專訪王瑩飛：新細胞死亡方式——Parthanatos的死亡因子

　　生物通報道：細胞死亡有很多種方式，今年榮膺諾貝爾生理或醫學獎的細胞自噬研究也屬于其中之一（即II型程序性細胞死亡）。2007年，約翰霍普金斯大學醫學院Ted Dawson與Valina Dawson夫妻發現了程序性腦細胞死亡的一種新形式，他們將其命名為parthanatos(thanatos: 希臘神話中死亡的象征)，這種新的細胞死亡方法出現在中風、阿爾茨海默癥、帕金森病和罕見的致命遺傳疾病亨廷頓病中，因此對其展開研究具有重要的意義。

　　今年10月，約翰霍普金斯大學醫學院和德州大學西南醫學中心的一組研究人員通過蛋白芯片篩選發現了parthanatos通路中的細胞死亡因子，并發現了一種特殊蛋白會導致中風過程中腦細胞的最終死亡，這種被稱為巨噬細胞移動抑制因子（MIF）。這個蛋白在線粒體凋亡誘導因子（AIF）幫助下進入細胞核后，就發動了細胞核中基因組的切割，導致細胞死亡。

　　AIF本身并不能切割DNA，因此當時Dawson實驗室的博士后研究員王瑩飛（Yingfei Wang）博士（她目前任職德州大學西南醫學中心助理教授）用蛋白芯片來篩選成千上萬個人類蛋白質，來尋找與AIF相互作用最密切的蛋白質，最終她找到了巨噬細胞移動抑制因子（MIF)。

　　而且更重要的是，他們也發現了一些化合物，可在實驗室培養的細胞中阻斷MIF的作用，從而保護它們免于parthanatos，因此這一發現將有助于研發針對大腦損傷的新治療方法。

　　這一研究成果公布在Science雜志上，為了進一步了解這項重要的成果，生物通特聯系了王博士，就讀者感興趣的問題請教了她。

　　生物通：Parthanatos是什么？

　　王博士：Parthanatos,又稱PARP-1 dependent cell death, 是基于DNA損傷，PARP-1激活的一種新的程序性細胞壞死形式。

　　PAPR抑制劑和PARP基因敲除可以有效阻止該細胞死亡。Parthanatos (par + thanatos) 最初是由Dawson實驗室根據“Par” (PARP酶活產物)和“thanatos”（希臘語死亡之神）而命名。簡單地講，當環境中的DNA損傷化學物質或氧化應激副產物損傷DNA的時候，PARP－1 過度激活，造成PAR產物的聚集，并進一步引起AIF從線粒體釋放并攜帶MIF去細胞核，最終剪切染色體DNA，執行細胞死亡任務。

　　這種細胞死亡廣泛地存在于不同的器官不同的疾病中，包括缺血-再灌注損傷、谷氨酸神經毒性、帕金森病、阿爾茨海默癥、多發性硬化癥、亨廷頓氏舞蹈病、心臟病、糖尿病和炎癥疾病等。

　　生物通：Parthanatos具有什么特點，只有腦細胞中才有嗎？

　　王博士：parthanatos是基于PARP-1的激活的一種程序性細胞壞死的新形式。這種細胞死亡廣泛地存在于多種器官中，不是僅局限于神經系統。該細胞死亡有以下一些特點（具體也可參見 2009年我的綜述: Wang Y. et al.,Exp Neurol. 2009)：

　　1）PARP－1激活產生大量的PAR (poly(ADP-ribose)).

　　2）AIF 從線粒體釋放轉到細胞核

　　3）染色質凝聚（chromatin condensation），產生大量大片斷DNA （20-50 kb)。

　　4）不依賴于caspase。Caspase抑制劑無法阻止這種死亡。

　　5) PARP 抑制劑和PARP-1沉默或敲除能阻止parthanatos細胞死亡。

　　生物通：研究通過蛋白芯片篩選發現了parthanatos通路中的細胞死亡因子，這些實驗的樣本來自于哪里，具體是如何進行篩選的呢？

　　王博士：我們通過兩步篩選：

　　1）用蛋白芯片篩選AIF 相互作用蛋白。蛋白芯片（含有大約17,000種人的蛋白）是由約翰霍普金斯大學醫學院的Heng Zhu博士和 Seth Blackshaw博士提供。

　　2）細胞死亡的功能性篩選。基于第一步篩選，我們定制了siRNA SMART Pool targeting 160種人類基因，然后篩選那些對parthanatos死亡有抗性的基因。

　　生物通：在這之后您將重點放在了MIF（巨噬細胞遷移抑制因子）上，為何選擇了這個因子呢？

　　王博士：通過兩步連續的篩選，我們找到了兩個主要的死亡因子。用shRNA降低這兩個死亡因子中的任何一個的表達能顯著降低parthanatos死亡，效果與PARP-1 knockdown 相類似。根據蛋白序列及3D結構對分析，我們發現這兩個因子中只有MIF蛋白可能具有DNA剪切酶功能。

　　生物通：MIF是個什么因子？

　　王博士：我們發現MIF具有核酸酶的新功能，能在中風引起的腦損傷后剪切染色體DNA，從而引起神經細胞死亡。MIF核酸酶的調控及該核酸酶的生理及病理的功能還需進一步研究。

　　生物通：目前是否篩選出了能避免細胞死亡的化合物，能否發展成臨床應用的藥物？

　　王博士：操控MIF核酸酶活性的化合物的研究目前正在進行中，如果實驗成功，希望能將其應用于臨床。

　　生物通：我們注意到您已經從約翰霍普金斯大學來到德州大學西南醫學中心進行科研工作，能否介紹一下您之前的科研成果？

　　王博士：我在德國馬格德堡大學攻讀博士學位期間主要從事對一個G蛋白家族 Protease-activated receptors 介導的鈣信號和炎癥因子釋放在神經系統損傷修復的功能研究。在約翰霍普金斯大學博士后期間，主要研究兩個問題：

　　1）在DNA損傷和 PARP－1激活之后，細胞是如何調控AIF從線粒體釋放并轉移到細胞核；相關研究發表在Science Signaling（Wang Y et al., 2011).

　　2）在DNA損傷和 PARP－1激活之后，是什么因子切割細胞核內DNA導致細胞死亡。相關研究發表在Science（Wang Y et al., 2016)。

　　由于我在2014年12月份到德州大學西南醫學中心進行科研工作，第二問題的研究是在約翰霍普金斯大學和德州大學西南醫學中心共同合作完成。

　　作者簡介：

　　王瑩飛

　　在德國馬格德堡大學取得博士學位之后，2007年加入約翰霍普金斯醫學院從事博士后研究工作，目前任德州大學西南醫學中心助理教授。