ATP诱导细胞死亡可调控作用机制研究

The Purinergic receptor P2X7 is a ligand-gated ion channel, which can be activated by ATP. P2X7 receptor is highly expressed on immune cells including macrophages. P2X7 receptor is involved in ATP mediated cell death and inflammation, and thereby suggested to be a potential therapeutic target for inflammatory diseases. Recent studies revealed that in LPS-primed macrophages, P2X7 receptor mediates ATP-induced formation of NLRP3 inflammasome, which in turn causes caspase-1-dependent necrotic programmed cell death called pyroptosis. Interestingly, in unprimed macrophages, ATP also induced necrotic cell death. However, we found that unprimed peritoneal macrophages isolated from caspase-1/11- deficient mice, ASC deficient or GSDMD deficient mice were killed by ATP as efficiently as wild-type macrophages, indicating it is distinct from pyroptosis. Although the cell death induced by ATP has been reported, the mechanisms involved are not clear. We found two inhibitors which clearly suppressed ATP induced macrophages cell death. The objective of this study is to investigate the mechanisms involved in ATP induced cell death.

P2X7受体是一种三聚体，有两个跨膜结构域TM1和TM2。ATP是P2X7受体的天然配体，可以与P2X7受体结合后离子通道开放，导致钠、钙离子内流和钾离子外流。P2X7受体在免疫细胞中有大量的表达，其中包括巨噬细胞，在多种疾病的发生过程中有重要作用。大量研究显示，在LPS预处理的巨噬细胞中，ATP可以通过P2X7受体激活NLRP3炎症体进而介导炎症和细胞焦亡。我们在前期研究发现单独的ATP可以通过P2X7受体诱导巨噬细胞坏死，而该细胞死亡不是细胞焦亡。虽然已有关于单独ATP处理可以诱导细胞死亡的报道，但是对于ATP诱导巨噬细胞死亡在ATP受体P2X7下游是否可以被调控还不明确。我们在前期研究中已经发现两种抑制剂可以非常有效的抑制ATP诱导的巨噬细胞死亡。因此，我们拟通过本项目研究ATP在诱导巨噬细胞死亡过程中的可调控作用机制，为预防和治疗ATP及P2X7受体诱导发生的疾病提供理论基础。

本课题研究发现单独的ATP可以通过P2X7受体诱导巨噬细胞坏死，而该细胞死亡不是细胞焦亡，不是细胞凋亡，不是凋亡样坏死，也不是铁坏死。ATP诱导的该细胞死亡是通过P2X7受体促进线粒体产生大量ROS进而诱导细胞发生死亡，线粒体ROS抑制剂可以阻断该细胞死亡的发生，该结果同时在体外细胞试验和小鼠体内得到验证。这部分结果揭示了ATP诱导的细胞死亡时可以通过线粒体ROS的抑制剂进行控制的，为相关疾病的预防和治疗奠定了理论和应用基础。我们同时研究了炎症小体诱导不同细胞死亡时细胞ATP的丢失，以及不同细胞死亡对宿主死亡的影响。在经典炎症小体激活过程中，Gsdmd或Casp1的基因缺失可阻断其介导的焦亡，但细胞仍可通过凋亡途径死亡。重要的是，Gsdmd或Casp1的基因缺失并不能阻止炎症小体激活介导的小鼠死亡。研究结果显示炎症小体激活诱发的不同细胞死亡（焦亡和凋亡）都可以促进小鼠死亡，只有彻底阻断其下游所有的死亡路线才能使小鼠完好存活下来。该结果为相关疾病的预防和治疗奠定重要的理论基础。