生命科学
Life science
细胞对营养物质的感知对于维持细胞稳定状态和防止细胞凋亡至关重要，这是代谢领域的关键议题。目前的研究已经揭示了营养感应器（例如mTORC1信号通路）在代谢调节中的显著作用，然而，营养物质短缺如何直接导致细胞死亡和炎症反应的具体机制，目前仍然缺乏清晰的了解。
S-腺苷甲硫氨酸，即SAM，是甲硫氨酸代谢过程中的重要产物，它具备抗炎功能，并且其含量的减少与肝病、神经退行性疾病等多种病症密切相关。尽管如此，SAM如何独立于mTORC1信号通路来调控细胞死亡的过程尚不明确。此外，RIPK1作为细胞死亡和炎症反应的关键介质，其被激活的具体机制，尤其是与营养信号之间的联系，也尚未得到充分揭示。
针对前述问题，中国科学院生物与化学交叉研究中心的研究团队于2025年6月25日在Cell Press细胞出版社的Cell Metabolism期刊上，通过在线方式发布了题为“RIPK1 senses S-adenosylmethionine scarcity to drive cell death and inflammation”的学术文章。该文详细阐述了受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）作为S-腺苷甲硫氨酸（SAM）分子传感器的独特作用，同时揭示了它在代谢失调与疾病发展之间所扮演的关键角色。
研究团队首先经过系统性的筛选过程，发现持续剥夺多种氨基酸会导致野生型小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）出现死亡现象，然而，仅当甲硫氨酸被剥夺时，这种由RIPK1激酶失活突变（D138N）或特异性抑制剂Nec-1s引起的死亡反应可以被有效抑制。深入剖析发现，甲硫氨酸的剥夺引发了RIPK1激酶活化的关键过程——S166位点的磷酸化，进而启动了由caspase-8和caspase-3介导的常规凋亡途径，而非导致坏死性细胞死亡。值得注意的是，在细胞大量死亡之前，甲硫氨酸的剥夺已经显著提高了促炎细胞因子（如Tnf、Il1a、Il6）以及趋化因子（如Ccl2、Ccl5、Cxcl10）的基因表达水平，而这种作用同样与RIPK1激酶的活性密切相关。转录组测序技术深入揭示了甲硫氨酸剥夺作用下，484个基因表达上调的现象，这些基因主要与炎症和先天免疫途径相关。在Ripk1D138N/D138N的MEFs细胞中，这一上调基因表达得到了显著逆转。这一变化在多种细胞系和原代细胞中普遍观察到，唯独在巨噬细胞中未出现，这表明了细胞类型之间可能存在特异性的抵抗机制。
为了验证该现象与生理之间的关联，研究人员设立了轻度甲硫氨酸限制（浓度为0.12%）的小鼠实验模型。经过8周的饲养，尽管野生型小鼠体重有所减少，符合预期，然而它们的多个器官，尤其是肝脏，出现了明显的炎症基因表达增加、CD45阳性炎症细胞浸润、肝细胞轻微坏死以及肝损伤相关指标水平的上升。值得注意的是，即便是在相同的饮食条件下，那些携带RIPK1-D138N激酶失活突变的小鼠，其体重减轻的幅度并未显著差异，然而，它们的炎症反应、细胞死亡以及肝损伤几乎被完全抑制。这一现象明确表明，甲硫氨酸的缺乏是通过RIPK1激酶依赖的途径来促进组织损伤和炎症的发生。
甲硫氨酸是SAM生物合成过程中不可或缺的起始物质。研究表明，当甲硫氨酸供应被剥夺时，细胞内SAM的含量会显著减少。通过外源性地补充SAM，可以剂量依赖性地逆转由甲硫氨酸剥夺引起的细胞死亡，同时阻止RIPK1的激活和caspase的切割，还能有效抑制炎症相关基因的表达。关键在于，SAM的补充作用仅限于恢复其自身水平，同时不会对甲硫氨酸的浓度造成影响；此外，只有甲硫氨酸和SAM具有这种效果，而其他甲硫氨酸或叶酸循环中的代谢产物则不具备此功能，这一现象揭示了SAM作为直接抑制RIPK1的上游信号分子的作用。研究者通过使用MAT2A的关键酶特异性抑制剂FIDAS-5或SHMT抑制剂SHIN1，进一步降低了细胞内SAM的水平。实验结果显示，这两种干预措施均成功复制了甲硫氨酸剥夺的表型，即引发了RIPK1依赖性的细胞死亡和炎症反应。此外，这种影响可以通过补充SAM来特异性地逆转。这一事实证明了甲硫氨酸的代谢过程以及一碳代谢途径，它们能够通过产生SAM（S-腺苷甲硫氨酸）来有效抑制RIPK1激活所引发的信号传导途径。
SAM在精确调控RIPK1方面的作用至关重要。研究揭示了SAM的缺失能够通过引发Tnf基因启动子区域的低甲基化，进而促进TNF-α的自分泌生成。此外，中和TNF-α的抗体或是敲除TNFR1均能有效阻止RIPK1的激活，这一发现进一步证实了TNF信号通路在其中的关键作用。质谱分析的数据揭示，当甲硫氨酸供应充足时，RIPK1的死亡结构域（DD）中位于606位的精氨酸（R606）会发生二甲基化修饰；若甲硫氨酸供应不足，这种修饰程度会明显下降。该位点在进化过程中表现出高度保守性，研究人员已经成功制备出能够特异性识别RIPK1-R606位点的对称二甲基化（R606me2s）的抗体。借助这一设备，他们验证了R606me2s在常规环境下普遍存在，然而在甲硫氨酸缺乏、MAT2A被抑制、SHMT被抑制或经过甲基化潜力抑制剂AdOx处理的情况下，其水平显著下降，并且可以通过补充SAM来恢复。在实验动物中，那些摄入了0.12%甲硫氨酸饲料的小鼠，其肝脏中的R606me2s含量完全消失。为确保功能验证，研究团队采用了CRISPR-Cas9技术，成功构建了携带Ripk1R606K/R606K基因的敲入小鼠模型（其中精氨酸606位点的突变被赖氨酸所取代，虽维持了正电荷特性却阻断了甲基化过程）。该小鼠的生长发育一切正常，对其原代MEFs细胞和肝脏组织进行检测，均未发现R606me2s的存在，这充分证明了抗体的特异性。
R606位点坐落于RIPK1的死亡结构域（DD）表面，这一区域对于其自我聚集与激活作用至关重要。通过功能实验，我们发现R606K突变不仅使细胞对甲硫氨酸剥夺引起的细胞死亡具有抵抗力，而且降低了细胞在经典TNF-α诱导的凋亡或坏死性凋亡模型中的易感性。免疫共沉淀及体外蛋白纯化实验结果表明，R606K或R606A的突变会导致RIPK1-DD的自我聚集功能受到严重损害。通过冷冻电镜技术解析的小鼠RIPK1-DD丝状结构（其分辨率为3 Å）进一步显示，R606侧链与邻近的DD亚基中的E605之间存在直接的静电相互作用，并形成了氢键网络。赖氨酸取代精氨酸（R606K）或E605变为E605A的突变，都会减弱这一相互作用界面，进而抑制DD的自组装。尤为关键的是，R606的二甲基化通过提升侧链的空间位阻和削弱形成氢键的能力，仿佛为RIPK1安装了一个“分子制动器”，在SAM资源充足的情况下，有效阻止其活性聚集。这说明了为何在SAM不足的情况下，R606的去甲基化作用能够“解除”RIPK1的束缚，进而推动其自我聚合并激活后续的死亡与炎症相关信号通路。
精氨酸甲基化过程由蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMTs）所催化。经过筛选，研究者发现PRMT5与RIPK1存在相互作用，并验证了PRMT5能够在体外通过SAM，以时间依赖性方式直接催化RIPK1-DD的R606位点的二甲基化修饰。在细胞层面，PRMT5的缺失会导致R606me2s修饰的消失，同时SAM的抑制RIPK1激活和细胞死亡的能力也随之丧失。PRMT5的缺陷导致细胞对TNF-α单独诱导的细胞死亡变得敏感，然而，在Ripk1R606K/R606K细胞中，这种敏感性得到了缓解，这一现象表明PRMT5是通过R606me2s修饰来调控RIPK1的。在针对肝细胞进行PRMT5基因敲除的小鼠模型中，PRMT5的缺失引起了肝脏中R606me2s水平的显著下降，并引发了严重的肝脏病理变化。这些变化包括：在两个月大时，小鼠的肝脏表面出现结节，肝细胞出现异常增殖，发生脂肪变性，以及纤维化。最终，这些病理变化可能导致肝细胞癌的发生。同时，伴随着肝损伤指标的升高和生存期的缩短。
最终，在PRMT5肝功能不全的小鼠模型中，通过引入RIPK1激酶的失活变异，有效缓解了肝脏的多种病理变化：成功遏制了肝癌的进展、减轻了脂肪沉积和纤维化程度、血清中反映肝损伤的指标恢复到了正常水平、炎症相关基因的表达得到显著降低，同时，这些小鼠的存活时间也得到了显著提升。这一发现充分表明，由PRMT5基因缺失引起的严重肝脏疾病，其发病机制主要是由RIPK1激酶活性失控所推动，这一结论为针对RIPK1进行干预，以治疗与SAM代谢失调相关的疾病提供了强有力的科学依据。
因此，本研究成功构建了“SAM-PRMT5-RIPK1 R606me2s”这一调控细胞命运的关键模型。当SAM含量充足时，PRMT5催化的R606me2s修饰作用就像一把“分子锁”，它能够阻止RIPK1的死亡结构域发生自聚，进而抑制其激酶的活性，从而维持细胞的存活状态并有效遏制炎症反应。若甲硫氨酸供应不足或一碳代谢途径受到阻碍，致使SAM的浓度降低，R606位点便会进行去甲基化作用，从而“解锁”RIPK1，推动其自我聚合并激活，进而引发caspase-8依赖的细胞凋亡以及剧烈的炎症反应。该机制在细胞、组织以及动物模型中得到了多层面的证实，特别是为SAM缺乏所关联的疾病，例如肝硬化、脂肪肝、HCC等，提供了全新的病理机制阐释和治疗策略——即针对RIPK1激酶的活性进行靶向治疗。这项研究不仅重新构建了人们对代谢、死亡、炎症三者之间网络关系的认识，而且开启了以RIPK1为治疗靶点，治疗代谢紊乱相关疾病的新篇章。
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社
旗下期刊Cell Metabolism，
▌论文标题：
RIPK1能够感知S-腺苷蛋氨酸的不足，进而促进细胞凋亡和炎症反应。
▌论文网址：
该文献发表于《科学直接》网站，其链接为https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413125002943，内容涉及禁止对特定专有名词进行修改。
▌DOI：
该文献的数字对象唯一标识符为https://doi.org/10.1016/j.cmet.2025.05.014，用以区分其他类似资源。
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