全新細胞死亡方式Mitoxyperilysis的機制及其在疾病治療中的價值
Cell發(fā)文！揭示了一種由先天免疫信號和代謝紊亂誘導(dǎo)的全新細胞死亡方式，并將其命名為——Mitoxyperiosis......
亮點搶先看：
1. 重磅發(fā)現(xiàn)：先天免疫和代謝信號協(xié)同作用通過線粒體氧化損傷誘導(dǎo)細胞死亡。
2.機制探究：(1) 線粒體-質(zhì)膜長時間接觸導(dǎo)致局部膜氧化損傷。(2) mTOR抑制劑可縮短接觸時間并恢復(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。
文獻報道了一種由先天免疫信號和代謝紊亂誘導(dǎo)的全新細胞死亡方式，并將其命名為——Mitoxyperiosis：特征是線粒體與質(zhì)膜的長時間接觸，導(dǎo)致局部膜氧化損傷和破裂，進而導(dǎo)致膜溶解、細胞死亡，這一過程受 mTOR 調(diào)節(jié)。
該機制獨立于 Caspase 活性，也不同于先前報道的細胞焦亡、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通過線粒體膜氧化溶解誘導(dǎo)線粒體依賴性膜溶解[1]。IIAMD：誘導(dǎo)獨特的炎癥細胞死亡
在病理狀態(tài)下，先天免疫激活通常伴隨著營養(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胞 (BMDMs)，以模擬疾病中所見的炎癥誘導(dǎo)的代謝紊亂相關(guān)細胞死亡 (IIAMD) 的協(xié)同作用。
圖 2. IIAMD 協(xié)同作用誘導(dǎo)炎癥細胞死亡和炎癥小體激活[1]。野生型 (WT) BMDM 細胞在正常培養(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 小時后的代表性圖像 (A) 和細胞死亡的定量結(jié)果 (B)。圖中還顯示了上清液 (sup.) 和全細胞裂解液 (WCL) (C) 中的 LDH 和 HMGB1 水平。*非特異性條帶。
如圖所示，BMDMs 單獨處于碳饑餓或僅受到先天免疫激活時,對細胞溶解性死亡具有抗性。
(細胞：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])，則會誘導(dǎo)強烈的細胞溶解性死亡 (圖 1A 和 1B)。同時，發(fā)現(xiàn)細胞膜破裂的標(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）
更重要的是：細胞對協(xié)同 1AMD 作出的死亡反應(yīng)并不依賴于細胞焦亡、細胞凋亡、細胞壞死性凋亡、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)計學(xué)顯著性。(B) 采用 GSH-Glo 測定全谷胱甘肽 (GSH) 水平：在加入以及不加入 CS 和 LPS 刺激的 BMDMs 中，于刺激后 9 小時從全細胞裂解液 (WCL) 檢測獲得。
咱就是說，GSH 是一種抗氧化劑,能夠?qū)够钚匝?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) 熒光探針對活細胞進行成像顯示，在細胞膜損傷和細胞死亡發(fā)生之前,細胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平逐漸升高 (圖 4)。大多數(shù)變?yōu)榈饣?nbsp;(PI) 陽性 (表明其已發(fā)生細胞死亡) 的細胞也含有 CellROX-DR，表明細胞在發(fā)生死亡時存在氧化應(yīng)激。
圖 4. 對 IIAMD 作出反應(yīng)的細胞死亡發(fā)生氧化應(yīng)激[1]。BMDMs 在有或無 LPS 或 CS 刺激條件下的活細胞熒光成像 (隨時間變化)。CellROX-DR (藍色) 用于指示細胞氧化應(yīng)激，碘化丙啶 (PI；紅色) 用于指示細胞死亡。時間軸以刺激開始的時間為基準(zhǔn)。
Mitoxyperilysis 特征：線粒體與質(zhì)膜持續(xù)接觸 → 細胞裂解
作者進一步進行了共聚焦活細胞成像 (圖 5)。在 LPS + CS 的作用下,細胞內(nèi)代表氧化應(yīng)激的 CellROX-DR 陽性斑點長時間穩(wěn)定地定位于靠近質(zhì)膜的位置 (>20 min) 。在斑點與質(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 染料得以進入并染色細胞核。
圖 5. IIAMD導(dǎo)致線粒體滯留在質(zhì)膜上[1]。BMDMs 在 CS 培養(yǎng)基中接受 LPS (200 EU/mL) 刺激的活細胞共聚焦顯微成像。CellMask (綠色) 用于指示細胞膜，CellROX Deep Red (CellROX-DR，紅色) 用于指示氧化應(yīng)激，Sytox Orange (藍色) 用于指示細胞膜受損后進入細胞的 DNA (另見視頻 S1)。成像開始于刺激后 14 小時，所展示的圖像之間間隔 10 分鐘。白色箭頭標(biāo)注了線粒體與細胞膜接觸的位置以及隨后發(fā)生的膜破裂。
以及，經(jīng)驗證，這種氧化應(yīng)激發(fā)生在線粒體 (圖 6A)。并且，這種線粒體與膜的長時間接觸是 IIAMD 誘導(dǎo)的細胞死亡所特有的。在每個破裂部位發(fā)生膜破裂之前，脂質(zhì)過氧化逐漸增加 (圖 6)。
圖 6. 線粒體滯留在質(zhì)膜上，促進局部膜氧化損傷，并通過線粒體氧化損傷途徑導(dǎo)致細胞死亡[1]。(A) 處于 CS 培養(yǎng)基并加入 LPS 的 BMDMs，在 14 小時使用所示探針進行染色的活細胞成像。圖中同時展示了選框細胞的像素強度曲線，以及對應(yīng)熒光信號之間的皮爾森相關(guān)性分析與 Loess 回歸曲線。(B-C) 在所有測試條件下，線粒體均積極與膜結(jié)合，但當(dāng)細胞僅用培養(yǎng)基、CS 或 LPS處理時，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)合時間顯著延長,一些線粒體與膜的結(jié)合時間延長 (>20 min) (B 和 C)。(D) 在細胞膜變形發(fā)生之前,線粒體持續(xù)定位于細胞周邊靠近膜破裂的部位 (Mitotracker 通道)。周邊脂質(zhì)過氧化灶也與線粒體共定位 (Oxidized BodipyC11 和 Merge 通道)。
作者稱其之為“線粒體向細胞周邊傳遞活性氧”的過程，在膜局部造成氧化損傷的累積。隨后，這一過程導(dǎo)致局部膜破裂和細胞溶解，即“線粒體向細胞周邊傳遞活性氧導(dǎo)致的細胞溶解” (Mitoxyperilysis)。
Section.02
Mitoxyperilysis機制：
mTOR 激活、氧化應(yīng)激獨立作用
關(guān)鍵上游因子：BAX, BAK1 和 BID
作者發(fā)現(xiàn)，在 IIAMD 期間線粒體收到了損傷。于是開展了對 BH3 結(jié)構(gòu)域蛋白 (在破壞線粒體方面發(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胞 (iBMDM) 敲除細胞系。發(fā)現(xiàn) Bax-/-Bakl-/-Bid-/- 細胞免受 IIAMD 誘導(dǎo)的細胞死亡和炎性小體激活。且 Bax-/-Bakl-/-Bid-/- 細胞的氧化應(yīng)激水平明顯低于對照細胞。表明 BAX、BAK1 和 BID 是線粒體損傷和氧化應(yīng)激驅(qū)動 IIAMD 誘導(dǎo)的炎癥性細胞死亡的關(guān)鍵上游調(diào)節(jié)因子。
BAX、BAK1 和 BID 依賴性線粒體損傷及氧化應(yīng)激驅(qū)動線粒體氧化溶解性死亡。
mTOR 會在 IIAMD 誘導(dǎo)下促進細胞死亡
為了解調(diào)節(jié)線粒體損傷與質(zhì)膜接觸的機制，作者篩選了一個包含 2050 種小分子的庫，得到了三種對 LPS 和 CS 有保護作用的 mTOR 激酶抑制劑，均能夠劑量依賴性地抑制線粒體氧化裂解（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)出劑量依賴性的保護作用，顯著抑制細胞死亡[1]。RNA 測序顯示, mTOR 通路是 LPS + CS 處理后上調(diào)最顯著的通路之一。同時，線粒體損傷與質(zhì)膜接觸的觸發(fā)因素會激活 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)的線粒體呼吸功能受損 (圖 8B-C)。用 LPS 加 CS 處理的細胞在 mTOR 抑制后仍維持高水平的氧化應(yīng)激，但長時間保持 PI 不通透 (圖 8D)。
圖 8. mTOR 驅(qū)動線粒體氧化應(yīng)激，以應(yīng)對 IIAMD[1]。(A) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時后，從全細胞裂解液 (WCL)中檢測氧化應(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 小時后，利用 Seahorse 測得的氧耗率 (OCR)。其中，(B) 顯示基礎(chǔ)及最大 OCR，(C) 顯示 OCR 動態(tài)變化。(D) BMDMs 在 LPS + CS 條件下 ± Torin-1 的活細胞成像 (拍攝于所示時間點)。CellROX-DR (藍色) 指示細胞氧化應(yīng)激，PI (紅色) 指示細胞死亡。白色箭頭標(biāo)示氧化應(yīng)激增強的代表性細胞。時間軸相對于刺激開始時間。
這些結(jié)果表明，在線粒體氧化損傷中, mTOR 激活和氧化應(yīng)激是獨立事件, mTOR 在線粒體功能障礙后促進細胞死亡。
mTOR 可抑制細胞骨架活性，延長線粒體與質(zhì)膜接觸
為了進一步探究 mTOR 調(diào)節(jié)線粒體膜接觸的機制，作者進行了活細胞成像。在 IAMD 處理且 mTOR 功能正常的細胞中觀察到的線粒體膜接觸時間延長。IIAMD 使細胞膜力學(xué)和偽足形成顯著減少 (圖 9C-D)。而用 mTOR 抑制劑 Torin-1 處理的細胞頻繁形成片狀偽足 (圖 9A)，透射電鏡證實了這一現(xiàn)象 (圖 9B）。由于片狀偽足在靠近線粒體膜接觸部位頻繁形成,膜相關(guān)線粒體從質(zhì)膜處移開,導(dǎo)致接觸時間縮短。
圖 9. mTOR 通過抑制細胞骨架活性，促進線粒體在質(zhì)膜上的持續(xù)滯留，從而驅(qū)動線粒體周細胞溶解[1]。(A) 處于 CS 培養(yǎng)基并加入 LPS 及 Torin-1 刺激的 BMDMs 的活細胞成像。CellMask (綠色，標(biāo)記細胞膜)；MitoView (紅色，標(biāo)記線粒體)；Sytox DR (藍色，用于標(biāo)記細胞膜受損后進入細胞的 DNA) (另見視頻 S9)。成像開始于刺激后 14 小時，所示圖像之間間隔 2 分鐘。用于繪制細胞膜相關(guān)線粒體定位的軌跡，并根據(jù)線粒體與細胞膜接觸的持續(xù)時間以顏色區(qū)分。白色箭頭標(biāo)示周邊區(qū)域的線粒體共定位與偽足 (lamellipodium) 回縮現(xiàn)象。(B) 來自經(jīng) LPS + CS + Torin-1 處理 16 小時的 BMDMs 的代表性透射電鏡（TEM）圖像。Mt.-like 表示線粒體樣結(jié)構(gòu)；PM 表示細胞膜。(C-D) 采用 QuimP 分析細胞輪廓動態(tài)。(C) 顯示連續(xù)兩個時間點的代表性細胞輪廓疊加圖；(D) 顯示在所有時間點中細胞輪廓運動的速度分布 (另見視頻 S10)。(E) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時后檢測 RhoA 活性 (RhoA-GTP)。Active RhoA (acRhoA) 作為陽性對照。(F) BMDMs 在 LPS + CS 條件下 ± Torin-1 處理 16 小時后的代表性 tauSTED 成像，顯示線粒體 (TOM20；綠色) 和膜褶偽足 (lamellipodium) 中的肌動蛋白 (鬼筆環(huán)肽；phalloidin；紅色) 。白色箭頭標(biāo)示細胞膜突起結(jié)構(gòu)。
片狀偽足的活動和細胞膜的動態(tài)變化受 RhoA 及其他控制肌動蛋白聚合的 Rho-GTP 酶的調(diào)節(jié)。實際上，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)，且線粒體(TOM20染色)呈周邊分布，周圍幾乎沒有 F- 肌動蛋白 (Phalloidin 染色)，而 Torin-1 則誘導(dǎo)形成富含 F- 肌動蛋白褶皺的板狀偽足,以包裹突出的線粒體 (圖 9F)。
Section.03
Mitoxyperilysis：
癌癥治療新思路
接下來，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 進行處理。mTOR 抑制導(dǎo)致腫瘤大小沒有顯著變化，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)處理條件下，小鼠 B16 腫瘤大小的變化。(C-D) 指定實驗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. 表示線粒體；Mt.-like 表示線粒體樣結(jié)構(gòu)；PM 表示細胞膜。
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)膜處存在受損的線粒體樣細胞器 (圖 10E)，這支持了線粒體近膜損傷在體內(nèi)腫瘤細胞死亡中的作用。
這些數(shù)據(jù)表明，線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)
這一機制的發(fā)現(xiàn)不僅擴展了細胞死亡研究的邊界，也提示了其潛在的疾病治療價值，尤其是在免疫激活和代謝紊亂共存的腫瘤微環(huán)境中。未來通過調(diào)控線粒體氧化應(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，目前仍需更多研究來評估其安全性、選擇性和臨床可行性。
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產(chǎn)品推薦 |
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Dactolisib (BEZ235) 是一種具有口服活性的、雙重的 pan-class I PI3K 和 mTOR 抑制劑。 |
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CZ415 是一種有效的高選擇性 mTOR 抑制劑，pIC50 為 8.07。 |
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CK-666 是一種細胞滲透性的與肌動蛋白相關(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 亞單位移動進入激活的絲狀構(gòu)象。 |
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AZD-8055 是一種有效、選擇性、具有口服活性和 ATP 競爭性的 mTOR 抑制劑，IC50 為 0.8 nM。AZD-8055 抑制 mTORC1 和 mTORC2。 |
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SM-164 是一種可滲透細胞的 Smac 類似物，SM-164 用作 XIAP 的強效拮抗劑。 |
[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.
標(biāo)簽：
細胞死亡
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