综述 | Cell Death Differ.：死亡的气味：死亡细胞发出的代谢告别信号
编译：杨丽军，编辑：Emma、江舜尧。
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Nature一篇论文中提出了一种假设：凋亡细胞可以通过其代谢分泌体将其死亡传递给邻近的活细胞，从而协调病理生理相关的应激反应。为此，作者通过细胞和动物模型进行了一系列的实验证明凋亡细胞表现出活跃的多胺生物合成，并通过PANX1依赖的代谢产物的分泌影响邻近活细胞的行为，并且发现凋亡分泌体的生物学效应可用于改善组织对损伤的反应和抗癌免疫调节，这些数据为不同的治疗观点开辟了道路。
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内容
最初的发现垂死的细胞可以产生并释放“find-me”信号，该信号可以解释在不同生理环境中吞噬细胞募集、尸体吞噬和组织重塑的作用，使得细胞凋亡作为一种非细胞自主惰性过程的范式概念受到了挑战。在从凋亡级联反应开始到免疫清除的时间范围内，凋亡细胞是如何影响组织中邻近细胞的尚不清楚。
在最近的一篇自然论文中，Rcichandran和他的合作伙伴们提出了一种假设：凋亡细胞可以通过其代谢分泌体将其死亡传递给邻近的活细胞，从而协调病理生理相关的应激反应。作者在实验环境中使用了暴露在不同的凋亡线索下不同的细胞模型（Jurkat T细胞、骨髓源性巨噬细胞和小鼠胸腺细胞），80%的细胞凋亡（但保持了质膜的完整性）。
在这些模型中，作者对细胞内和细胞外代谢组进行了非靶向质谱代谢组学分析。五种代谢物（一磷酸腺苷、5′-鸟苷酸、肌酸、亚精胺和甘油-3-磷酸）在凋亡细胞的上清液中被发现不同程度地富集，而与所测试的细胞系无关。第六种细胞外代谢物三磷酸腺苷（以前被称为炎症免疫细胞募集的趋化因子），在基于荧光素酶的评估后被发现普遍上调。重要的是，用泛半胱氨酸蛋白酶抑制剂Z-VAD-fmk对细胞进行预处理后，这些代谢物的分泌明显减弱，这进一步证实了凋亡过程与具有生物意义的代谢物的活性释放有关。
有趣的是，只有一部分代谢物（即使在同一代谢途径中）是由死亡细胞分泌的，这表明细胞凋亡过程中代谢物的释放存在一个最大限度。根据这一推测，作者发现，可以被质膜中的效应因子caspase（caspase-3或-7）切割和激活的pannexin1（PANX1）通道负责这些细胞内代谢物的凋亡相关释放。因此，一系列的实验操作，包括PANX1的基因消融、caspase不敏感性PANX1突变体的表达或PANX1的药理学抑制，都会排除代谢物的分泌（而不损害凋亡程序）。对凋亡细胞分泌体进行代谢组学分析，无论有或无PANX1抑制，都可以确定一个依赖于PANX1的细胞外代谢信号，除了上述代谢物外，还包括果糖-1,6-二磷酸[FBP]、二羟基丙酮磷酸、UDP葡萄糖和肌苷-5′-单磷酸[IMP]。
作者研究了凋亡细胞分泌的代谢物是否代表了一种偶然现象，或者实际上反应了死亡细胞在死前的代谢活性。根据观察，在所有评估的模型中均释放出大量亚精胺，并且知道向小鼠外源补充亚精胺能够在不同的生理病理条件下产生大量有益作用（包括但不限于寿命延长，心脏保护和抗肥胖作用），作者将注意力集中在凋亡细胞中亚精胺的生物合成途径上。与最近发现的一个相反的发现是大量的RNA物种经历了PNPT1依赖的凋亡相关MOMP的衰变，Ravichandran等人发现在凋亡过程中，编码亚精胺生物合成的mRNAs酶被保留。因此，给予死亡细胞13C标记的精氨酸迅速转化为亚精胺，证实了死亡前条件下多胺生物合成增加的假设。总之，这些结果突出了新合成的细胞外亚精胺在调节组织稳态和局部炎症中出乎意料的作用，并为探索多胺代谢在调节组织再生和伤口愈合中作用的新研究路线铺平了道路。
为了进一步了解凋亡分泌体的旁分泌效应，将吞噬的LR73中国仓鼠卵巢细胞暴露于WT或PANX-/-JurkatT细胞的上清液中。RNAseq分析证实，以PANX1依赖方式分泌的代谢物引起转录组的广泛重编程，包括增加参与组织修复和伤口愈合（AREG和PTGS2）、免疫耐受（NR4A1和PBX1）和代谢（SLC14A1、SGK1和UAP1）的基因表达。
为了将这些发现的相关性扩展到体内环境中，Ravichandran等人利用Panx1fl/fl；Cd4-Cre小鼠，其中（经4-羟基三苯氧胺给药后）Panx1仅在胸腺细胞中被删除（但仍在胸腺髓腔中功能性表达）。地塞米松诱导Cd4+胸腺细胞凋亡后，暴露于凋亡分泌体的CD11b+和CD11c+髓样细胞的基因表达谱与体外特征高度一致。一致的是，PANX1的遗传消融能够消除分泌体诱导的基因表达改变，进一步强调了PANX1在凋亡分泌体旁分泌效应中的重要性。
受凋亡细胞分泌体在靶细胞中引起显著的抗炎基因信号的观察，作者决定直接评估这些代谢物在两种不同的加重炎症小鼠模型中的临床前价值，即类风湿性关节炎和宿主移植物肺移植排斥。在这些模型中，两种不同的给药方式，其中Memix-3或Memix-6代谢物都含有亚精胺（但不是单一代谢物的给药）减轻了骨髓细胞过度激活和T细胞介导的肺排斥反应。
总的来说，基于病理背景（图1），凋亡细胞表现出活跃的多胺生物合成，并通过PANX1依赖的代谢产物的分泌影响邻近活细胞的行为。凋亡分泌体的生物学效应（可通过针对代谢通路或细胞应激反应的策略在上游调节）可用于改善组织对损伤的反应和抗癌免疫调节，这些数据为不同的治疗观点开辟了道路。因此，诱导细胞凋亡疗法可能与死前分泌体激发的代谢物给药结合使用，以对抗组织纤维化/炎症并促进组织修复/再生。此外，在促凋亡免疫原性化疗的情况下，这些途径的激活有利的，因为PANX1通道可能增强骨髓细胞募集进入肿瘤并促进癌症-免疫周期的启动。
图1 凋亡细胞释放代谢物对组织动力学的病理生理学意义