Nature|Caspase8決定細胞死亡的不同方式

　　蛋白酶caspase-8同時具有誘導和抑制細胞死亡的功能：它可以通過死亡受體（Death receptor），比如TNFR1來誘導細胞凋亡（Apoptosis）【1】，同時，也可以通過激酶RIPK3和MLKL來抑制細胞壞死（Necroptosis）【2-4】。caspase-8缺失或者突變（CASP8 C362A）的小鼠呈現胚胎致死現象【4,5】，但是，Casp8C362A/C362AMlkl?/? 小鼠呈現腸道萎縮和圍產期死亡現象，而Casp8?/?Mlkl?/?小鼠卻生存良好，這一結果說明具有酶活性和缺失酶活性的caspase-8，很可能在細胞死亡過程中行使不同的功能。

　　2019年11月14日，來自美國Genentech公司的Vishva M. Dixit研究組在Nature雜志上發表題為Activity of caspase-8 determines plasticity between cell death pathways的研究文章，發現腸道上皮細胞的CASP8（C362A）通過活化ASC，活化蛋白酶caspase-1，從而誘導細胞死亡，而RIPK3同樣參與這一現象。

　　由多項報道指出，在癌癥細胞中，caspase-8參與了TRAIL所介導的細胞因子產生和釋放，并且，通過FADD招募RIPK1，激活NFκB通路的基因轉錄【6,7】。另外，caspase-8還參與了三型Toll樣受體（Toll-like receptor 3，簡稱TLR3）依賴的NLRP3炎癥小體（NLRP3 inflammasome）活化。所以，作者首先研究這些機制是否可以解釋Casp8C362A/C362AMlkl?/?小鼠所呈現腸道萎縮和圍產期致死現象。早在胚胎期16.5天（E16.5）Casp8C362A/C362AMlkl?/? 小鼠的腸道就發生了明顯的炎癥現象。與Mlkl?/? 小鼠小鼠比較，Casp8C362A/C362AMlk?l?/? 小鼠的腸腔內有大量淋巴細胞浸潤，Cxcl10, Mgl2 和 Spic等基因表達量也明顯升高。而Casp8?/?Mlkl?/? 小鼠的炎癥發生程度介于上述兩種小鼠之間。

　　與此同時，作者以Mlkl?/?，Casp8C362A/+Mlkl?/? ，Casp8C362A/C362AMlkl?/?這三種小鼠為背景，分別構建了同時敲除Nlrp3， Fadd，Ripk1，Casp11，Casp1，Asc，Gsdmd，Ripk3等基因的小鼠，并監控其胚胎致死情況。作者發現：（1）在圍產期，缺失酶活性的caspase-8（Casp8C362A/C362A）具有誘導細胞死亡的功能，而這一功能并不依賴于NLRP3，FADD和RIPK1，也就是說，并不依賴于炎癥小體活化和細胞凋亡途徑；（2）對于參與細胞焦亡通路（pyroptotic cell death）的兩種蛋白酶caspase-1和caspase-11，caspase-1是Casp8C362A/C362AMlkl?/? 小鼠胚胎期致死的原因之一，而caspase-11則主要參與了其新生期致死現象；（3）敲除了Ripk3的小鼠，其生存能力明顯提升，而同時敲除caspase-1，caspase-11和Ripk3的小鼠，Casp8活性缺失所導致的小鼠致死現象，基本上得到了恢復。上述這些結果說明，CASP8 （C362A）與caspase-1，caspase-11和Ripk3這三者通過直接或者間接的相互作用，可以決定小鼠的生死存亡。

　　接下來，作者進一步深入研究上述四者之間的關系。有報道指出，在細菌感染過程中，caspase-8可以與caspase-1的接頭蛋白ASC發生相互作用【8,9】，所以，作者猜測，CASP8（C362A）通過ASC從而活化caspase-1的。作者在Casp8C362A/C362AMlkl?/?Casp1?/?Casp11?/?小鼠腸道樣本中發現了明顯的ASC斑點（ASC specks），這表示ASC發生活化，而Mlkl?/?Casp1?/?Casp11?/?小鼠卻沒有發現這一現象。這些結果說明，CASP8（C362A）可以誘導ASC的活化。

　　最后，作者構建了腸道上皮細胞特異突變Casp8的小鼠Casp8cC362A/C362AVillincre，并發現，腸道上皮細胞的CASP8（C362A）突變，是導致小鼠腸道萎縮和圍產期致死現象的原因，但是，并不是通過MLKL所介導的細胞壞死途徑。Casp8cC362A/C362AMlkl?/?Villincre小鼠與Mlkl?/?Villincre 或者Casp8cC362A/C362AVillincre相比，GSDMD，caspase-7和caspase-3的剪切水平都明顯升高，這也說明，在MLKL缺失的情況下，CASP8（C362A）同樣可以促進細胞死亡。

　　綜合上述結果，作者發現了Casp8C362A/C362AMlkl?/? 小鼠胚胎致死現象的具體機制，即腸道上皮細胞的CASP8（C362A）通過活化ASC，活化蛋白酶caspase-1，從而誘導細胞死亡。

　　這篇文章的亮點在于其實驗材料的運用。作者以Casp8C362A/C362AMlkl?/? 小鼠胚胎致死而Casp8?/?Mlkl?/?小鼠生存良好這一現象為切入點，選取了幾條細胞死亡途徑的關鍵基因，包括參與細胞壞死的RIPK3和MLKL，參與細胞焦亡的caspase-1和caspase-11，還有細胞凋亡的FADD和RIPK1，通過不同的排列組合，構建了十幾種雙敲除，三敲除以及轉基因小鼠，從而研究caspase8在這三條細胞死亡通路之中的作用。

　　原文鏈接：

　　https://doi.org/10.1038/s41586-019-1752-8

　　參考文獻

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