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Cell Metab：甲硫氨酸代谢物缺乏触发细胞死亡与炎症开关

2025-07-04 05:54

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

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原创 Cell Press CellPress细胞科学

生命科学

Life science

细胞感知营养物质以维持稳态并避免死亡是代谢领域的核心问题。现有研究已阐明营养感应器（如mTORC1通路）在代谢调控中的重要作用，但营养物质匮乏如何直接触发细胞死亡与炎症的机制目前尚不明确。

S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为甲硫氨酸代谢的关键产物，具有抗炎特性，其水平下降与肝病、神经退行性疾病等多种疾病相关。然而，SAM如何独立于mTORC1通路调控细胞死亡仍不清楚。另一方面，RIPK1作为细胞死亡与炎症的核心介质，其激活机制（尤其与营养信号的关联）亦未阐明。

基于上述问题，2025年6月25日，来自中国科学院生物与化学交叉研究中心的科学团队在Cell Press细胞出版社期刊Cell Metabolism在线发表了题为“RIPK1 senses S-adenosylmethionine scarcity to drive cell death and inflammation”的研究性论文，系统揭示了受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）作为S-腺苷甲硫氨酸（SAM）分子传感器的全新功能，并阐明了其在连接代谢紊乱与疾病发生中的核心作用。

研究团队首先通过系统性筛选发现，长期剥夺多种氨基酸可诱导野生型小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）死亡，但唯有甲硫氨酸剥夺诱导的死亡可被RIPK1激酶失活突变（D138N）或特异性抑制剂Nec-1s显著抑制。深入分析表明，甲硫氨酸剥夺触发了RIPK1激酶活化的标志性事件—S166位点磷酸化，并激活caspase-8/caspase-3介导的经典凋亡通路，而非坏死性凋亡。值得注意的是，在细胞死亡显著发生前，甲硫氨酸剥夺已显著上调促炎细胞因子（Tnf, Il1a, Il6）和趋化因子（Ccl2, Ccl5, Cxcl10）的基因表达，此效应同样依赖于RIPK1激酶活性。转录组测序进一步揭示，甲硫氨酸剥夺诱导的484个上调基因（主要富集于炎症与先天免疫通路）在Ripk1D138N/D138N MEFs中被显著逆转。这一现象在多种细胞系及原代细胞中普遍存在，但巨噬细胞例外，暗示细胞类型特异性抵抗机制的存在。

为确认上述现象的生理相关性，研究者构建了轻度甲硫氨酸限制（0.12%）的小鼠模型。喂食8周后，野生型小鼠虽出现预期体重下降，但其多个组织（尤其肝脏）表现出显著的炎症基因上调、CD45+炎症细胞浸润、轻度肝细胞死亡及肝损伤标志物升高。引人注目的是，携带RIPK1-D138N激酶失活突变的小鼠在相同饮食下，虽体重减轻程度相当，却几乎完全阻断了上述炎症反应、细胞死亡和肝损伤，清晰证明了甲硫氨酸匮乏通过RIPK1激酶依赖途径驱动组织损伤与炎症。

甲硫氨酸是SAM生物合成的唯一前体。研究证实，甲硫氨酸剥夺导致细胞内SAM水平显著下降，外源补充SAM能剂量依赖性地挽救甲硫氨酸剥夺诱导的细胞死亡、阻断RIPK1激活和caspase切割，并抑制炎症基因表达。重要的是，SAM补充仅恢复SAM水平而不影响甲硫氨酸浓度，且只有甲硫氨酸和SAM有效，其他甲硫氨酸或叶酸循环代谢物无效，表明SAM是直接抑制RIPK1的上游信号分子。研究者进一步利用MAT2A（催化甲硫氨酸生成SAM的关键酶）特异性抑制剂FIDAS-5或SHMT（丝氨酸羟甲基转移酶，影响一碳单位供应）抑制剂SHIN1降低细胞内SAM水平，结果表明两种干预均成功模拟了甲硫氨酸剥夺的表型—诱导RIPK1依赖性细胞死亡和炎症，且该效应可被SAM补充特异性逆转。这确证了甲硫氨酸代谢和一碳通路能够通过生成SAM来抑制RIPK1激活的信号轴。

SAM如何精确调控RIPK1是一个重要的问题。研究者发现SAM缺失通过诱导Tnf基因启动子区低甲基化促进TNF-α自分泌产生，而中和TNF-α抗体或敲除TNFR1均能阻断RIPK1激活，证明TNF信号是必要环节。质谱分析结果表明，在甲硫氨酸充足时，RIPK1死亡结构域（DD）的精氨酸606位点（R606）被二甲基化；剥夺甲硫氨酸则显著降低此修饰。该位点进化高度保守，研究者成功制备了特异性识别RIPK1-R606对称二甲基化（R606me2s）的抗体。利用该工具，他们证实R606me2s在正常条件下组成性存在，但在甲硫氨酸剥夺、MAT2A抑制、SHMT抑制或甲基化潜能抑制剂AdOx处理时显著降低，且可被SAM补充恢复。在动物层面，喂食0.12%甲硫氨酸饮食的小鼠肝脏中R606me2s完全消失。为确证功能，团队利用CRISPR-Cas9技术构建了Ripk1R606K/R606K基因敲入小鼠（精氨酸606突变为赖氨酸，保留正电荷但阻止甲基化）。该小鼠发育正常，其原代MEFs和肝脏组织均检测不到R606me2s，完美验证了抗体的特异性。

R606位点位于RIPK1死亡结构域（DD）表面，已知对自我聚集和激活至关重要。功能实验显示，R606K突变不仅使细胞抵抗甲硫氨酸剥夺诱导的死亡，也削弱了其在经典TNF-α诱导凋亡或坏死性凋亡模型中的敏感性。免疫共沉淀和体外蛋白纯化实验证实，R606K或R606A突变显著破坏RIPK1-DD的自我聚集能力。冷冻电镜解析的小鼠RIPK1-DD丝状组装结构（分辨率3 Å）揭示R606侧链直接与相邻DD亚基的E605形成静电相互作用和氢键网络。精氨酸突变为赖氨酸（R606K）或E605突变（E605A）均削弱此互作界面，抑制DD自聚集。更重要的是，R606对称二甲基化通过增加侧链空间位阻和破坏氢键形成能力，如同给RIPK1装上“分子刹车”，在SAM充足时阻止其激活性聚集。这解释了为何SAM缺失时，R606去甲基化会“解锁”RIPK1，促使其自聚集并激活下游死亡与炎症通路。

精氨酸甲基化由蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMTs）催化。研究者筛选发现PRMT5与RIPK1相互作用，并证实其能在体外以SAM和时间依赖性方式直接催化RIPK1-DD的R606me2s修饰。在细胞中，PRMT5缺失导致R606me2s消失，且SAM无法再抑制RIPK1激活和细胞死亡。PRMT5缺陷使细胞对单独TNF-α诱导的死亡敏感，而这种敏感性在Ripk1R606K/R606K细胞中被消除，证明PRMT5通过R606me2s调控RIPK1。在肝细胞特异性PRMT5敲除小鼠中，PRMT5缺失导致肝脏R606me2s水平剧降，并自发产生严重肝脏病理：2月龄即出现肝表面结节、肝细胞异常增殖、脂肪变性、纤维化，并最终发展为肝细胞癌，伴随肝损伤指标升高和生存期缩短。

最后，在PRMT5肝缺陷小鼠中引入RIPK1激酶失活突变，显著减轻了所有肝脏病理：肝癌发展被抑制、脂肪变性和纤维化减轻、血清肝损伤指标恢复正常、炎症基因表达下调，且小鼠生存期显著延长。这充分证明PRMT5缺失导致的致命性肝脏病变主要由失控的RIPK1激酶活性驱动，为靶向RIPK1治疗SAM代谢紊乱相关疾病提供了直接依据。

综上，本研究建立了“SAM-PRMT5-RIPK1 R606me2s”轴调控细胞命运的核心范式。在SAM充足时，PRMT5催化的R606me2s修饰如同“分子锁”，阻止RIPK1死亡结构域自聚集，抑制其激酶活性，维持细胞存活并遏制炎症。当甲硫氨酸匮乏或一碳代谢受阻导致SAM水平下降时，R606去甲基化“解锁”RIPK1，促使其自聚集激活，驱动caspase-8依赖性凋亡和强烈炎症反应。这一机制在细胞、组织及动物模型中得到多层次验证，尤其为SAM缺乏相关疾病（如肝硬化、脂肪肝、HCC）提供了全新的病理机制解释和治疗思路—靶向RIPK1激酶活性。该研究不仅重塑了人们对代谢-死亡-炎症网络的理解，更开辟了以RIPK1为靶点治疗代谢紊乱相关疾病的新纪元。