细胞程序性坏死，又称坏死性凋亡（necroptosis），是一种受遗传程序调控的溶解性细胞死亡方式，广泛参与多种炎症性疾病和退行性疾病的发生与发展。该过程通常由凋亡信号通路中的关键分子启动，如 TNF-α，通过 RIPK1 和 RIPK3 的激活，最终导致 MLKL 的磷酸化和细胞膜的破裂，从而引发细胞死亡。

2025 年 7 月 3 日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院王晓东院士团队在 Molecular Cell 杂志发表最新研究成果，首次揭示坏死性凋亡不仅通过释放损伤相关分子模式（DAMPs）激活邻近细胞，诱发非细胞自主性炎症，还可通过诱导线粒体 DNA（mtDNA）释放，激活 cGAS–STING 通路，从而以细胞自主性机制启动炎症反应。

该发现不仅拓展了我们对坏死性凋亡炎症机制的理解，也为炎症性肠病（IBD）等疾病的治疗提供了新的理论依据和潜在干预靶点。值得一提的是，研究中所用的小分子抑制剂 TC13172  和 Vincristine sulfate  均来自 TargetMol，大咖的选择，值得信赖！

新发现

在这项最新研究中，研究人员为了探索细胞对程序性坏死信号的反应，在小鼠 L929 细胞中使用 TNF-α 和 Z-VAD-fmk （TZ）诱导细胞死亡，意外发现坏死过程中I型干扰素表达上调，其中 Ifnb（干扰素β）上升最为显著。随后通过敲除 RIPK1、RIPK3 和 MLKL 等关键坏死信号分子，研究证实 Ifnb 的表达依赖典型的坏死通路。

这一发现在其他细胞系中也得到了验证，如小鼠 iBMDM 细胞和外源表达 RIPK3 的人源 HeLa-RIPK3 细胞。特别是在 HeLa-RIPK3 细胞中，Ifnb在坏死早期（处理后1小时）即显著上调，此时细胞尚未出现膜破裂或死亡，说明该表达是细胞自主的早期响应。

▲程序性坏死诱导cGAS依赖性I型干扰素表达

为探究介导 Ifnb 表达的信号通路，研究者分别敲除了 RIG-I/MDA5-MAVS（识别胞质dsRNA）和 cGAS-STING（识别胞质dsDNA）两条关键的先天免疫通路的核心基因。结果表明，缺失 MAVS 不影响 Ifnb 表达；而缺失 cGAS、STING 或其下游激酶 TBK1，或使用 STING 抑制剂 H-151  处理，均显著抑制了 Ifnb 表达，但不影响坏死本身的发生和 MLKL 磷酸化的产生。

这些结果表明，程序性坏死可诱导细胞自主性地表达 Ifnb，该过程依赖 cGAS-STING 通路，而非 RIG-I/MDA5-MAVS 通路。

mtDNA 是激活 cGAS-STING 通路的关键分子信号源

接下来，研究者为探究程序性坏死中激活了 cGAS 的 DNA 来源，从正在发生坏死的细胞中分离出胞质组分，检测发现，坏死诱导后胞质中 线粒体 DNA（mtDNA）水平显著上升，而核DNA无显著变化。

免疫荧光结合超分辨成像显示，诱导程序性坏死后，mtDNA 从线粒体内部移出至线粒体外或限制于线粒体外膜。在线粒体 DNA 缺失的细胞中，程序性坏死仍能发生，但由于缺乏胞质游离 mtDNA，Ifnb 表达被抑制。表明了 mtDNA 的释放是激活 cGAS-STING 通路并诱导 Ifnb 表达的必要条件。

▲Ifnb 表达依赖于胞质中的线粒体 DNA（mtDNA）

mtDNA的释放途径

mtDNA 释放的可能途径包括线粒体通透性转换孔（mPTP）、VDAC寡聚化孔、Gasdermin 家族蛋白或 Bax/Bak 等。

但在该研究中，研究者首先发现，使用半胱天冬酶抑制剂 Z-VAD-fmk  可有效阻断 Gasdermin 的活化，排除了焦亡中 Gasdermin 介导的 mtDNA 释放机制。其次，坏死诱导下 TFAM、EndoG 和 cytochrome c 等蛋白表达未发生变化，且 mPTP 和 VDAC 抑制剂无法阻断 mtDNA 释放，说明 mPTP/VDAC 通路未参与。

此外，Bax/Bak 双缺失细胞在坏死诱导下仍可释放 mtDNA 并发生细胞死亡，而 MLKL 缺失则完全阻断这一过程，进一步排除 Bax/Bak 在坏死相关mtDNA释放中的作用。最终，研究人员确定 寡聚的 pMLKL 是执行 mtDNA 释放的关键。

使用 TargetMol 的 pMLKL 寡聚化抑制剂 TC13172  可抑制 mtDNA 释放。在线粒体膜开口处也观察到了 pMLKL 的共定位。在纯化的线粒体组分中检测到 pMLKL 富集。线粒体膜富含带负电的心磷脂，而 MLKL 对心磷脂具有高亲和性。PLSCR3 是负责将心磷脂从线粒体内膜转运至外膜的翻转酶，其缺失可抑制程序性坏死导致的 mtDNA 释放。

▲磷酸化 MLKL 在程序性坏死过程中使线粒体膜通透化

研究还发现这个 mtDNA 释放过程是可调控的。在程序性坏死中，mtDNA 的释放可被微管破坏剂（如秋水仙碱 、D-64131  和长春新碱 ）显著抑制，但微管稳定剂（如10-deacetyltaxol ）无此效应。

这些药物不会影响坏死过程本身，也不干扰线粒体形态或磷酸化 MLKL 在坏死时定位到线粒体的能力，而是 阻断了 mtDNA 从线粒体进入胞质的过程，显著减少胞质中 mtDNA 的数量。这表明微管完整性在 mtDNA 跨膜释放中发挥关键作用，可能参与了 mtDNA 从线粒体向胞质的转运机制。

疾病模型验证

为了验证程序性坏死过程中 mtDNA 释放及其激活 cGAS 的现象是否也在体内发生，研究人员构建了坏死驱动型炎症性肠病（IBD）小鼠模型，探究 mtDNA-cGAS-STING 通路在疾病中的作用。

结果发现，仅在 MLKL 存在的小鼠肠上皮细胞中观察到明显的磷酸化 MLKL 信号，而 MLKL 缺失的小鼠中则完全缺乏该信号。组织学和共聚焦分析显示，MLKL 缺失可显著改善肠道上皮结构紊乱、线粒体肿胀和形态紊乱等坏死表型。

▲抑制 MLKL-mtDNA-cGAS-STING 通路可减轻 IBD 小鼠的炎症反应

进一步的透射电镜观察发现，坏死型 IEC（肠上皮细胞）中的线粒体呈现断裂、水肿和内膜、外膜破裂现象，同时胞质中 mtDNA 显著升高，仅出现在存在 RIPK3 /MLKL 的坏死模型小鼠中。核 DNA 水平则无明显变化。

RNA 原位杂交和免疫组化结果显示，坏死小鼠肠道组织中 Ifnb 表达和干扰素刺激基因（如IFI44）显著上调，并伴随中性粒细胞浸润（MPO染色阳性）和杯状细胞减少（MUC2染色阳性细胞减少）。上述炎症表型在 STING 抑制剂 H-151 处理后得到明显缓解，说明 炎症与mtDNA激活cGAS-STING通路密切相关。

小结

坏死性凋亡（Necroptosis）是一种促炎性的裂解型细胞死亡形式，由类混合谱系激酶样蛋白（MLKL）这一假激酶执行。在多种炎症信号诱导下，MLKL 被受体相互作用丝/苏氨酸蛋白激酶3（RIPK3）磷酸化，并从胞质转移至质膜，引发膜破裂并释放损伤相关分子模式（DAMPs）。

该研究发现，磷酸化后的 MLKL 还会转移至线粒体，诱导依赖微管的线粒体 DNA（mtDNA）释放。释放的 mtDNA 激活 cGAS–STING通路，从而上调干扰素β（Ifnb）表达。

在坏死性凋亡驱动的炎症性肠病（IBD）小鼠模型中，阻断 cGAS–STING 通路可有效减轻炎症并促进肠道修复。因此，MLKL 可通过两种机制介导炎症：一是非细胞自主性机制，即释放 DAMPs 激活邻近细胞；二是细胞自主性机制，即引发 mtDNA 外泄并激活 cGAS–STING 通路，直接在死亡细胞内部触发炎症反应。该研究深化了我们对程序性坏死的理解，并对IBD治疗具有积极意义。

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(25)00505-2