Science/NCB | 魏文毅/袁钧瑛等团队合作发现长时间缺氧促进坏死和炎症

EGLN-pVHL通路介导的缺氧诱导因子1α (HIF-1α)脯氨酰羟化是介导细胞在缺氧条件下适应的经典信号机制。

2023年7月3日，哈佛大学魏文毅、中国科学院上海有机化学研究所袁钧瑛及许代超共同通讯在Nature Cell Biology （IF=21）在线发表题为“Prolonged hypoxia alleviates prolyl hydroxylation-mediated suppression of RIPK1 to promote necroptosis and inflammation”的研究论文，该研究确定了RIPK1，一种已知的由肿瘤坏死因子受体1 (TNFR1)介导的细胞死亡调节因子，作为EGLN1-pVHL的靶标。EGLN1介导的RIPK1脯氨酰羟化促进RIPK1与pVHL结合，抑制其在常氧条件下的活化。

长时间缺氧通过调节脯氨酰羟化促进RIPK1激酶的激活，而不依赖于TNFα-TNFR1途径。因此，抑制RIPK1的脯氨酰羟化可促进RIPK1激活，从而引发细胞死亡和炎症。肝细胞特异性Vhl缺乏促进RIPK1依赖性细胞凋亡介导肝脏病理。该结果说明了EGLN - pVHL通路在常氧条件下抑制RIPK1激活以促进细胞存活的关键作用，以及缺氧通过调节其脯氨酰羟化来促进RIPK1激活以介导人类疾病中独立于TNFR1的细胞死亡和炎症的模型。

另外，2023年6月29日，哈佛医学院魏文毅、中国科学院上海有机化学研究所袁钧瑛、潘李锋、许代超及美国索尔克生物研究所Reuben J. Shaw共同通讯在Science 在线发表题为“Metabolic orchestration of cell death by AMPK-mediated phosphorylation of RIPK1”的研究论文，该研究表明代谢应激促进了TRAIL受体介导的受体相互作用蛋白激酶1 (RIPK1)的激活，而AMPK通过在Ser415位点磷酸化抑制RIPK1以抑制能量应激诱导的细胞死亡。通过Ampk缺失或RIPK1 S415A突变抑制pS415-RIPK1可促进RIPK1的激活。此外，RIPK1基因失活对髓系Ampkα1缺陷小鼠的缺血性损伤有保护作用。该研究表明，AMPK磷酸化RIPK1代表了一个重要的代谢检查点，它决定了细胞对代谢应激的命运反应，并强调了AMPK-RIPK1轴在整合代谢、细胞死亡和炎症中的作用（点击阅读）。

缺氧是一种由组织或器官中氧气供应减少引起的状况，它与许多人类疾病有关，包括脑、心、肝和肾的缺血。在常氧条件下，Egl同源物(EGLNs)是脯氨酸羟化酶(PHDs)，介导缺氧诱导因子-1α (HIF-1α)的脯氨酰羟化，HIF-1α被von Hippel Lindau (VHL)肿瘤抑制蛋白识别，以标记HIF-1α进行蛋白酶体降解。在缺氧条件下，当EGLNs的脯氨酰羟化失活时，HIF-1α逃避蛋白酶体降解并在细胞内积累，促进适应和细胞存活。然而，在广泛的缺氧胁迫下，细胞会激活细胞死亡机制而死亡。将EGLN-pVHL轴与缺氧介导的细胞死亡联系起来的分子调控机制尚不清楚。

受体相互作用蛋白激酶1 (RIPK1)是细胞死亡和炎症的关键调节因子，与多种人类炎症和退行性疾病有关。肿瘤坏死因子α (TNFα)刺激肿瘤坏死因子受体1 (TNFR1)后，RIPK1激酶的激活可能介导坏死或RIPK1依赖性细胞凋亡(RDA)，这一直是RIPK1被激活的最佳表征模型。在TNFR1的下游，激活的RIPK1与RIPK3相互作用，进而介导混合谱系激酶结构域如假激酶(MLKL)的磷酸化，从而执行坏死作用。或者，激活的RIPK1可以与FAS相关死亡结构域蛋白(FADD)和caspase-8相互作用，介导RDA。RIPK1激酶的抑制在多种器官和组织的缺氧损伤保护中是非常有效的。泛羟化酶抑制剂二甲氧基酰甘氨酸在单核细胞中诱导RIPK1激活和caspase非依赖性细胞死亡。然而，RIPK1如何在缺氧条件下被激活仍然是一个谜。

机理模式图（图源自Nature Cell Biology ）

该研究揭示了在严重缺氧条件下EGLNs和pVHL介导的RIPK1激活和RIPK1依赖性细胞死亡的途径。质谱分析表明，RIPK1中多达11个Pro残基可能会发生脯氨酰羟化，而HIF-1α仅在两个Pro残基上进行羟基修饰：Pro402和Pro564。RIPK1广泛的脯氨酰羟化可以解释为什么需要长时间的严重缺氧和高剂量的EGLN抑制剂来激活RIPK1。虽然轻度缺氧足以使HIF-1α中的两个脯氨酰羟化位点失活，破坏其与pVHL的结合，并使HIF-1逃脱蛋白酶体降解，但可能不足以使RIPK1中广泛的脯氨酸羟化失活以促进其活化。因此，轻度缺氧导致HIF-1稳定介导适应性反应，而只有重度缺氧才能激活RIPK1促进细胞死亡。

该研究发现缺氧可以诱导缺氧小鼠肺部RIPK1的活性，并且RIPK1的遗传抑制减少了缺氧下肺部骨髓细胞的浸润。提示缺氧可通过诱导RIPK1激酶活性来促进免疫细胞的活化。由于缺氧可以激活RIPK1和RIPK1激酶依赖性炎症，因此，通过抑制RIPK1靶向缺氧信号可能为治疗以组织缺氧为特征的缺血和炎症性疾病提供有效的策略。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41556-023-01170-4

转自：“iNature”微信公众号

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