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前沿進展｜ Cell 新發現：Mitoxyperilysis —— 新的細胞溶解性死亡途徑

閱讀：245 發布時間：2025-12-8

Cell發文！揭示了一種由先天免疫信號和代謝紊亂誘導的全新細胞死亡方式，并將其命名為——Mitoxyperiosis......

亮點搶先看：

1. 重磅發現：先天免疫和代謝信號協同作用通過線粒體氧化損傷誘導細胞死亡。

2.機制探究：(1) 線粒體-質膜長時間接觸導致局部膜氧化損傷。(2) mTOR抑制劑可縮短接觸時間并恢復膜完整性。

3.腫瘤治療：治療性激活先天免疫和代謝協同作用可縮小腫瘤體積。

Section.01

Cell：全新細胞死亡方式——

Mitoxyperilysis

2025 年 11 月 28 日，題為"Innate immune and metabolic signals induce mitochondria-dependent membrane lysis via mitoxyperiosis." 的研究型論文登上 Cell 期刊。該研究使用了1009298-09-2 (HY-10422,MCE)、CZ415 (HY-100222,MCE)、Dactolisib (HY-50673,MCE)、CK-666 (HY-16926,MCE) 等 MCE 產品。

文獻報道了一種由先天免疫信號和代謝紊亂誘導的全新細胞死亡方式，并將其命名為——Mitoxyperiosis：特征是線粒體與質膜的長時間接觸，導致局部膜氧化損傷和破裂，進而導致膜溶解、細胞死亡，這一過程受 mTOR 調節。

該機制獨立于 Caspase 活性，也不同于先前報道的細胞焦亡、PANoptosis、壞死性凋亡、鐵死亡和氧化應激。

圖 1. 先天免疫和代謝信號通過線粒體膜氧化溶解誘導線粒體依賴性膜溶解^[1]。

IIAMD：誘導獨特的炎癥細胞死亡

在病理狀態下，先天免疫激活通常伴隨著營養物質的缺乏，從而導致代謝紊亂。

為了探究其潛在機制，作者用先天免疫刺激物 (PAM3、poly[I:C]、LPS 和 R848) 處理處于碳饑餓 (CS) 狀態下的骨髓源性巨噬細胞 (BMDMs)，以模擬疾病中所見的炎癥誘導的代謝紊亂相關細胞死亡 (IIAMD) 的協同作用。

圖 2. IIAMD 協同作用誘導炎癥細胞死亡和炎癥小體激活^[1]。

野生型 (WT) BMDM 細胞在正常培養基 (Media) 或碳饑餓培養基 (CS) 中用 PBS 或免疫刺激物處理。圖中顯示了 24 小時后的代表性圖像 (A) 和細胞死亡的定量結果 (B)。圖中還顯示了上清液 (sup.) 和全細胞裂解液 (WCL) (C) 中的 LDH 和 HMGB1 水平。*非特異性條帶。

如圖所示，BMDMs 單獨處于碳饑餓或僅受到先天免疫激活時,對細胞溶解性死亡具有抗性。

(細胞：我挺好的)

但將碳饑餓與 PAM3、LPS 或 R848 聯合使用 (不包括 poly[I:C])，則會誘導強烈的細胞溶解性死亡 (圖 1A 和 1B)。同時，發現細胞膜破裂的標志物——乳酸脫氫酶 (LDH) 和高遷移率族蛋白 B1 (HMGB1) 的釋放 (圖 1C)。

（母雞啊~嘎了咱就是說）

更重要的是：細胞對協同 1AMD 作出的死亡反應并不依賴于細胞焦亡、細胞凋亡、細胞壞死性凋亡、PAN 凋亡或鐵死亡。

Mitoxyperilysis 特征：谷胱甘肽耗竭 → 氧化應激

采用代謝組學方法來表征 Mitoxyperilysis 的代謝特征。

與正常培養基、CS 或 LPS 處理相比,用 LPS 加 CS 處理的細胞具有明顯的代謝譜特征 (圖 3A)。且 LPS + CS 組的谷胱甘肽 (GSH) 代謝降低 (圖 3G)。

圖 3. GSH 耗竭和氧化應激是 IIAMD 的關鍵特征^[1]。

(A) 在 MetaboAnalyst 5.0 的富集分析模塊中進行的通路富集分析，結果顯示在 LPS + CS 處理后共同且顯著下調的代謝物。FDR < 0.05 視為具有統計學顯著性。(B) 采用 GSH-Glo 測定全谷胱甘肽 (GSH) 水平：在加入以及不加入 CS 和 LPS 刺激的 BMDMs 中，于刺激后 9 小時從全細胞裂解液 (WCL) 檢測獲得。

咱就是說，GSH 是一種抗氧化劑,能夠對抗活性氧 (ROS) 并防止氧化損傷。GSH 水平降低，那氧化應激......?

使用 CellROX DeepRed (CellROX-DR) 熒光探針對活細胞進行成像顯示，在細胞膜損傷和細胞死亡發生之前,細胞內氧化應激水平逐漸升高 (圖 4)。大多數變為碘化丙啶 (PI) 陽性 (表明其已發生細胞死亡) 的細胞也含有 CellROX-DR，表明細胞在發生死亡時存在氧化應激。

圖 4. 對 IIAMD 作出反應的細胞死亡發生氧化應激^[1]。

BMDMs 在有或無 LPS 或 CS 刺激條件下的活細胞熒光成像 (隨時間變化)。CellROX-DR (藍色) 用于指示細胞氧化應激，碘化丙啶 (PI；紅色) 用于指示細胞死亡。時間軸以刺激開始的時間為基準。

Mitoxyperilysis 特征：線粒體與質膜持續接觸 → 細胞裂解

作者進一步進行了共聚焦活細胞成像 (圖 5)。在 LPS + CS 的作用下,細胞內代表氧化應激的 CellROX-DR 陽性斑點長時間穩定地定位于靠近質膜的位置 (>20 min) 。在斑點與質膜接觸的部位，質膜最初發生退化，最終破裂，使不透膜的 Sytox 染料得以進入并染色細胞核。

圖 5. IIAMD導致線粒體滯留在質膜上^[1]。

BMDMs 在 CS 培養基中接受 LPS (200 EU/mL) 刺激的活細胞共聚焦顯微成像。CellMask (綠色) 用于指示細胞膜，CellROX Deep Red (CellROX-DR，紅色) 用于指示氧化應激，Sytox Orange (藍色) 用于指示細胞膜受損后進入細胞的 DNA (另見視頻 S1)。成像開始于刺激后 14 小時，所展示的圖像之間間隔 10 分鐘。白色箭頭標注了線粒體與細胞膜接觸的位置以及隨后發生的膜破裂。

以及，經驗證，這種氧化應激發生在線粒體 (圖 6A)。并且，這種線粒體與膜的長時間接觸是 IIAMD 誘導的細胞死亡所特-有的。在每個破裂部位發生膜破裂之前，脂質過氧化逐漸增加 (圖 6)。

圖 6. 線粒體滯留在質膜上，促進局部膜氧化損傷，并通過線粒體氧化損傷途徑導致細胞死亡^[1]。

(A) 處于 CS 培養基并加入 LPS 的 BMDMs，在 14 小時使用所示探針進行染色的活細胞成像。圖中同時展示了選框細胞的像素強度曲線，以及對應熒光信號之間的皮爾森相關性分析與 Loess 回歸曲線。(B-C) 在所有測試條件下，線粒體均積極與膜結合，但當細胞僅用培養基、CS 或 LPS處理時，大多數結合是短暫的 (<4 min) (B 和 C)。相比之下，LPS 加 CS 誘導的結合時間顯著延長,一些線粒體與膜的結合時間延長 (>20 min) (B 和 C)。(D) 在細胞膜變形發生之前,線粒體持續定位于細胞周邊靠近膜破裂的部位 (Mitotracker 通道)。周邊脂質過氧化灶也與線粒體共定位 (Oxidized BodipyC11 和 Merge 通道)。

作者稱其之為“線粒體向細胞周邊傳遞活性氧"的過程，在膜局部造成氧化損傷的累積。隨后，這一過程導致局部膜破裂和細胞溶解，即“線粒體向細胞周邊傳遞活性氧導致的細胞溶解" (Mitoxyperilysis)。

Section.02

Mitoxyperilysis機制：

mTOR 激活、氧化應激獨立作用

關鍵上游因子：BAX, BAK1 和 BID

作者發現，在 IIAMD 期間線粒體收到了損傷。于是開展了對 BH3 結構域蛋白 (在破壞線粒體方面發揮重要作用) 的探究。

構建了具有 Bax，Bakl 和 Bid 單基因、雙基因或三基因缺陷的永生化骨髓源性巨噬細胞 (iBMDM) 敲除細胞系。發現 Bax^-/-Bakl^-/-Bid^-/- 細胞免受 IIAMD 誘導的細胞死亡和炎性小體激活。且 Bax^-/-Bakl^-/-Bid^-/- 細胞的氧化應激水平明顯低于對照細胞。表明 BAX、BAK1 和 BID 是線粒體損傷和氧化應激驅動 IIAMD 誘導的炎癥性細胞死亡的關鍵上游調節因子。

BAX、BAK1 和 BID 依賴性線粒體損傷及氧化應激驅動線粒體氧化溶解性死亡。

mTOR 會在 IIAMD 誘導下促進細胞死亡

為了解調節線粒體損傷與質膜接觸的機制，作者篩選了一個包含 2050 種小分子的庫，得到了三種對 LPS 和 CS 有保護作用的 mTOR 激酶抑制劑，均能夠劑量依賴性地抑制線粒體氧化裂解（圖 7）。

圖7. 三種 mTOR 抑制劑 (Torin-1、CZ415(HY-100222,MCE)、AZD-8055(10289298-02,HY-10422,MCE)) 在 IIAMD 模型中均表現出劑量依賴性的保護作用，顯著抑制細胞死亡^[1]。

RNA 測序顯示, mTOR 通路是 LPS + CS 處理后上調最-顯著的通路之一。同時，線粒體損傷與質膜接觸的觸發因素會激活 mTORC1 和 mTORC2。

此外，在 mTOR 抑制期間，總谷胱甘肽水平仍保持較低 (圖 8A)。且 mTOR 抑制未能恢復 IIAMD 誘導的線粒體呼吸功能受損 (圖 8B-C)。用 LPS 加 CS 處理的細胞在 mTOR 抑制后仍維持高水平的氧化應激，但長時間保持 PI 不通透 (圖 8D)。

圖 8. mTOR 驅動線粒體氧化應激，以應對 IIAMD^[1]。

(A) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時后，從全細胞裂解液 (WCL)中檢測氧化應激水平 (以全谷胱甘肽 GSH 含量衡量)。(B-C) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時后，利用 Seahorse 測得的氧耗率 (OCR)。其中，(B) 顯示基礎及最大 OCR，(C) 顯示 OCR 動態變化。(D) BMDMs 在 LPS + CS 條件下 ± Torin-1 的活細胞成像 (拍攝于所示時間點)。CellROX-DR (藍色) 指示細胞氧化應激，PI (紅色) 指示細胞死亡。白色箭頭標示氧化應激增強的代表性細胞。時間軸相對于刺激開始時間。

這些結果表明，在線粒體氧化損傷中, mTOR 激活和氧化應激是獨立事件, mTOR 在線粒體功能障礙后促進細胞死亡。

mTOR 可抑制細胞骨架活性，延長線粒體與質膜接觸

為了進一步探究 mTOR 調節線粒體膜接觸的機制，作者進行了活細胞成像。在 IAMD 處理且 mTOR 功能正常的細胞中觀察到的線粒體膜接觸時間延長。IIAMD 使細胞膜力學和偽足形成顯著減少 (圖 9C-D)。而用 mTOR 抑制劑 Torin-1 處理的細胞頻繁形成片狀偽足 (圖 9A)，透射電鏡證實了這一現象 (圖 9B）。由于片狀偽足在靠近線粒體膜接觸部位頻繁形成,膜相關線粒體從質膜處移開,導致接觸時間縮短。

圖 9. mTOR 通過抑制細胞骨架活性，促進線粒體在質膜上的持續滯留，從而驅動線粒體周細胞溶解^[1]。

(A) 處于 CS 培養基并加入 LPS 及 Torin-1 刺激的 BMDMs 的活細胞成像。CellMask (綠色，標記細胞膜)；MitoView (紅色，標記線粒體)；Sytox DR (藍色，用于標記細胞膜受損后進入細胞的 DNA) (另見視頻 S9)。成像開始于刺激后 14 小時，所示圖像之間間隔 2 分鐘。用于繪制細胞膜相關線粒體定位的軌跡，并根據線粒體與細胞膜接觸的持續時間以顏色區分。白色箭頭標示周邊區域的線粒體共定位與偽足 (lamellipodium) 回縮現象。(B) 來自經 LPS + CS + Torin-1 處理 16 小時的 BMDMs 的代表性透射電鏡（TEM）圖像。Mt.-like 表示線粒體樣結構；PM 表示細胞膜。(C-D) 采用 QuimP 分析細胞輪廓動態。(C) 顯示連續兩個時間點的代表性細胞輪廓疊加圖；(D) 顯示在所有時間點中細胞輪廓運動的速度分布 (另見視頻 S10)。(E) 在所示條件下刺激 BMDMs 12 小時后檢測 RhoA 活性 (RhoA-GTP)。Active RhoA (acRhoA) 作為陽性對照。(F) BMDMs 在 LPS + CS 條件下 ± Torin-1 處理 16 小時后的代表性 tauSTED 成像，顯示線粒體 (TOM20；綠色) 和膜褶偽足 (lamellipodium) 中的肌動蛋白 (鬼筆環肽；phalloidin；紅色) 。白色箭頭標示細胞膜突起結構。

片狀偽足的活動和細胞膜的動態變化受 RhoA 及其他控制肌動蛋白聚合的 Rho-GTP 酶的調節。實際上，LPS + CS 處理后 RhoA 的活性降低 (抑制 mTOR 可部分恢復其活性) (圖 9E)，且線粒體(TOM20染色)呈周邊分布，周圍幾乎沒有 F- 肌動蛋白 (Phalloidin 染色)，而 Torin-1 則誘導形成富含 F- 肌動蛋白褶皺的板狀偽足,以包裹突出的線粒體 (圖 9F)。

Section.03

Mitoxyperilysis：

癌癥治療新思路

接下來，作者試圖在體內應用治療策略。在 B16 黑色素瘤異位腫瘤模型中，給荷瘤小鼠進行瘤內 (i.t.) 注射低劑量 LPS 并結合禁食處理 (圖 10A)。結果顯示，腫瘤體積顯著縮小 (圖 10B)，壞死增加 (圖 10C-D)。而在給荷瘤小鼠禁食和腹腔注射之前用 Torin-1 進行處理。mTOR 抑制導致腫瘤大小沒有顯著變化，腫瘤壞死減少 (圖 10B-D)。

圖 10. IIAMD 協同可誘導 mTOR 介導的腫瘤壞死和縮小^[1]。

(A) 治療策略示意圖。s.c. 表示皮下給藥；i.p. 表示腹腔注射；i.t. 表示腫瘤內注射。(B) 在 PBS 或 LPS 進行腫瘤內注射 (i.t.)，并結合或不結合禁食與 Torin-1 預處理條件下，小鼠 B16 腫瘤大小的變化。(C-D) 指定實驗組的腫瘤組織蘇木精-伊紅 (H&E) 染色圖像，其中 (C) 標注了可存活區域與壞死區域，(D) 為其量化結果。(E) 對照組與處理組 (壞死區域) B16 腫瘤組織的代表性透射電鏡 (TEM) 圖像。Mt. 表示線粒體；Mt.-like 表示線粒體樣結構；PM 表示細胞膜。

此外，腫瘤中的 RhoA 活性顯著降低，加入 Torin-1 處理后 RhoA 活性部分恢復。壞死腫瘤中靠近質膜處存在受損的線粒體樣細胞器 (圖 10E)，這支持了線粒體近膜損傷在體內腫瘤細胞死亡中的作用。

這些數據表明，線粒體損傷可作為治療手段被激活以減輕腫瘤負荷。

Section.04

小結

這一機制的發現不僅擴展了細胞死亡研究的邊界，也提示了其潛在的疾病治療價值，尤其是在免疫激活和代謝紊亂共存的腫瘤微環境中。未來通過調控線粒體氧化應激或 mTOR 活性，可能為腫瘤與炎癥相關疾病提供新的干預思路。不過，目前仍需更多研究來評估其安全性、選擇性和臨床可行性。

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[1] Wang Y, Lu J, Carisey AF, et al. Innate immune and metabolic signals induce mitochondria-dependent membrane lysis via mitoxyperiosis. Cell. Published online November 28, 2025.

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