《Apoptosis》：Non-canonical cell death in neurodegeneration: emerging mechanisms and therapeutic Frontiers
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本文综述了神经退行性疾病（AD、PD、HD、ALS）中四种非经典调控性细胞死亡通路（铁死亡、坏死性凋亡、细胞焦亡和Parthanatos）的核心机制、病理意义及治疗前景。文章系统阐述了各通路上游诱因、关键调控蛋白（如GPX4、RIPK1/RIPK3/MLKL、GSDMD、PARP-1）及下游效应，归纳了代表性神经保护药物（如Ferrostatin-1、Necrostatin-1、MCC950、PARP抑制剂），并探讨了临床转化面临的挑战与未来策略（如生物标志物分层、联合干预）。
在神经退行性疾病的复杂病理网络中，除了经典的凋亡程序，一系列非经典的、受调控的细胞死亡方式正日益成为驱动神经元进行性丢失的关键因素。这些通路——铁死亡（Ferroptosis）、坏死性凋亡（Necroptosis）、细胞焦亡（Pyroptosis）和Parthanatos——各自拥有独特的生化特征和信号级联，并共同汇聚于氧化应激、神经炎症和线粒体功能障碍等核心病理过程，为理解与干预阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）和肌萎缩侧索硬化（ALS）等顽疾提供了崭新视角。
神经退行性疾病中非经典细胞死亡机制的参与
越来越多的证据表明，这些非经典死亡程序是神经退行性疾病的潜在治疗靶点。由于它们在氧化应激、神经炎症和线粒体功能障碍方面存在交汇，对其进行干预为应对AD、PD、HD和ALS等多因素疾病提供了新思路。研究已经在每条通路中确定了可靶向的节点，并证明在临床前模型中抑制这些通路可带来显著的神经保护作用。与此同时，整合性研究正在阐明脂质过氧化与炎症信号的交汇点，为药物设计和生物标志物发现创造了新机遇。
铁死亡的核心机制及其在神经退行中的作用
铁死亡是一种于2012年首次被描述的调控性细胞死亡程序，其特征是铁依赖性脂质过氧化，而非凋亡典型的胱天蛋白酶级联或坏死中常见的膜破裂。其执行依赖于铁处理、脂质代谢和抗氧化防御之间的相互作用。氧化膜上的多不饱和脂肪酸会产生脂质过氧化物，若不能解毒，则会损害膜完整性并触发细胞死亡。两种关键的防护系统抵消铁死亡应激：首先是谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4），它依赖谷胱甘肽（GSH）将脂质氢过氧化物还原为无毒的醇；其次是胱氨酸/谷氨酸逆向转运体系统Xc–，它通过输入胱氨酸来维持GSH的合成，抑制该系统会使细胞对铁死亡敏感。转录因子Nrf2（NFE2L2）的激活可通过上调解毒酶进一步增强抗氧化能力。
铁死亡与细胞铁处理及氧化应激紧密耦合，使其成为神经退行性病理的核心介质。铁稳态失调驱动芬顿反应和多不饱和脂肪酸脂质过氧化，导致致命的脂质过氧化物积累和膜功能衰竭。由此产生的氧化还原失衡加剧了神经元易损性，并促进了AD和PD等疾病中的进行性神经元丢失。
坏死性凋亡的核心机制及其在神经退行中的作用
坏死性凋亡是一种胱天蛋白酶非依赖性的、促炎性的细胞死亡程序，在凋亡信号被阻断时变得突出。质膜完整性的丧失和炎症反应的诱导将此过程与神经退行性疾病、感染和炎症性疾病特别联系起来。RIPK1-RIPK3-MLKL轴构成了坏死性凋亡的核心信号通路。坏死性凋亡由死亡受体（如TNFR1）与死亡配体（如TNF-α）结合而触发。随后，RIPK1、RIPK3和MLKL形成坏死小体。在这些组分之间发生相互的磷酸化。磷酸化的MLKL寡聚化并插入质膜，扰乱离子稳态，导致细胞肿胀、膜破裂和活性氧（ROS）爆发。
膜通透性增加和细胞因子释放使得坏死性凋亡处于神经炎症和神经元丢失的交叉点。在AD患者大脑中已记录到升高的坏死性凋亡信号，并与认知功能恶化相关。实验性阻断AD模型中的RIPK1-RIPK3-MLKL轴可限制神经元死亡并有助于维持认知表现。在PD和血管性痴呆中也有类似观察：多巴胺能神经元和胶质细胞显示出坏死性凋亡标志物，通路抑制可提供可测量的神经保护作用。坏死性凋亡与神经炎症之间的相互作用尤为关键；小胶质细胞中的坏死性凋亡会促进慢性炎症表型。坏死性凋亡还与氧化应激和其他细胞应激反应相互作用。这表明，针对坏死性凋亡及相关炎症和氧化级联反应的多方面治疗策略可能是获得最佳效益所必需的。
这些见解激发了对RIPK1、RIPK3和MLKL小分子抑制剂的兴趣，其中一些在临床前模型中提供神经保护作用，并正在向临床评估推进。除了治疗之外，在生物体液或影像中检测到的坏死性凋亡标志物可能有助于预后和治疗监测。
细胞焦亡的核心机制及其在神经退行中的作用
细胞焦亡是一种炎症性的程序性细胞死亡形式。该术语结合了“pyro”（“火”，反映其促炎性质）和“ptosis”（“脱落”，与其他程序性死亡相同）。它通常由激活炎症小体的先天免疫刺激物启动，并与IL-1β和IL-18的快速释放有关。在形态上，细胞经常肿胀，质膜破裂，细胞内内容物溢出到细胞外空间，从而放大局部炎症。已描述了两条主要途径。在经典通路中，NLRP3等传感器组装炎症小体并激活caspase-1。Caspase-1切割gasdermin D（GSDMD），释放其N端片段（GSDMD-N），后者在质膜中寡聚化形成孔道，从而驱动焦亡性死亡。在非经典通路中，人类的caspase-4/5（小鼠的caspase-11）被胞内脂多糖直接激活；这些caspase也切割GSDMD以产生成孔性的GSDMD-N。
在神经系统中，细胞焦亡似乎扮演着双重角色。作为宿主防御的一部分，它可能有助于控制感染；然而，失调或慢性激活可能导致无菌性炎症和组织损伤。新兴文献将炎症小体活性和焦亡信号与神经退行性病变联系起来，例如AD中的淀粉样蛋白-β或tau蛋白、PD中的多巴胺能神经元易损性，以及HD和多发性硬化中的相关机制。在这种背景下，炎症介质的持续产生可能创造有利于突触功能障碍、神经元丢失和回路损伤的条件。
这些见解鼓励了对炎症小体-焦亡信号传导的药理学调节剂的探索。靶向NLRP3的抑制剂（例如MCC950，OLT1177/dapansutrile）在实验模型系统中显示出前景，并仍在评估中。
Parthanatos的核心机制及其在神经退行中的作用
Parthanatos，源于“poly(ADP-ribose) (PAR)”和希腊词“Thanatos”（死亡），指的是由PAR聚合物积累引起的一种细胞死亡形式。Parthanatos可由多种应激源诱导，包括ROS、DNA损伤剂、一氧化氮衍生的过氧亚硝酸盐、DNA烷基化化合物（如MNNG）、紫外辐射和电离辐射。由谷氨酸受体激活触发的钙超载，以及在氧化应激下产生的ROS，会导致单链和双链DNA断裂。这些病变导致聚(ADP-核糖)聚合酶1（PARP-1）的过度激活。聚(ADP-核糖)水解酶（PARG）是降解PAR链的主要酶，它从PARP1和相关蛋白上切割并释放小的PAR寡聚物。这些PAR片段随后迁移到细胞质，在那里与线粒体相互作用，促进凋亡诱导因子（AIF）的切割形式从线粒体膜释放。AIF然后易位到细胞核，部分由其核定位序列引导，在那里它通过激活核酸内切酶促进大规模的DNA片段化。该通路常伴随下游的生物能量危机，NAD+耗竭、ATP损失和更广泛的代谢障碍经常被描述为其标志。鉴于神经元高能量需求和有限的再生能力，它们可能特别脆弱，这有助于解释为什么Parthanatos样特征在神经退行性背景中被讨论。例如，在AD中，淀粉样蛋白-β积累与氧化应激、PARP-1活性升高、线粒体功能障碍以及NAD+/ATP耗竭指标相关——这些发现共同表明了潜在的Parthanatos成分，并激发了对靶向PARP-1的兴趣。
实验研究日益表明，在体外和体内模型中减弱该通路具有神经保护作用，尽管获益的程度和普适性可能取决于具体情况。在慢性氧化应激和累积性DNA损伤下持续的PARP-1激活与更高的神经元易感性相关，并且失调的PARP-1活性有时与疾病严重程度相关，这提高了它既是标志物也是介质的可能性。这些观察结果鼓励了在神经系统环境中对PARP抑制剂的研究。
展望未来，弥合转化鸿沟可能需要更精细地绘制细胞类型特异性易损性图谱，阐明环境依赖性触发因素，并更好地理解Parthanatos如何与铁死亡和坏死性凋亡等其他调控性死亡程序相互作用。在更具选择性、中枢神经系统穿透性的PARP抑制剂以及能够实时监测通路的生物标志物策略方面的平行进展，可能会提高治疗精确度。如果成功，Parthanatos调节可能最终与旨在减缓进行性神经元丢失的多靶点策略相结合。
主要神经退行性疾病中非经典细胞死亡通路的疾病聚焦总结
在AD、PD、ALS和HD中，非经典细胞死亡汇聚于共享模块：铁死亡中的铁依赖性脂质过氧化、坏死性凋亡中的RIPK1-RIPK3-MLKL信号传导、细胞焦亡中的NLRP3-GSDMD激活以及Parthanatos中氧化/DNA损伤后的PARP1-PAR-AIF。疾病特异性要点包括AD中的Aβ-铁偶联、PD中的α-突触核蛋白脂质/铁相互作用、ALS中伴有RIPK1调节胶质病理的GPX4依赖性，以及HD中的纹状体铁脂氧合酶程序。这些节点经常相互交叉调节，因此靶向一个分支可以影响其他分支。
阿尔茨海默病
铁死亡在机制上由皮层/海马铁稳态失调、多不饱和脂肪酸富集膜易损性以及SLC7A11/GSH/GPX4轴的抑制所驱动，这些因素共同加剧了神经元脂质过氧化应激，并被小胶质细胞-神经元相互作用进一步恶化。坏死性凋亡通过激活RIPK1的死亡受体/TLR信号传导进行，募集RIPK3，并磷酸化MLKL以增加膜通透性；AD组织中磷酸化-RIPK1-RIPK3-MLKL的升高以及模型中介导阻断减少神经元/突触损伤支持其因果作用。细胞焦亡是AD中神经炎症的主要驱动力。该过程由炎症小体（特别是NLRP1和NLRP3）编排，并由淀粉样蛋白-β聚集体等应激源触发。Parthanatos始于神经元经历氧化应激，通常由淀粉样蛋白-β斑块等有毒代谢物的积累驱动。
帕金森病
PD中的铁死亡源于黑质铁过载和多不饱和脂肪酸富集膜易损性，以及抗铁死亡防御系统（系统Xc–-GSH-GPX4、FSP1/CoQ10和线粒体DHODH，以及GCH1-BH4）的崩溃，并因DJ-1功能障碍和CoQ10/BH4减少而加剧。坏死性凋亡通过激活RIPK1的死亡受体/TLR信号传导进行，募集RIPK3，并磷酸化MLKL以增加膜通透性；实验性PD中升高的RIPK1-RIPK3-p-MLKL以及通路阻断减少多巴胺能神经元丢失支持其因果作用。细胞焦亡由触发小胶质细胞中NLRP3组装和caspase-1激活的α-突触核蛋白聚集体所驱动，导致GSDMD孔形成和IL-1β/IL-18释放；药理学NLRP3抑制在PD模型中减轻炎症损伤。Parthanatos由氧化/DNA损伤应激启动，该应激过度激活PARP-1，驱动PAR积累和AIF易位；在PD模型（MPP+/MPTP；α-突触核蛋白PFF）中，抑制PARP-1或PAAN/MIF轴可限制神经退行性变。
亨廷顿病
HD中的铁死亡，纹状体易损性汇聚于铁失调和多不饱和脂肪酸富集膜应激以及受损的抗氧化防御；影像学和队列研究表明从疾病前阶段开始基底节铁积累，而机制研究确定ALOX5是mHTT相关、ACSL4非依赖性铁死亡的关键驱动因子。坏死性凋亡，在HD样毒素模型（3-硝基丙酸）中显示纹状体中RIPK1-RIPK3-MLKL轴的强烈激活，通路干预减轻行为和组病理损伤支持坏死性凋亡在HD相关背景中的促成作用。细胞焦亡，在R6/2小鼠中报道了纹状体焦亡信号（NLRP3-caspase-GSDMD），其他研究强调以NLRP3为中心的神经炎症作为HD的疾病机制和候选靶点。Parthanatos生物标志物PARP1-PAR-AIF轴在HD中似乎失调而非统一上调。最近的临床生物标志物研究显示突变携带者脑脊液中PAR减少，表明尽管存在持续的DNA损伤应激，但PARylation动力学发生改变。
肌萎缩侧索硬化
ALS中的铁死亡得到运动神经元脂质过氧化易损性伴GPX4依赖性的支持，GPX4丢失或敲低驱动ALS样瘫痪，而在模型中GPX4过表达或抗铁死亡干预抑制脂质ROS并保护运动神经元。坏死性凋亡涉及RIPK1-RIPK3-MLKL轴的参与以及RIPK1调节的炎症性胶质状态。遗传或药理学RIPK1阻断在SOD1G93A小鼠中减轻神经炎症并减缓疾病，而人ALS组织显示RIPK1活性/特征升高。细胞焦亡相关信号（炎症小体-NLRP3/GSDMD）已在ALS脊髓和胶质细胞中检测到；多项研究表明星形胶质细胞参与和小胶质细胞GSDMD激活，在ALS模型和死后组织中有NLRP3/GSDMD共定位以及GSDMD增加。Parthanatos，在ALS中的综述和实验数据强调了运动神经元和胶质细胞中PARP1活性/AIF信号传导增加和DNA修复应激，将PARP1-PAR-AIF轴列为可修改的死亡程序。
神经退行中非经典细胞死亡通路的综合生物标志物
通路特异性生物标志物可以促进神经退行性疾病的早期诊断、更精确的疾病监测和机制指导的治疗。整合分子、代谢和转录组学读数可提供调控性细胞死亡的多维视图。最近的发现强调了每条通路的独特生物标志物特征，为早期干预和个性化治疗提供了工具。
铁死亡生物标志物
已经识别出广泛的铁死亡相关生物标志物，反映了这种铁依赖性调控性细胞死亡的不同机制层面。经典脂质过氧化标志物，如丙二醛（MDA）和4-羟基壬烯醛（4-HNE），是广泛使用的氧化应激和铁死亡指标。其他脂质标志物，如F2-异前列腺素（体内脂质过氧化的成熟指标）和氧化磷脂酰乙醇胺（PE）物种，特别是含多不饱和脂肪酸的PE-OOH，因其与铁依赖性脂质过氧化的机制联系而与铁死亡密切相关。定量磁化率绘图和T2 MRI等神经影像工具显示AD、PD和HD患者海马、皮层和黑质等区域的铁沉积增加。从分子角度来看，铁转运蛋白如膜铁转运蛋白是调节铁死亡的关键因素。抗氧化防御也很重要。GPX4是保护神经元免受脂质过氧化物侵害的关键酶。最后，转录组学研究已识别出在AD和ALS中作为诊断和预后标志物的铁死亡相关基因（如ACSL4、SAT1、ALOX12）组合。
坏死性凋亡生物标志物
在坏死性凋亡中，pRIPK1、pRIPK3和pMLKL标志着死亡信号传导的顺序步骤，它们的磷酸化状态已在AD、多发性硬化和ALS脑组织中得到确认。坏死小体复合物存在于颗粒空泡变性中，进一步突出了AD和HD中的坏死性凋亡。非经典坏死性凋亡通过绕过RIPK1但以RIPK3-MLKL轴为中心的替代途径进行。特别是，TLR3/4-TRIF介导的信号传导和ZBP1的激活直接触发RIPK3，从而启动坏死性凋亡细胞死亡。因此，TRIF和ZBP1表达谱被建议为非经典坏死性凋亡的特定指标。高迁移率族蛋白B1（HMGB1）是一种典型的损伤相关分子模式（DAMP），提供了反映组织损伤和全身炎症的可测量液体生物标志物。
细胞焦亡生物标志物
切割的GSDMD（GSDMD-N）以及人类中激活的caspase-4/5和小鼠中激活的caspase-11代表了由胞质危险信号触发的神经元焦亡的核心指标。在AD中，小胶质细胞caspase-4通过DNA低甲基化上调，将此通路与病理联系起来。在PD中，GSDMD促进多巴胺能神经退行性变和胶质细胞激活。脑脊液中IL-1β和IL-18水平升高提供了该通路的液体证据。此外，caspase-3介导的GSDME切割（GSDME-N）将凋亡向焦亡的转换与AD中的突触功能障碍联系起来，而caspase-8介导的GSDMD切割已被证明是炎症应激下的一种替代焦亡途径。
Parthanatos生物标志物
在神经退行性疾病中，Parthanatos的非经典分支定义了具有直接个性化医学意义的生物标志物特征。核AIF-MIF易位、PAR-α-突触核蛋白复合物、改变的脑脊液PAR水平、ARH3缺陷伴丝氨酸-ADP-核糖基化，以及SARM1驱动的NAD+耗竭，各自代表了Parthanatos活性的独特分子读数。重要的是，这些生物标志物可能在患者分层中发挥重要作用。显示AIF-MIF阳性的个体可能受益于MIF或PARP1抑制剂，高PAR或PAR-α-突触核蛋白特征可能表明适合PARP靶向治疗，而NAD+/ARH3失衡可能指向SARM1抑制或NAD+补充策略。
对非经典细胞死亡通路的日益关注正在重塑我们对神经退行性疾病中神经元丢失机制的理解。铁死亡、坏死性凋亡、细胞焦亡和Parthanatos并非孤立运作，而是构成了一个相互关联的死亡信号网络，共同加剧氧化损伤、炎症和代谢危机。针对这些通路中特定节点的药物干预在临床前模型中已显示出显著潜力。然而，成功转化为临床疗法仍面临重叠机制、血脑屏障穿透和安全性等挑战。未来，基于生物标志物的患者分层、多价干预策略和改进的转化模型将是实现精准、有效治疗的关键。最终，解码这些非经典死亡程序有望为减缓神经退行进程和开发更靶向的疗法开辟新途径。
