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相關的激酶（又名DIK/PKK），其N端激酶結構域與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，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重要。隨后，研究人員構建了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。這些結果表明 RIPK4 在響應氧化應激和鐵死亡中發(fā)揮著關鍵作用。研究揭示了氧化應激誘導的鐵死亡的關鍵信號通路，臨床觀察到該信號通路與發(fā)育和人類疾病廣泛相關，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。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，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 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。壞死性凋亡相關蛋白通過細胞裂解促進壞死損傷相關分子模式蛋白的釋放，從而間接傳播炎癥。同樣，可以假設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鍵信號通路。

盡管在脂質(zhì)代謝中至關重要，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。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。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，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)的結構與功能，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系，是生物醫(yī)學研究的重要熱點。這些領域的深入研究將為疾病的預防和治療提供新的方向。