8月14日，国际学术期刊Cell Research在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)孙丽明研究组的研究成果：“HSPA8 acts as an amyloidase to suppress necroptosis by inhibiting and reversing functional amyloid formation”。该研究发现HSPA8特异性识别RHIM蛋白，抑制其形成蛋白纤维;此外，HSPA8还具备蛋白纤维解聚酶(amyloidase)活性，能够将已经形成的RHIM蛋白纤维解聚成非激活形式的单体形式。在细胞和小鼠体内HSPA8通过抑制RHIM蛋白聚合和解聚RHIM蛋白纤维而抑制程序性细胞坏死。
蛋白质纤维化最早在神经退行性病人中被发现，例如阿尔茨海默病、帕金森病等。这些蛋白质纤维通过交叉β片层堆积，形成致密而稳定的淀粉样蛋白纤维斑(amyloid plaque)，引发神经细胞功能紊乱，导致病变。因此最初蛋白质纤维普遍被认为都具有细胞毒性和致病性，被称为“致病性淀粉样蛋白纤维”。随着研究的拓展，一类介导信号转导的非细胞毒性蛋白质纤维被发现，被命名为“功能性淀粉样蛋白纤维”。尽管体外实验证明功能性和致病性淀粉样蛋白纤维具有类似的生物物理结构特征，但在生物体内功能性蛋白纤维为什么不具有细胞毒性并没有被回答。
哺乳动物中最大的一类功能性蛋白质纤维家族是RHIM蛋白纤维家族。RHIM蛋白是一类含有RHIM结构域的蛋白质(包括RIP1、RIP3、ZBP1和TRIF)，通过RHIH-RHIM相互作用形成蛋白纤维，参与程序性细胞坏死信号转导(necroptosis)。信号启始型RHIM蛋白(RIP1、ZBP1和TRIF)将信号传递给效应型RHIM蛋白RIP3，然后招募并激活下游的细胞坏死执行蛋白MLKL。在体内，即使RHIM蛋白形成纤维，如果细胞内缺失下游的MLKL或膜裂解被ESCRT复合体及时修复，细胞也会免于发生死亡，且RHIM蛋白纤维会逐渐消融。这说明RHIM蛋白纤维只服务于信号转导，本身没有细胞毒性，这也是功能性蛋白纤维区别于致病性蛋白纤维的根本特性。
尽管在体外，RHIM蛋白具备高效自组装成纤维的特性，但在体内，许多组织(例如高表达RIP3的肾脏和肠道)却不会出现自发的程序性细胞坏死。因此，在体内生理条件下RHIM蛋白纤维的自发形成是如何被抑制的，引人深思。
该研究中研究人员首先通过全基因组siRNA筛选，发现HSPA8 (也称为Hsc70)可以抑制细胞自发激活程序性细胞坏死。在细胞内敲低HSPA8促进了程序性细胞坏死的发生，敲除或抑制RIP3的激酶活性挽救了HSPA8敲低引起的细胞坏死增加;小分子化合物抑制HSPA8活性也促进了程序性细胞坏死信号的传递;说明在细胞中HSPA8抑制程序性细胞坏死。
进一步研究发现在小鼠体内抑制HSPA8的活性，能够直接诱发程序性细胞坏死介导的体温失衡和肠道损伤，且能加重小鼠的全身性炎症反应综合征(SIRS)反应。敲除Rip3或Mlkl能够挽救HSPA8功能缺失所造成的组织损伤，验证了HSPA8在体内靶向程序性细胞坏死的特异性。
已被报道的HSPA8通过识别包含KFERQ基序的底物，引导底物进入溶酶体降解的途径参与分子伴侣介导的自噬(CMA)。但研究人员排除了HSPA8依赖的CMA的参与(Chaperone-Mediated Autophagy，分子伴侣介导的自噬)，猜测HSPA8 通过独特的机制调控程序性细胞坏死。接着研究人员发现HSPA8的底物结合结构域SBD 可以与RIP3的RHIM结构域结合，抑制RIP3的寡聚化和纤维化。细胞内缺失HSPA8后，RIP3会自发地发生寡聚化和纤维化。
更进一步，研究人员发现HSPA8可以不依靠其他的co-chaperone，单独解聚已经纤维化的RIP3蛋白纤维，且这个过程依靠水解ATP 提供能量。
除了RIP3之外，研究人员还发现HSPA8具有广泛的能力来识别RIP1、ZBP1和TRIF。通过蛋白结构模拟和突变验证，研究人员总结出HSPA8通过识别RHIM结构域中的疏水性六肽基序—N (X 1 )φ (X 3 )与RHIM蛋白之间的相互作用。值得注意的是，六肽基序中的第三个氨基酸在介导RHIM蛋白与HSPA8之间的相互作用中起着至关重要的作用，其突变显著干扰了蛋白之间的互动。与对RIP3蛋白纤维的调控类似，HSPA8还能够抑制并逆转这些启动型RHIM蛋白(即RIP1、ZBP1和TRIF)的纤维化，从而抑制程序性细胞坏死通路的激活以及下游MLKL的磷酸化和寡聚化。
综上所述，该项工作报道了哺乳动物中的第一个蛋白纤维解聚酶amyloidase—HSPA8。HSPA8通过逆转RHIM蛋白纤维化，成为细胞内抑制程序性细胞坏死发生的关键检验点。HSPA8在体内不依赖于co-chaperone而独立解聚RHIM功能性蛋白纤维，从根本上支持了功能性蛋白纤维的可逆性特性，为区分疾病相关淀粉样蛋白纤维提供了直接依据。研究人员推测，细胞中多种功能性蛋白纤维可能对应多种潜在的蛋白纤维解聚酶，寻找新的纤维解聚酶对于人们深入了解细胞稳态维持和信号传递的监控十分重要。该项研究也拓展了对非蛋白降解型负调控信号转导的认识，为开发针对程序性细胞坏死相关疾病的治疗新靶点提供了新的视角。
分子细胞卓越中心孙丽明研究员为本文通讯作者，博士研究生武二鹏、何文艳为共同第一作者。该研究得到分子细胞卓越中心汪胜研究员、上海科技大学陆珺霞研究员和王华翌研究员、复旦大学李继喜研究员等单位专家的大力协助。该研究获中国科学院、国家自然科学基金委等经费支持，获分子细胞卓越中心动物实验技术平台、细胞分析技术平台、化学生物学技术平台技术支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00859-3
HSPA8抑制程序性细胞坏死的机制概要图
