成年人每天有超過 500 億個細胞發(fā)生凋亡，以維持免疫穩(wěn)態(tài)。What？500 億？淡定，成年人體內(nèi)約有 28 萬億個 (女性) - 36 萬億個 (男性) 個細胞。這就相當于你一天賺 1w，成本 500 哈哈哈。不過話說回來，這 500 億的細胞凋亡之后，就“全劇終”了么？

細胞凋亡?(Apoptosis)，又稱程序性細胞死亡，一種為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞自主有序的死亡。往期小 M 已為大家介紹過細胞凋亡及其檢測。

細胞凋亡過程中，可釋放一類特殊的細胞外囊泡，稱之為凋亡囊泡?(Apoptotic vesicles, apoVs)，其具有良好的免疫調(diào)節(jié)和促再生作用，而凋亡缺陷會導(dǎo)致嚴重的自身免疫性疾病?(如系統(tǒng)性紅斑狼瘡)、衰老和腫瘤等。

?Tips:ApoV 從其親代細胞繼承了多種成分，包括 DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，這些成分可以調(diào)節(jié)受體器官和組織。

研究表明，細胞凋亡缺陷和 H2S 缺陷均可導(dǎo)致嚴重的免疫紊亂，那么細胞凋亡過程是否與內(nèi)源性H2S?的產(chǎn)生有關(guān)呢？哎嘿，好巧不巧?，凋亡產(chǎn)氣！

近期，施松濤/陳暢團隊在 Cell 子刊 Cell Metabolism 上發(fā)表了題為：Apoptosis releases hydrogen sulfide to inhibit Th17 cell differentiation?的研究論文[1]。

圖 1. 細胞凋亡釋放?H2S?氣體抑制 Th17 細胞分化[1]。

該研究探討了凋亡、硫化氫?(H2S)、以及系統(tǒng)性紅斑狼瘡?(systemic lupus erythematosus,SLE)?之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)細胞凋亡是機體?H2S 的重要來源，且凋亡細胞產(chǎn)生的凋亡囊泡?(apoV)?可繼承?H2S?生成能力，揭示了細胞凋亡在維持?H2S?穩(wěn)態(tài)中的相關(guān)機制，讓我們一起來瞅瞅到底是個啥子情況？

目前，凋亡缺陷的 MRL/lpr?(B6.MRL-Faslpr/J)?and Bim?/??(B6.129S1-Bcl2l11tm1.1Ast/J)?小鼠已被廣泛用于 SLE 疾病模型。

研究團隊在此基礎(chǔ)上，檢測其?H2S?水平，發(fā)現(xiàn)細胞凋亡缺陷的 MRL/lpr?和?Bim?/??小鼠中的?H2S?水平顯著降低。主要表現(xiàn)為：與野生型?(WT)?組相比，MRL/lpr?和?Bim?/??小鼠的血液及肝臟、肺、脾和腎中的?H2S?水平顯著降低?(圖 2 A-B)。與 WT 小鼠相比，來自 MRL/lpr??和?Bim?/??小鼠的 PBMC 顯示出細胞凋亡率降低和?H2S?水平降低?(圖 2C)。

圖 2. 凋亡缺陷小鼠?H2S?水平降低[1]。

(A) 醋酸鉛形成試驗顯示雌性 MRL/lpr?和 Bim?/??小鼠血液 H2S 濃度降低; (B) 醋酸鉛形成實驗顯示，凋亡缺陷小鼠肝中?H2S?濃度低于 WT 小鼠 (肺、脾、腎未顯示); (C) 來自雌性 MRL/lpr?和?Bim?/??小鼠的 PBMC 顯示凋亡細胞和?H2S?水平降低。黃色箭頭表示?H2S，白色箭頭表示凋亡細胞; (D) STS 處理提高了 MRL/lpr?小鼠的血液?H2S?濃度，而 Z-VAD 處理降低了 H2 濃度; (E) STS 治療增加了MRL/lpr?小鼠肝臟中的?H2S?濃度 (肺、脾、腎未顯示)，而 Z-VAD 治療則抑制了該濃度; (F) STS 處理促進 MRL/lpr?小鼠 PBMC 中的細胞凋亡和?H2S?生成，Z-VAD可減輕這種情況。黃色箭頭表示?H2S，白色箭頭表示凋亡細胞。

同時，細胞凋亡誘導(dǎo)可以提高 MRL/lpr?小鼠中?H2S?的水平，通過使用Staurosporine?(STS，用于誘導(dǎo) MRL/lpr?小鼠體內(nèi)細胞凋亡)?和?Z-VAD (OMe)-FMK（Z-VAD，一種泛半胱天冬酶抑制劑，用于抑制 STS 誘導(dǎo)的細胞凋亡）發(fā)現(xiàn)體內(nèi)細胞凋亡誘導(dǎo)可以挽救 MRL/lpr?小鼠中降低的?H2S?水平(圖 2D-F)。

更重要的是，凋亡細胞能夠產(chǎn)生?H2S。研究人員以小鼠骨髓干細胞?(mBMSCs)、PBMCs 和 CD4+?T 細胞為樣本，STS 和 UV 誘導(dǎo)的細胞凋亡可以提高細胞上清液中?H2S?水平(圖 3)。

圖 3. 凋亡細胞體外釋放?H2S[1]。

凋亡誘導(dǎo) (STS 和 UV 處理) 后，使用醋酸鉛形成測試評估不同細胞上清液中的H2S?濃度。結(jié)果表明，STS 和 UV 處理顯著增加了 mBMSCs、PBMCs 和 CD4+T 細胞中的H2S?濃度，而添加 Z-VAD 則降低了H2S?濃度。

此外，以 STS 誘導(dǎo)的 mBMSCs 凋亡為模型，發(fā)現(xiàn)凋亡的 mBMSCs 主要在凋亡的早期和中期產(chǎn)生H2S。

研究發(fā)現(xiàn)，凋亡細胞產(chǎn)生的?H2S?有利于維持免疫穩(wěn)態(tài)。一方面，細胞凋亡誘導(dǎo)可通過提高 MRL/lpr?小鼠中的?H2S?水平來改善 SLE 表型。另一方面，凋亡細胞產(chǎn)生的?H2S?抑制 MRL/lpr?小鼠中異常的 Th17 細胞分化。

流式細胞術(shù)分析表明，用?H2S?供體 NaHS 處理直接抑制體外 Th17 細胞分化，而Hydroxylamine hydrochloride?(HA，H2S?合成抑制劑)處理則促進 Th17 細胞分化?(圖 4A)。兩種治療均顯示出劑量依賴性效應(yīng)。且在體內(nèi) MRL/lpr?小鼠中，NaHS 處理降低了脾臟和血液中 Th17 細胞的水平，而 HA 處理增強了 Th17 細胞的分化。

圖 4. 流式細胞儀分析 NaHS 和 HA 處理下的 Th17 細胞分化率[1]。

???H2S 通過 Sep15/STAT1/STAT3 軸抑制 Th17 細胞分化

通過探索?H2S?調(diào)節(jié) Th17 細胞分化的機制，發(fā)現(xiàn)?H2S?通過 Sep15/STAT1/STAT3 軸抑制 Th17 細胞分化。

Tips:H2S?主要通過蛋白質(zhì)硫化作用(SHY)發(fā)揮生物學(xué)功能和分子調(diào)節(jié)作用。SHY 是一種翻譯后修飾，是一種生理過程，其中?H2S 在半胱氨酸的硫醇?(-SH) 基團上添加額外的硫，產(chǎn)生氫過硫化物?(-SSH)。

在 STAT 家族中，磷酸化是核定位和隨后的生物活性的必要先決條件。在 Th17 細胞分化過程中，H2S?可以促進 STAT1 磷酸化并抑制 STAT3 磷酸化，免疫沉淀-質(zhì)譜?(IP-MS)?和 coIP 測定證實 Sep15 可以與 STAT1 結(jié)合。且H2S?硫水合物 Sep15 在 C38 位點與 Sep15 結(jié)合并促進 Sep15 和 STAT1 之間的相互作用，從而促進 STAT1 的磷酸化和核定位。

圖 5.?H2S?通過 Sep15/STAT1/STAT3 信號軸抑制 Th17 細胞分化[1]。(A) 當 STAT1 被 siRNA 敲低時，H2S?未能抑制 Th17 細胞中的 p-STAT3 表達。(B) STAT1 的敲低削弱了H2S?對 Th17 細胞的抑制作用。(C)?H2S?抑制 Th17 細胞分化作用中 Sep15/STAT1/STAT3 軸示意圖。

此外，通過小干擾 RNA(siRNA)敲低 STAT1 的表達，發(fā)現(xiàn)?H2S?抑制 STAT3 的磷酸化，但該作用被 STAT1 的敲低所抑制(圖 5A)。當 STAT1 表達被敲低時，H2S?對 Th17 細胞分化和相關(guān)基因表達的抑制作用也受損(圖 5B)，這表明?H2S?的抑制作用與 Sep15/STAT1/ STAT3 軸密切相關(guān)(圖 5C)。

ApoV 是凋亡細胞的代謝產(chǎn)物，具有多種生物學(xué)功能。在哺乳動物中，H2?由 L-半胱氨酸通過三種酶合成，即胱硫醚 β-合酶?(cystathionine β-synthase,CBS)、胱硫醚γ-裂解酶(cystathionine γ-lyase,CSE)和3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶?(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)。

研究發(fā)現(xiàn)凋亡的 mBMSC?(apoMSC)?和 apoV 表達 CBS、CSE 和 3-MST（圖 6A-B)。微電極測定顯示 apoVs 可以產(chǎn)生?H2S，而 HA 或 Propargylglycine?(PAG, CSE 抑制劑)?處理抑制 apoVs 產(chǎn)生的?H2S?濃度（圖 6C)。也就是說，apoV 具有產(chǎn)生?H2S?的能力。

圖 6.?H2S?是 apoV 介導(dǎo)的?SLE 治療所必需的[1]。(A) 通過蛋白質(zhì)印跡評估 mBMSC、凋亡 mBMSC (apoMSC) 和 apoV 中 CBS、CSE 和 3-MST 的表達。(B) 通過免疫熒光法評估 apoV 中 CBS、CSE 和 3-MST 的表達。(C)?H2S?微電極顯示 apoVs 產(chǎn)生?H2S，HA 和 PAG 處理抑制?H2S。(D-E) ApoV 抑制 IgG 在脾臟和皮膚中的沉積；箭頭表示 IgG 沉積。(比例尺：腎臟為 20 μm，皮膚為 100 μm），而 CBS?/??apoV 和 CSE?/??apoV 的功能受損。

此外，凋亡細胞中的?H2S 改善小鼠系統(tǒng)性紅斑狼瘡表型。通過收集 apoVs 并全身輸注到 MRL/lpr?小鼠體內(nèi)。結(jié)果表明，apoV 減輕了 MRL/lpr?小鼠的 SLE 表型，減輕了脾臟和淋巴結(jié)的重量，降低血清 ANA、BUN 和 dsDNA 水平，緩解腎臟損傷；并抑制腎臟和皮膚中的 IgG 沉積（圖 6D-E)。然而，CBS?/??apoV 和 CSE?/??apoV?（CBS?/??和 CSE?/?小鼠，H2S 缺陷小鼠，表現(xiàn)出 SLE 樣表型)?均未能在 MRL/lpr?小鼠中發(fā)揮這種治療作用（圖 6D-E)。這些數(shù)據(jù)表明 apoV 可以產(chǎn)生H2S，這是 SLE 小鼠的治療效果所必需的。

由此可見，細胞凋亡并非“壞事”，細胞凋亡后也并不是最終的結(jié)局，其釋放的H2S?氣體可以抑制 Th17 細胞分化，維持免疫穩(wěn)態(tài)。同時，凋亡細胞中的H2S?可改善小鼠系統(tǒng)性紅斑狼瘡表型。

參看文獻：

[1] Ou Q, et al. Apoptosis releases hydrogen sulfide to inhibit Th17 cell differentiation. Cell Metab. 2024 Jan 2;36(1):78-89.e5.