代謝組學(xué)文獻分享，細(xì)胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡。2002年授予在“發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡的重要調(diào)控分子并闡述其作用機制”方面做出重要貢獻的三位科學(xué)家諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎，caspase依賴的細(xì)胞凋亡約占機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)細(xì)胞周轉(zhuǎn)的90%，此外，可以調(diào)節(jié)炎癥、細(xì)胞增殖和組織再生，但是凋亡細(xì)胞是如何介導(dǎo)這些不同的效應(yīng)的，目前我們還未完全了解清楚。

代謝組學(xué)文獻分享，凋亡細(xì)胞可以釋放代謝物，這些代謝物可以影響鄰近細(xì)胞的生理功能，但目前關(guān)于其組成和功能方面仍不清楚。

前不久，美國弗吉尼亞大學(xué)Kodi S. Ravichandran實驗室在Nature上發(fā)表了一篇相關(guān)文章——“Metabolites released from apoptotic cells act as tissue messengers“，該研究指出凋亡細(xì)胞不是等待清除的惰性細(xì)胞，而是釋放代謝物作為“再見”信號，積極調(diào)節(jié)組織中鄰近細(xì)胞的基因表達模式。下面我們具體來看一看吧~（文末附有文獻的下載鏈接喲）

為了描述凋亡細(xì)胞分泌的代謝物譜，研究者利用人類Jurkat T細(xì)胞，原代小鼠胸腺細(xì)胞或原代小鼠骨髓來源的巨噬細(xì)胞（BMDM）誘導(dǎo)發(fā)生了caspase依賴性細(xì)胞凋亡，將來自凋亡細(xì)胞和活細(xì)胞對照的上清液和細(xì)胞沉淀物，進行了非靶標(biāo)代謝組學(xué)和靶標(biāo)代謝組學(xué)分析（Fig 1），最終確定了所有的凋亡細(xì)胞都會釋放的代謝產(chǎn)物，包括單磷酸腺苷（AMP），5'-單磷酸鳥苷（GMP），肌酸，亞精胺，3-磷酸甘油以及ATP（由于技術(shù)原因，本次研究未涉及ATP），同時進一步測試了其他細(xì)胞類型的凋亡方式，檢測到的代謝物不是由于細(xì)胞凋亡過程中細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的簡單排空，揭示凋亡細(xì)胞是許多具有生物學(xué)功能的代謝產(chǎn)物的天然來源。

Fig 1.凋亡細(xì)胞的代謝組學(xué)結(jié)果

在上述分析中，研究者發(fā)現(xiàn)盡管在沉淀中檢測到許多細(xì)胞代謝產(chǎn)物，但僅釋放了一部分。代謝組學(xué)文獻分享，此外，即使在已知的代謝途徑中，也只有一些被釋放，為什么呢？研究者推測這樣的選擇性可能來自在凋亡過程中打開促進某些代謝物滲透的特定通道，持續(xù)影響凋亡細(xì)胞分泌的代謝物活性，基于這種情況下，作者選擇了Pannexin 1（PANX1）通道（Fig 2），該通道在caspase介導(dǎo)的裂解過程中被激活，并且可以在整個質(zhì)膜上傳導(dǎo)離子和小分子，通過遺傳和藥理學(xué)方法測試了PANX1的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn) caspase介導(dǎo)的PANX1通道的開放能夠特異性地促進凋亡細(xì)胞中特定代謝物的釋放，包括核苷酸，核苷酸糖和與能量代謝和氨基酸代謝相關(guān)的代謝物，在之前的研究報道中并未發(fā)現(xiàn)其中一些釋放的代謝物和PANX1通道相關(guān)。

Fig 2. PANX1通道的開放能夠特異性地促進凋亡細(xì)胞中特定代謝物的釋放

接下來為了驗證凋亡細(xì)胞分泌的代謝物是否會受到凋亡細(xì)胞內(nèi)代謝活動的影響，研究者選擇了多胺途徑，代謝組學(xué)文獻分享，首先，經(jīng)過不同的凋亡誘導(dǎo)方式后，多胺、亞精胺從凋亡的Jurkat細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，胸腺細(xì)胞和上皮細(xì)胞中被大量釋放出來，其次，在亞精胺上游的兩種代謝前體中，沒有釋放出腐胺（Fig 3）。接下來作者在誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡之前在Jurkat細(xì)胞中添加了含有[13C]精氨酸的培養(yǎng)基，并在接下來的幾個小時內(nèi)追蹤了將標(biāo)記物摻入腐胺和亞精胺中的情況，結(jié)果表明：凋亡細(xì)胞至少在兩個水平上協(xié)調(diào)選擇代謝物的產(chǎn)生和釋放，即特異性通道開放 (PANX1) 和某些代謝通路的持續(xù)代謝活動。

Fig 3 凋亡細(xì)胞分泌的代謝物受到凋亡細(xì)胞內(nèi)代謝活動的影響

緊接著，研究人員檢測了凋亡細(xì)胞釋放的代謝物是否會改變附近鄰近細(xì)胞的基因表達模式（Fig 4）。代謝組學(xué)文獻分享，將來自活的或凋亡的Jurkat細(xì)胞（與非靶向代謝組學(xué)條件相同）的上清液添加到了吞噬性LR73細(xì)胞（中國倉鼠卵巢細(xì)胞系）中，RNA測序結(jié)果顯示凋亡細(xì)胞分泌的代謝物可以改變了與細(xì)胞骨架重排，炎癥，傷口愈合或組織修復(fù)，抗凋亡功能，新陳代謝等有關(guān)的基因表達模式，結(jié)果說明從凋亡細(xì)胞釋放的代謝物（其中有一些以依賴PANX1的方式釋放）可以改變周圍細(xì)胞中檢測這些代謝信號的基因程序，可以改變鄰近細(xì)胞的基因表達模式。

Fig 4 凋亡細(xì)胞釋放的代謝物改變鄰近細(xì)胞的基因表達模式

最后，研究人員分別檢測了所有凋亡細(xì)胞都會釋放的6種代謝物對巨噬細(xì)胞基因表達譜的影響，發(fā)現(xiàn)單一代謝物不能改變巨噬細(xì)胞的基因表達模式（Fig 5）。6種代謝物（Memix-6）同時處理在體外誘導(dǎo)基因表達方面非常有效，包括與抗炎巨噬細(xì)胞極化或糖基化、Il10轉(zhuǎn)錄和消炎、代謝調(diào)節(jié)等基因的表達，其中一些基因還被證明參與了吞噬作用。代謝組學(xué)文獻分享，用亞精胺、GMP和肌酸的混合物 （Memix-3）處理巨噬細(xì)胞后，也能在一定程度上導(dǎo)致類似的結(jié)果。作者接下來接下來在兩種情況下測試了Memix-6和/或Memix-3代謝物是否能減輕體內(nèi)炎癥反應(yīng)：炎性關(guān)節(jié)炎模型和肺移植排斥模型，結(jié)果表明，凋亡細(xì)胞釋放的代謝混合物處理顯著保護了關(guān)節(jié)免受炎癥，骨侵蝕和軟骨侵蝕，而且可以減輕肺移植后的排斥反應(yīng)。

Fig 5 凋亡細(xì)胞釋放的6種代謝物對巨噬細(xì)胞基因表達譜的影響

代謝組學(xué)文獻分享，總體而言，本次研究提出了幾個概念。

首先，我們確定從凋亡細(xì)胞釋放的特定代謝產(chǎn)物（不同的細(xì)胞類型和凋亡誘導(dǎo)方式）；特異性可能來自凋亡細(xì)胞的代謝變化（例如，亞精胺的持續(xù)產(chǎn)生）和/或特定通道的開放（例如PANX1）。

其次，凋亡細(xì)胞不是等待清除的惰性死細(xì)胞;相反，通過釋放代謝物作為“再見”信號，可以主動調(diào)節(jié)組織內(nèi)相鄰細(xì)胞中基因表達程序。

再次，凋亡細(xì)胞釋放的代謝物混合物減弱關(guān)節(jié)炎癥狀的能力和肺移植的排斥反應(yīng)是潛在的治療方式。