Cell：王亚秋等揭示全新线粒体氧化驱动的细胞死亡方式——mitoxyperilysis | Cell Press论文速递

研究发现在IIAMD条件下，受到BAX/BAK1/BID介导氧化应激的线粒体会与细胞质膜保持持续接触，从而引发局部的氧化性膜损伤，作者将这一早期损伤过程命名为mitoxyperiosis。随后发生的膜裂解及细胞死亡过程则被命名为mitoxyperilysis。进一步机制研究揭示，mTORC2是这一细胞死亡途径的调控因子。抑制mTOR可以恢复细胞骨架动力学，促进片足（lamellipodia）重新收缩，使线粒体从质膜边缘撤离，从而保护膜完整性。在小鼠肿瘤模型中，诱导该通路可通过mTOR依赖性机制显著促进肿瘤缩小。

作者首先发现，IIAMD条件可以强力诱导炎性细胞死亡。单独的碳源饥饿或免疫刺激均不足以致死，但两者协同会触发巨噬细胞膜裂解、LDH/HMGB1释放，并激活NLRP3炎性小体及不依赖GSDMD的IL-1β、IL-18分泌。补充碳源可阻断死亡，而缺失各自配体的TLR或MyD88则显著保护细胞，揭示IIAMD依赖TLR-MyD88信号驱动炎性裂解性死亡。进一步研究排除了凋亡，焦亡，程序性坏死， 铁死亡等一系列已知死亡通路，代谢组学显示IIAMD会显著消耗谷胱甘肽（GSH）并诱导强烈氧化应激，抗氧化剂NAC可显著降低氧化应激并阻断死亡，证实氧化应激是关键驱动因素。为了探究氧化应激究竟如何导致细胞死亡（细胞膜损伤），作者应用活细胞成像观察到在IIAMD条件下，氧化损伤的线粒体会长期贴附质膜，导致质膜局部氧化损伤，最终引发膜破裂和细胞裂解。

作者进一步发现IIAMD触发的线粒体氧化驱动裂解性细胞死亡（mitoxyperilysis）由mTORC2，而非 mTORC1调控。RNA-seq显示mTOR通路在IIAMD条件下显著上调，小分子筛选表明mTORC1/2激酶抑制剂能阻断细胞死亡；进一步敲降分析确认Rictor（mTORC2 组分）是该死亡途径的关键因子，而Rptor（mTORC1）并不参与。

机制研究表明，mTOR的抑制并不会降低氧化应激水平，而会活化细胞骨架与片足（lamellipodia）活动，从而形成质膜对线粒体的“推离”过程，使氧化损伤的线粒体无法长期贴附质膜，从而保护细胞膜完整性。片足与细胞膜动态由RhoA等Rho-GTPases控制，而IIAMD明显降低RhoA活性；mTOR抑制则部分恢复该活性。高分辨tauSTED成像显示，在LPS+CS条件下，线粒体紧贴细胞边缘且几乎无F-actin包覆；但加入Torin-1后，细胞生成富含致密F-actin的片足，将突出膜外的线粒体“围住”。mTOR是允许线粒体-膜异常接触并驱动mitoxyperilysis的核心开关。

IIAMD不仅在体外诱导mitoxyperilysis，也会在体内驱动炎性组织损伤与死亡。小鼠在禁食条件下接受LPS刺激会出现更高的死亡率与肝损伤，而抑制mTOR显著降低死亡率，提示mTOR依赖的mitoxyperilysis是IIAMD致死的核心机制。值得注意的是，禁食可使Gsdmd⁻/⁻小鼠重新变得对LPS致死敏感，说明该途径可以独立于经典的GSDMD依赖性细胞焦亡而发生。在肿瘤模型中，体内共刺激（肿瘤内低剂量LPS注射+禁食）显著降低瘤内葡萄糖和TCA代谢物水平，并诱导肿瘤缩小和大片坏死，而抑制mTOR或敲除Rictor均削弱治疗效果。进一步检测发现RhoA活性下降及膜邻近线粒体损伤，与体外的mitoxyperiosis特征吻合。上述结果表明，mitoxyperilysis可以作为潜在策略用来杀伤肿瘤细胞。

综上所述，作者定义了一种全新的细胞死亡模式——mitoxyperilysis。在先天免疫激活与代谢破坏（IIAMD）条件下，线粒体在mTOR的许可作用下长期贴附质膜，导致接触点局部氧化损伤累积，最终引发膜破裂与细胞裂解。mTOR抑制可恢复片足活动，将线粒体从膜边缘“推离”并保护膜完整性。氧化应激会出现在很多的生理条件下，这项研究首次揭示了氧化应激的空间调控在细胞死亡中的重要性。这种新的死亡方式也可被利用于肿瘤治疗。事实上，细菌内毒素注射（例如饱受争议的Coley’s toxin）和禁食疗法均已分别应用在了癌症治疗上，但是效果并不理想，这项研究提出了将两者的结合的可能。