“MLKL-mtDNA-cGAS三体碰撞：炎症宇宙大爆炸”

一、研究背景

坏死性凋亡（Necroptosis）是一种程序性细胞死亡方式，由RIPK3激酶磷酸化MLKL蛋白后引发，导致细胞膜破裂并释放损伤相关分子模式（DAMPs），从而引发炎症反应。传统观点认为，MLKL主要作用于细胞膜，诱导其破裂。然而，近年研究发现MLKL也可定位于线粒体，但其功能尚不明确。此外，线粒体DNA（mtDNA）在细胞应激状态下可释放至胞质，激活cGAS-STING通路，诱导I型干扰素表达。本研究旨在探讨MLKL是否通过介导mtDNA释放，激活cGAS-STING通路，从而在坏死性凋亡中发挥促炎作用。

二、研究结果

1. 坏死性凋亡诱导cGAS-STING依赖的Ifnb表达

研究发现，在L929细胞系中，诱导坏死性凋亡（如，使用TNF-α+Z-VAD-FMK）可显著上调IFN-β（干扰素β）及其刺激基因（ISGs）的表达。该表达依赖于RIPK1、RIPK3和MLKL的完整性，且可被cGAS、STING或TBK1的敲除或抑制所阻断，表明坏死性凋亡通过cGAS-STING通路诱导I型干扰素表达。

2. 坏死性凋亡诱导mtDNA释放至胞质

研究发现坏死性凋亡诱导后，mtDNA显著富集于胞质中，而核DNA无明显变化。该现象在多种细胞系中均可观察到，且依赖于MLKL的存在。mtDNA释放不伴随其总量增加，提示其来源于线粒体的泄漏而非复制增强。

3. mtDNA是诱导IFN-β表达的关键因子

通过使用mtDNA复制抑制剂（如ddC）构建mtDNA缺失细胞，研究发现即使细胞仍能发生坏死性凋亡，IFN-β的表达几乎被抑制。这证实mtDNA是激活cGAS-STING通路、诱导干扰素表达的关键胞质DNA来源。

4. mtDNA释放不依赖传统孔道机制（mPTP、Bax/Bak等）

研究排除了多种已知的mtDNA释放机制，如线粒体通透性转换孔（mPTP）、电压依赖性阴离子通道（VDAC）、Bax/Bak孔道等在坏死性凋亡中的作用。相关抑制剂或基因敲除均未影响mtDNA释放，提示其机制与凋亡或焦亡不同。

5. 磷酸化MLKL介导线粒体膜穿孔与mtDNA释放

通过免疫荧光、电镜和线粒体分离实验，研究证实磷酸化MLKL可定位于线粒体外膜和内膜，诱导膜结构破坏并形成孔道，进而介导mtDNA释放。MLKL与心磷脂结合是其定位于线粒体的关键，PLSCR3（心磷脂转运蛋白）缺失可显著减少mtDNA释放和IFN-β表达。

6. 微管结构完整性是mtDNA释放的必要条件

研究发现，微管破坏剂（如秋水仙素Colchicine、小分子D-64131、长春新碱 Vincristine）可显著抑制mtDNA释放，而微管稳定剂无此效应。尽管微管破坏不影响MLKL向线粒体的转位，但可能通过影响mtDNA与线粒体膜或MLKL孔道的相互作用，阻碍其释放。

7. mtDNA-cGAS-STING通路参与坏死性凋亡相关肠炎模型

在Caspase-8缺失诱导的小鼠肠炎模型中，研究发现肠上皮细胞中磷酸化MLKL显著上调，mtDNA释放增加，IFN-β表达升高。使用STING抑制剂H-151可显著减轻炎症反应、减少干扰素表达和中性粒细胞浸润，提示该通路在坏死性凋亡相关炎症性疾病中具有重要作用。

三、研究结论

本研究系统阐明了坏死性凋亡过程中，磷酸化MLKL不仅破坏细胞膜，还可定位于线粒体，诱导mtDNA释放至胞质，激活cGAS-STING通路，从而以细胞自主方式诱导干扰素表达和炎症反应。该机制不依赖传统孔道形成蛋白（如mPTP等），且需要微管结构完整性。该发现为理解坏死性凋亡在炎症性疾病中的作用提供了新机制，并为相关疾病（如炎症性肠病）的治疗提供了潜在靶点。

Ding Z, Wang R, Li Y, Wang X. MLKL activates the cGAS-STING pathway by releasing mitochondrial DNA upon necroptosis induction. Mol Cell. 2025 Jul 3;85(13):2610-2625.e5. doi: 10.1016/j.molcel.2025.06.005. PMID: 40614706.