大多數(shù)變?yōu)榈饣�丙�?nbsp;(PI) 陽(yáng)性 (表明其已發(fā)生細(xì)胞死亡) 的細(xì)胞也含有 CellROX-DR，表明細(xì)胞在發(fā)生死亡時(shí)存在氧化應(yīng)激。
 
圖 4. 對(duì) IIAMD 作出反應(yīng)的細(xì)胞死亡發(fā)生氧化應(yīng)激^[1]。
 BMDMs 在有或無(wú) LPS 或 CS 刺激條件下的活細(xì)胞熒光成像 (隨時(shí)間變化)。CellROX-DR (藍(lán)色) 用于指示細(xì)胞氧化應(yīng)激，碘化丙啶 (PI；紅色) 用于指示細(xì)胞死亡。時(shí)間軸以刺激開(kāi)始的時(shí)間為基準(zhǔn)。

Mitoxyperilysis 特征：線(xiàn)粒體與質(zhì)膜持續(xù)接觸 → 細(xì)胞裂解

作者進(jìn)一步進(jìn)行了共聚焦活細(xì)胞成像 (圖 5)。在 LPS + CS 的作用下,細(xì)胞內(nèi)代表氧化應(yīng)激的 CellROX-DR 陽(yáng)性斑點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地定位于靠近質(zhì)膜的位置 (>20 min) 。在斑點(diǎn)與質(zhì)膜接觸的部位，質(zhì)膜最初發(fā)生退化，最終破裂，使不透膜的 Sytox 染料得以進(jìn)入并染色細(xì)胞核。
 
圖 5. IIAMD導(dǎo)致線(xiàn)粒體滯留在質(zhì)膜上^[1]。
BMDMs 在 CS 培養(yǎng)基中接受 LPS (200 EU/mL) 刺激的活細(xì)胞共聚焦顯微成像。CellMask (綠色) 用于指示細(xì)胞膜，CellROX Deep Red (CellROX-DR，紅色) 用于指示氧化應(yīng)激，Sytox Orange (藍(lán)色) 用于指示細(xì)胞膜受損后進(jìn)入細(xì)胞的 DNA (另見(jiàn)視頻 S1)。成像開(kāi)始于刺激后 14 小時(shí)，所展示的圖像之間間隔 10 分鐘。白色箭頭標(biāo)注了線(xiàn)粒體與細(xì)胞膜接觸的位置以及隨后發(fā)生的膜破裂。

以及，經(jīng)驗(yàn)證，這種氧化應(yīng)激發(fā)生在線(xiàn)粒體 (圖 6A)。并且，這種線(xiàn)粒體與膜的長(zhǎng)時(shí)間接觸是 IIAMD 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡所特有的。在每個(gè)破裂部位發(fā)生膜破裂之前，脂質(zhì)過(guò)氧化逐漸增加 (圖 6)。
 
圖 6. 線(xiàn)粒體滯留在質(zhì)膜上，促進(jìn)局部膜氧化損傷，并通過(guò)線(xiàn)粒體氧化損傷途徑導(dǎo)致細(xì)胞死亡^[1]。
(A) 處于 CS 培養(yǎng)基并加入 LPS 的 BMDMs，在 14 小時(shí)使用所示探針進(jìn)行染色的活細(xì)胞成像。圖中同時(shí)展示了選框細(xì)胞的像素強(qiáng)度曲線(xiàn)，以及對(duì)應(yīng)熒光信號(hào)之間的皮爾森相關(guān)性分析與 Loess 回歸曲線(xiàn)。(B-C) 在所有測(cè)試條件下，線(xiàn)粒體均積極與膜結(jié)合，但當(dāng)細(xì)胞僅用培養(yǎng)基、CS 或 LPS處理時(shí)，大多數(shù)結(jié)合是短暫的 (<4 min) (B 和 C)。相比之下，LPS 加 CS 誘導(dǎo)的結(jié)合時(shí)間顯著延長(zhǎng),一些線(xiàn)粒體與膜的結(jié)合時(shí)間延長(zhǎng) (>20 min) (B 和 C)。(D) 在細(xì)胞膜變形發(fā)生之前,線(xiàn)粒體持續(xù)定位于細(xì)胞周邊靠近膜破裂的部位 (Mitotracker 通道)。周邊脂質(zhì)過(guò)氧化灶也與線(xiàn)粒體共定位 (Oxidized BodipyC11 和 Merge 通道)。

作者稱(chēng)其之為“線(xiàn)粒體向細(xì)胞周邊傳遞活性氧”的過(guò)程，在膜局部造成氧化損傷的累積。隨后，這一過(guò)程導(dǎo)致局部膜破裂和細(xì)胞溶解，即“線(xiàn)粒體向細(xì)胞周邊傳遞活性氧導(dǎo)致的細(xì)胞溶解” (Mitoxyperilysis)。

Section.02
Mitoxyperilysis機(jī)制：
mTOR 激活、氧化應(yīng)激獨(dú)立作用

關(guān)鍵上游因子：BAX, BAK1 和 BID

作者發(fā)現(xiàn)，在 IIAMD 期間線(xiàn)粒體收到了損傷。于是開(kāi)展了對(duì) BH3 結(jié)構(gòu)域蛋白 (在破壞線(xiàn)粒體方面發(fā)揮重要作用) 的探究。

構(gòu)建了具有 Bax，Bakl 和 Bid 單基因、雙基因或三基因缺陷的永生化骨髓源性巨噬細(xì)胞 (iBMDM) 敲除細(xì)胞系。發(fā)現(xiàn) Bax^-/-Bakl^-/-Bid^-/- 細(xì)胞免受 IIAMD 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡和炎性小體激活。且 Bax^-/-Bakl^-/-Bid^-/- 細(xì)胞的氧化應(yīng)激水平明顯低于對(duì)照細(xì)胞。表明 BAX、BAK1 和 BID 是線(xiàn)粒體損傷和氧化應(yīng)激驅(qū)動(dòng) IIAMD 誘導(dǎo)的炎癥性細(xì)胞死亡的關(guān)鍵上游調(diào)節(jié)因子。

BAX、BAK1 和 BID 依賴(lài)性線(xiàn)粒體損傷及氧化應(yīng)激驅(qū)動(dòng)線(xiàn)粒體氧化溶解性死亡。

mTOR 會(huì)在 IIAMD 誘導(dǎo)下促進(jìn)細(xì)胞死亡

為了解調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體損傷與質(zhì)膜接觸的機(jī)制，作者篩選了一個(gè)包含 2050 種小分子的庫(kù)，得到了三種對(duì) LPS 和 CS 有保護(hù)作用的 mTOR 激酶抑制劑，均能夠劑量依賴(lài)性地抑制線(xiàn)粒體氧化裂解（圖 7）。
 
圖7. 三種 mTOR 抑制劑 (Torin-1、CZ415(HY-100222,MCE)、AZD-8055(10289298-02,HY-10422,MCE)) 在 IIAMD 模型中均表現(xiàn)出劑量依賴(lài)性的保護(hù)作用，顯著抑制細(xì)胞死亡^[1]。

RNA 測(cè)序顯示, mTOR 通路是 LPS + CS 處理后上調(diào)最顯著的通路之一。同時(shí)，線(xiàn)粒體損傷與質(zhì)膜接觸的觸發(fā)因素會(huì)激活 mTORC1 和 mTORC2。

此外，在 mTOR 抑制期間，總谷胱甘肽水平仍保持較低 (圖 8A)。且 mTOR 抑制未能恢復(fù) IIAMD 誘導(dǎo)的線(xiàn)粒體呼吸功能受損 (圖 8B-C)。用 LPS 加 CS 處理的細(xì)胞在 mTOR 抑制后仍維持高水平的氧化應(yīng)激，但長(zhǎng)時(shí)間保持 PI 不通透 (圖 8D)。
 
圖 8. mTOR 驅(qū)動(dòng)線(xiàn)粒體氧化應(yīng)激，以應(yīng)對(duì) IIAMD^[1]。
(A) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時(shí)后，從全細(xì)胞裂解液 (WCL)中檢測(cè)氧化應(yīng)激水平 (以全谷胱甘肽 GSH 含量衡量)。(B-C) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時(shí)后，利用 Seahorse 測(cè)得的氧耗率 (OCR)。其中，(B) 顯示基礎(chǔ)及最大 OCR，(C) 顯示 OCR 動(dòng)態(tài)變化。(D) BMDMs 在 LPS + CS 條件下 ± Torin-1 的活細(xì)胞成像 (拍攝于所示時(shí)間點(diǎn))。CellROX-DR (藍(lán)色) 指示細(xì)胞氧化應(yīng)激，PI (紅色) 指示細(xì)胞死亡。白色箭頭標(biāo)示氧化應(yīng)激增強(qiáng)的代表性細(xì)胞。時(shí)間軸相對(duì)于刺激開(kāi)始時(shí)間。

這些結(jié)果表明，在線(xiàn)粒體氧化損傷中, mTOR 激活和氧化應(yīng)激是獨(dú)立事件, mTOR 在線(xiàn)粒體功能障礙后促進(jìn)細(xì)胞死亡。

mTOR 可抑制細(xì)胞骨架活性，延長(zhǎng)線(xiàn)粒體與質(zhì)膜接觸

為了進(jìn)一步探究 mTOR 調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體膜接觸的機(jī)制，作者進(jìn)行了活細(xì)胞成像。在 IAMD 處理且 mTOR 功能正常的細(xì)胞中觀察到的線(xiàn)粒體膜接觸時(shí)間延長(zhǎng)。IIAMD 使細(xì)胞膜力學(xué)和偽足形成顯著減少 (圖 9C-D)。而用 mTOR 抑制劑 Torin-1 處理的細(xì)胞頻繁形成片狀偽足 (圖 9A)，透射電鏡證實(shí)了這一現(xiàn)象 (圖 9B）。由于片狀偽足在靠近線(xiàn)粒體膜接觸部位頻繁形成,膜相關(guān)線(xiàn)粒體從質(zhì)膜處移開(kāi),導(dǎo)致接觸時(shí)間縮短。
 
圖 9.  mTOR 通過(guò)抑制細(xì)胞骨架活性，促進(jìn)線(xiàn)粒體在質(zhì)膜上的持續(xù)滯留，從而驅(qū)動(dòng)線(xiàn)粒體周細(xì)胞溶解^[1]。
(A) 處于 CS 培養(yǎng)基并加入 LPS 及 Torin-1 刺激的 BMDMs 的活細(xì)胞成像。CellMask (綠色，標(biāo)記細(xì)胞膜)；MitoView (紅色，標(biāo)記線(xiàn)粒體)；Sytox DR (藍(lán)色，用于標(biāo)記細(xì)胞膜受損后進(jìn)入細(xì)胞的 DNA) (另見(jiàn)視頻 S9)。成像開(kāi)始于刺激后 14 小時(shí)，所示圖像之間間隔 2 分鐘。用于繪制細(xì)胞膜相關(guān)線(xiàn)粒體定位的軌跡，并根據(jù)線(xiàn)粒體與細(xì)胞膜接觸的持續(xù)時(shí)間以顏色區(qū)分。白色箭頭標(biāo)示周邊區(qū)域的線(xiàn)粒體共定位與偽足 (lamellipodium) 回縮現(xiàn)象。(B) 來(lái)自經(jīng) LPS + CS + Torin-1 處理 16 小時(shí)的 BMDMs 的代表性透射電鏡（TEM）圖像。Mt.-like 表示線(xiàn)粒體樣結(jié)構(gòu)；PM 表示細(xì)胞膜。(C-D) 采用 QuimP 分析細(xì)胞輪廓?jiǎng)討B(tài)。(C) 顯示連續(xù)兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的代表性細(xì)胞輪廓疊加圖；(D) 顯示在所有時(shí)間點(diǎn)中細(xì)胞輪廓運(yùn)動(dòng)的速度分布 (另見(jiàn)視頻 S10)。(E) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時(shí)后檢測(cè) RhoA 活性 (RhoA-GTP)。Active RhoA (acRhoA) 作為陽(yáng)性對(duì)照。(F) BMDMs 在 LPS + CS 條件下 ± Torin-1 處理 16 小時(shí)后的代表性 tauSTED 成像，顯示線(xiàn)粒體 (TOM20；綠色) 和膜褶偽足 (lamellipodium) 中的肌動(dòng)蛋白 (鬼筆環(huán)肽；phalloidin；紅色) 。白色箭頭標(biāo)示細(xì)胞膜突起結(jié)構(gòu)。

片狀偽足的活動(dòng)和細(xì)胞膜的動(dòng)態(tài)變化受 RhoA 及其他控制肌動(dòng)蛋白聚合的 Rho-GTP 酶的調(diào)節(jié)。實(shí)際上，LPS + CS 處理后 RhoA 的活性降低 (抑制 mTOR 可部分恢復(fù)其活性) (圖 9E)，且線(xiàn)粒體(TOM20染色)呈周邊分布，周?chē)鷰缀鯖](méi)有 F- 肌動(dòng)蛋白 (Phalloidin 染色)，而 Torin-1 則誘導(dǎo)形成富含 F- 肌動(dòng)蛋白褶皺的板狀偽足,以包裹突出的線(xiàn)粒體 (圖 9F)。

Section.03
Mitoxyperilysis：
癌癥治療新思路

接下來(lái)，作者試圖在體內(nèi)應(yīng)用治療策略。在 B16 黑色素瘤異位腫瘤模型中，給荷瘤小鼠進(jìn)行瘤內(nèi) (i.t.) 注射低劑量 LPS 并結(jié)合禁食處理 (圖 10A)。結(jié)果顯示，腫瘤體積顯著縮小 (圖 10B)，壞死增加 (圖 10C-D)。而在給荷瘤小鼠禁食和腹腔注射之前用 Torin-1 進(jìn)行處理。mTOR 抑制導(dǎo)致腫瘤大小沒(méi)有顯著變化，腫瘤壞死減少 (圖 10B-D)。
 
圖 10.  IIAMD 協(xié)同可誘導(dǎo) mTOR 介導(dǎo)的腫瘤壞死和縮小^[1]。
(A) 治療策略示意圖。s.c. 表示皮下給藥；i.p. 表示腹腔注射；i.t. 表示腫瘤內(nèi)注射。(B) 在 PBS 或 LPS 進(jìn)行腫瘤內(nèi)注射 (i.t.)，并結(jié)合或不結(jié)合禁食與 Torin-1 預(yù)處理?xiàng)l件下，小鼠 B16 腫瘤大小的變化。(C-D) 指定實(shí)驗(yàn)組的腫瘤組織蘇木精-伊紅 (H&E) 染色圖像，其中 (C) 標(biāo)注了可存活區(qū)域與壞死區(qū)域，(D) 為其量化結(jié)果。(E) 對(duì)照組與處理組 (壞死區(qū)域) B16 腫瘤組織的代表性透射電鏡 (TEM) 圖像。Mt. 表示線(xiàn)粒體；Mt.-like 表示線(xiàn)粒體樣結(jié)構(gòu)；PM 表示細(xì)胞膜。

此外，腫瘤中的 RhoA 活性顯著降低，加入 Torin-1 處理后 RhoA 活性部分恢復(fù)。壞死腫瘤中靠近質(zhì)膜處存在受損的線(xiàn)粒體樣細(xì)胞器 (圖 10E)，這支持了線(xiàn)粒體近膜損傷在體內(nèi)腫瘤細(xì)胞死亡中的作用。

這些數(shù)據(jù)表明，線(xiàn)粒體損傷可作為治療手段被激活以減輕腫瘤負(fù)荷。

Section.04
小結(jié)

這一機(jī)制的發(fā)現(xiàn)不僅擴(kuò)展了細(xì)胞死亡研究的邊界，也提示了其潛在的疾病治療價(jià)值，尤其是在免疫激活和代謝紊亂共存的腫瘤微環(huán)境中。未來(lái)通過(guò)調(diào)控線(xiàn)粒體氧化應(yīng)激或 mTOR 活性，可能為腫瘤與炎癥相關(guān)疾病提供新的干預(yù)思路。不過(guò)，目前仍需更多研究來(lái)評(píng)估其安全性、選擇性和臨床可行性。
 

產(chǎn)品推薦

Dactolisib Dactolisib (BEZ235) 是一種具有口服活性的、雙重的 pan-class I PI3K 和 mTOR 抑制劑。

CZ415 CZ415 是一種有效的高選擇性 mTOR 抑制劑，pIC50 為 8.07。

CK-666 CK-666 是一種細(xì)胞滲透性的與肌動(dòng)蛋白相關(guān)的蛋白質(zhì) Arp2/3 復(fù)合物的抑制劑 (IC50=12 μM)，它結(jié)合 Arp2/3 復(fù)合物，穩(wěn)定復(fù)合物的非活性狀態(tài)，阻止 Arp2 和 Arp3 亞單位移動(dòng)進(jìn)入激活的絲狀構(gòu)象。

AZD-8055 AZD-8055 是一種有效、選擇性、具有口服活性和 ATP 競(jìng)爭(zhēng)性的 mTOR 抑制劑，IC50 為 0.8 nM。AZD-8055 抑制 mTORC1 和 mTORC2。

SM-164  SM-164 是一種可滲透細(xì)胞的 Smac 類(lèi)似物，SM-164 用作 XIAP 的強(qiáng)效拮抗劑。

 

[1] Wang Y, Lu J, Carisey AF, et al. Innate immune and metabolic signals induce mitochondria-dependent membrane lysis via mitoxyperiosis. Cell. Published online November 28, 2025.