“MLKL-mtDNA-cGAS三體碰撞：炎癥宇宙大爆炸”

一、研究背景

壞死性凋亡（Necroptosis）是一種程序性細胞死亡方式，由RIPK3激酶磷酸化MLKL蛋白后引發，導致細胞膜破裂并釋放損傷相關分子模式（DAMPs），從而引發炎癥反應。傳統觀點認為，MLKL主要作用于細胞膜，誘導其破裂。然而，近年研究發現MLKL也可定位于線粒體，但其功能尚不明確。此外，線粒體DNA（mtDNA）在細胞應激狀態下可釋放至胞質，激活cGAS-STING通路，誘導I型干擾素表達。本研究旨在探討MLKL是否通過介導mtDNA釋放，激活cGAS-STING通路，從而在壞死性凋亡中發揮促炎作用。

二、研究結果

1. 壞死性凋亡誘導cGAS-STING依賴的Ifnb表達

研究發現，在L929細胞系中，誘導壞死性凋亡（如，使用TNF-α+Z-VAD-FMK）可顯著上調IFN-β（干擾素β）及其刺激基因（ISGs）的表達。該表達依賴于RIPK1、RIPK3和MLKL的完整性，且可被cGAS、STING或TBK1的敲除或抑制所阻斷，表明壞死性凋亡通過cGAS-STING通路誘導I型干擾素表達。

2. 壞死性凋亡誘導mtDNA釋放至胞質

研究發現壞死性凋亡誘導后，mtDNA顯著富集于胞質中，而核DNA無明顯變化。該現象在多種細胞系中均可觀察到，且依賴于MLKL的存在。mtDNA釋放不伴隨其總量增加，提示其來源于線粒體的泄漏而非復制增強。

3. mtDNA是誘導IFN-β表達的關鍵因子

通過使用mtDNA復制抑制劑（如ddC）構建mtDNA缺失細胞，研究發現即使細胞仍能發生壞死性凋亡，IFN-β的表達幾乎被抑制。這證實mtDNA是激活cGAS-STING通路、誘導干擾素表達的關鍵胞質DNA來源。

4. mtDNA釋放不依賴傳統孔道機制（mPTP、Bax/Bak等）

研究排除了多種已知的mtDNA釋放機制，如線粒體通透性轉換孔（mPTP）、電壓依賴性陰離子通道（VDAC）、Bax/Bak孔道等在壞死性凋亡中的作用。相關抑制劑或基因敲除均未影響mtDNA釋放，提示其機制與凋亡或焦亡不同。

5. 磷酸化MLKL介導線粒體膜穿孔與mtDNA釋放

通過免疫熒光、電鏡和線粒體分離實驗，研究證實磷酸化MLKL可定位于線粒體外膜和內膜，誘導膜結構破壞并形成孔道，進而介導mtDNA釋放。MLKL與心磷脂結合是其定位于線粒體的關鍵，PLSCR3（心磷脂轉運蛋白）缺失可顯著減少mtDNA釋放和IFN-β表達。

6. 微管結構完整性是mtDNA釋放的必要條件

研究發現，微管破壞劑（如秋水仙素Colchicine、小分子D-64131、長春新堿 Vincristine）可顯著抑制mtDNA釋放，而微管穩定劑無此效應。盡管微管破壞不影響MLKL向線粒體的轉位，但可能通過影響mtDNA與線粒體膜或MLKL孔道的相互作用，阻礙其釋放。

7. mtDNA-cGAS-STING通路參與壞死性凋亡相關腸炎模型

在Caspase-8缺失誘導的小鼠腸炎模型中，研究發現腸上皮細胞中磷酸化MLKL顯著上調，mtDNA釋放增加，IFN-β表達升高。使用STING抑制劑H-151可顯著減輕炎癥反應、減少干擾素表達和中性粒細胞浸潤，提示該通路在壞死性凋亡相關炎癥性疾病中具有重要作用。

三、研究結論

本研究系統闡明了壞死性凋亡過程中，磷酸化MLKL不僅破壞細胞膜，還可定位于線粒體，誘導mtDNA釋放至胞質，激活cGAS-STING通路，從而以細胞自主方式誘導干擾素表達和炎癥反應。該機制不依賴傳統孔道形成蛋白（如mPTP等），且需要微管結構完整性。該發現為理解壞死性凋亡在炎癥性疾病中的作用提供了新機制，并為相關疾病（如炎癥性腸病）的治療提供了潛在靶點。

Ding Z, Wang R, Li Y, Wang X. MLKL activates the cGAS-STING pathway by releasing mitochondrial DNA upon necroptosis induction. Mol Cell. 2025 Jul 3;85(13):2610-2625.e5. doi: 10.1016/j.molcel.2025.06.005. PMID: 40614706.