细胞死亡相关的研究一直是国自然关注的热点，因为它对于理解疾病的发生和发展机制，以及开发创新的治疗方法至关重要。
今天分享近来新兴的细胞死亡形式——泛凋亡（PANoptosis）。
一、泛凋亡科研现状分析
以泛凋亡（PANoptosis）为关键词搜索，2014-01至2024-06的文献有 273 篇，文献年均发文量46篇。
如下图所示：2023达到年发文量顶峰129篇，2020增长率最快为1200%，提示该领域的研究得到快速发展，处于快速上升阶段。
2014-01至2024-06，以PANoptosis为关键词搜索，检索出论文273篇，采用 BioBERT生物医学言语表示模型对273篇文章的摘要中基因的实体词挖掘并统计分析。
其中文献量最多的CASP8（94篇）；NLRP3位居第二，文献量为89篇；RIPK3位居第三，文献量81篇。
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泛凋亡在国自然等科研项目中受到青睐，成为新的研究热点。项目数量由2022年的4个增长至2023年的16个，总计达20项，涉及15家机构，经费达746万。
二、泛凋亡背景介绍
泛凋亡（PANoptosis）这一概念首次由美国学者 Malireddi 等人于2019年提出，用以描述那些无法仅通过任一传统程序性细胞死亡途径来充分解释的细胞死亡现象。
泛凋亡是一种炎症性程序细胞死亡，受到PANoptosome（泛凋亡体）复合物的调控。
它具有细胞焦亡（pyroptosis）、凋亡（apoptosis）和坏死性凋亡（necroptosis）的关键特征。
泛凋亡不能被细胞焦亡、凋亡和坏死性凋亡中任意一种程序性细胞死亡（PCD）途径单独表征，它是一个综合了多种细胞死亡特征的过程。这便是PANoptosis术语中“P”、“A”和“N”的来源。
二、泛凋亡小体和泛凋亡的简要分子机制
PANoptosis的分子机制涉及多个方面，其中最重要的是PANoptosome（泛凋亡小体）复合物的组成和功能。
当遇到各种微生物感染和细胞稳态改变等触发因素时，包括 ZBP1、AIM2、RIPK1 和 NLRP12 在内的传感器可以相互作用并招募其他几种分子形成 PANoptosome。
这些PANoptosomes进一步诱导caspase-3/7活化、GSDMD和GSDME切割以及MLKL磷酸化，导致膜孔形成和PANoptosis进展。
构成PANoptosomes的蛋白可分为3种类型：
PAMPs或DAMPs传感器，如ZBP1、AIM2和NLRP3；
适配器，如ASC和FADD；
催化效应器，如RIPK1、RIPK3、CASP1和CASP8 。
目前的PANoptosomes主要有4种类型：
ZBP1-PANoptosome（ZBP1、NLRP3、ASC、caspase-1、caspase-6、caspase-8、RIPK1 和 RIPK3）；
AIM2-PANoptosome（AIM2、Pyrin、ZBP1、ASC、caspase-1、caspase-8、FADD、RIPK1 和 RIPK3）；
RIPK1-PANoptosome（RIPK1、RIPK3、NLRP3、ASC、caspase-1 和 caspase-8）；
NLRP12-PANoptosome（NLRP12、ASC、caspase-8 和 RIPK3）。
此外，这些PANoptosomes在某些条件下也可以由IRF1调控。在IAV感染或IFN加KPT330作用下，IRF1促进ZBP1表达和ZBP1-PANoptosome形成。
同样，在F. novicida感染下，IRF1负责AIM2-PANoptosome活化。在TAKi加LPS刺激下，IRF1作为RIPK1-PANoptosome的上游调节剂，在血红素加PAMPs或TNF刺激下，IRF1介导NLRP12-PANoptosome的形成。
三、泛凋亡研究思路
1、从疾病特征切入
PANoptosis在多种疾病的进程中扮演着重要角色。我们可以从疾病的特性出发，比如细菌、病毒和真菌的感染，口腔感染，炎症性疾病以及由热应激反应引起的炎性细胞死亡等角度进行探讨。
此外，某些疾病的核心细胞损伤或死亡也可能触发PANoptosis，例如视网膜神经节细胞（RGC）的死亡与青光眼的发生紧密相关。
2、从药物机制探索
在肿瘤及其治疗领域，许多化疗药物通过同时诱导细胞凋亡、坏死和焦亡来杀死细胞，从而抑制肿瘤的生长。
以奥沙利铂为例，作为胃癌的常规一线化疗药物，它能够触发这三种形式的细胞死亡。进一步的研究还可以探索这些药物的耐药机制，即为何在某些情况下PANoptosis的效果会减弱。
3、从目标基因视角
PANoptosome是启动三种程序性细胞死亡（PCD）途径的“总开关”，其结构由多个关键分子如ZBP1、NLRP3、ASC、FADD、RIPK1、RIPK3、CASP1和CASP8等通过特定的偶联和接合形成。
如果在研究中发现这些分子在特定疾病中的表达出现异常，那么将PANoptosis作为后续的研究方向将是一个值得尝试的策略。种疾病的进程中扮演着重要角色。
我们可以从疾病的特性出发，比如细菌、病毒和真菌的感染，口腔感染，炎症性疾病以及由热应激反应引起的炎性细胞死亡等角度进行探讨。此外，某些疾病的核心细胞损伤或死亡也可能触发PANoptosis，例如视网膜神经节细胞（RGC）的死亡与青光眼的发生紧密相关。
四、泛凋亡检测方法及指标
1、观察细胞形态
1）细胞焦亡引起细胞质肿胀和膜破裂；
2）凋亡主要形态学特征包括：染色质固缩、DNA 片段化、细胞膜起泡、细胞皱缩、凋亡小体的形成等。
2、检测不同 PCD 的关键蛋白（IHC/IF/WB）
每种PCD相关指标可选择1~3个，但必须包含3种PCD的指标！
1）焦亡相关
Caspase-1、Caspase-4、GSDMD、AIM2/Pyrin/NLRP3 等；
2）凋亡相关
Caspase-3、Caspase-7、Caspase-8、PARP、Bax/Bcl 等；
3）坏死性凋亡相关
(p-)MLKL、(p-)RIPK1、(p-)RIPK3、Caspase-8等；
4）泛凋亡标志物还有
感受器 ZBP1 和磷酸激酶 TAK1。
3、其他检测方法
MTT/CCK-8 法、EdU 染色等检测细胞增殖活力；
JC-1线粒体膜电位检测、PI染色/AO染色、Annexin V/PI、TUNEL等方法检测凋亡；
ELISA 检测炎症因子的释放；
免疫印迹、流式等技术检测炎性小体NLRP3 表达和Caspase活化情况。
五、如何确定是泛凋亡在起作用，而不是这三种PCD途径？
可以分别利用焦亡(GSDME)抑制剂Disulfiram、Ac-DMPD/DMLD-CMK；凋亡抑制剂Z-VAD-FMK；坏死性凋亡抑制剂Necrostatin-1处理细胞或动物模型，去观察并检测上述指标的变化，无逆转则说明可能由泛凋亡调控三种PCD途径共同发挥作用。
六、泛凋亡相关文献解析
文献1
文献名称：NLRP12-PANoptosome activates PANoptosis and pathology in response to heme and PAMPs
IF: 64.5
期刊：Cell
胞质固有免疫传感器对宿主防御具有至关重要的作用，它们能够形成如炎症小体和泛光体这样的复合物，诱导炎症细胞死亡。尽管传感器NLRP12与感染性和炎症性疾病紧密相关，但关于其激活的具体触发因素以及它在细胞死亡和炎症过程中的确切作用仍知之甚少。
在本项研究中，研究人员揭示了NLRP12在血红素加PAMP或TNF的刺激下，能够驱动炎症小体和泛光体的激活，进而引发细胞死亡和炎症反应。TLR2/4通过IRF1介导的信号传导途径诱导了Nlrp12的表达，这进一步促进了炎症小体的形成，从而触发了IL-1β和IL-18的成熟。
值得注意的是，炎症小体还是更大规模的NLRP12泛光体复合物的关键组成部分，该复合物通过胱天蛋白酶8/RIPK3的机制驱动了炎症细胞死亡。在溶血模型中，实验表明Nlrp12的缺失能够显著保护小鼠免受急性肾损伤和致死性威胁。
综上所述，该研究确认了NLRP12是血红素加PAMPs介导的泛光症、炎症和病理过程中的重要胞质传感器，这表明NLRP12和该途径中的分子是溶血和炎症疾病的潜在药物靶点。
文献2
文献名称：Integrated NLRP3, AIM2, NLRC4, Pyrin inflammasome activation and assembly drive PANoptosis
IF：24.1
期刊：Cell Mol Immunol
炎症小体作为先天免疫的重要防线，它们负责侦测病原体并触发感染细胞的死亡，对炎症、发育及癌症等生理过程具有重要影响。这些炎症小体传感器通过与适配器ASC及caspase-1结合，形成多蛋白复合物，进而检测和响应特定的病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs）。
在疾病状态下，细胞会遭遇多种PAMPs和DAMPs，导致不同炎症小体的协同激活。然而，关于如何整合这些炎症小体传感器以实现最佳宿主防御的分子机制尚不清楚。本研究发现，多种配体同时激活炎症小体可触发不同类型的程序性炎症细胞死亡，且这种效果无法通过单一炎症小体的配体模拟。
更进一步，作者确定了NLRP3、AIM2、NLRC4和Pyrin与ASC、caspase-1、caspase-8和RIPK3共同构成了一个大型多蛋白复合物，该复合物驱动泛视症的发生。
此外，这一复合物还能释放到细胞外空间，并在多个炎症小体间保留，当被邻近的巨噬细胞吞噬后，可诱导炎症反应。
总之，本研究揭示了炎症小体传感器之间先前未知的调节联系和分子相互作用，这些作用促进了包含多个炎症小体传感器和细胞死亡调节剂的多蛋白复合物的组装。对NLRP3、AIM2、NLRC4和Pyrin之间关键相互作用的新发现，为理解这些分子在先天免疫和炎症小体生物学中的功能，以及确定针对NLRP3-、AIM2-、NLRC4-和Pyrin-介导疾病的新治疗靶点提供了重要思路。
文献3
文献名称：ZBP1-dependent inflammatory cell death, PANoptosis, and cytokine storm disrupt IFN therapeutic efficacy during coronavirus infection
IF: 24.8
期刊：Sci Immunol
严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2），即导致2019年冠状病毒病（COVID-19）的病毒，在全球大流行中继续造成大量发病率和死亡率。了解SARS-CoV-2感染期间先天免疫和炎症反应的基本机制，对于开发有效的治疗策略至关重要。
虽然基于干扰素（IFN）的治疗通常在病毒感染期间预期是有益的，但COVID-19的临床试验显示，在SARS-CoV-2感染期间，IFN治疗的疗效有限，并可能产生潜在的有害影响。然而，导致这种失败的根本原因尚不清楚。
在这项研究中，我们发现IFN诱导了人类和小鼠巨噬细胞以及感染β-冠状病毒（包括SARS-CoV-2和小鼠肝炎病毒MHV）的小鼠肺部中的Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）介导的炎症细胞死亡（PANoptosis）。在COVID-19患者中，与康复者相比，死于该疾病的患者免疫细胞中先天免疫传感器ZBP1的表达增加，这进一步表明ZBP1与病理之间存在联系。在小鼠中，β-冠状病毒感染后的IFN-β治疗增加了致死率，而Zbp1或其Zα结构域的基因缺失抑制了细胞死亡，并保护小鼠免受β-冠状病毒感染期间IFN介导的致死性。
总的来说，我们的结果表明，冠状病毒感染期间诱导的ZBP1通过驱动炎症细胞死亡和致死性限制了IFN治疗的疗效。因此，抑制ZBP1活性可能会提高IFN治疗的疗效，为开发COVID-19以及其他发生IFN介导的细胞死亡和病理的感染和炎症条件的新型且急需的治疗药物铺平道路。
文献4
文献名称：Phosphorylated NFS1 weakens oxaliplatin-based chemosensitivity of colorectal cancer by preventing PANoptosis
IF：39.3
期刊：Sig Transduct Target Ther
代谢酶在代谢重编程中起着不可或缺的作用，它们的异常表达或活性与化疗敏感性相关。因此，针对代谢酶仍然是治疗肿瘤的一种有吸引力的方法。然而，在结直肠癌（CRC）中，半胱氨酸脱硫酶（NFS1），作为铁硫（Fe-S）簇生物合成中的限速酶，其影响和调控机制仍然不明确。在这里，我们使用基于体内代谢酶基因的规律间隔短回文重复序列（CRISPR）-Cas9文库筛选，揭示了NFS1的缺失显著增强了结直肠癌细胞对奥沙利铂的敏感性。体外和体内结果表明，NFS1缺陷与奥沙利铂协同作用，通过增加细胞内活性氧（ROS）水平来触发PANoptosis（凋亡、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡）。此外，基于奥沙利铂的氧化应激增强了NFS1丝氨酸残基的磷酸化水平，这种磷酸化水平以S293磷酸化依赖的方式在奥沙利铂治疗期间阻止了PANoptosis。
此外，发现由MYC转录调控的NFS1在肿瘤组织中高表达，并与结直肠癌患者的生存率低和对化疗的低敏感性相关。
总的来说，这项研究的发现为NFS1在奥沙利铂敏感性中的潜在机制提供了见解，并将NFS1抑制确定为改善结直肠癌铂类化疗治疗效果的有前景的策略。
七、泛凋亡相关产品推荐
总结
泛凋亡可以说是目前已知最复杂的细胞死亡形式，既包含细胞焦亡、细胞凋亡和坏死性凋亡的特征，又不能被任何单一死亡形式表征，具有极高的研究价值和前景。
PANoptosis的研究手段包括：细胞培养、Western blot、流式细胞术、荧光显微镜和电子显微镜等。在细胞培养方面，可以使用不同的化合物或药物来诱导PANoptosis，并通过不同的实验方法来检测和分析PANoptosis的发生。在分子水平上，可以使用Western blot来检测和分析PANoptosis相关蛋白的表达和激活情况。在细胞水平上，可以使用流式细胞术来检测和分析不同类型的死亡细胞，并进一步确定它们是否是PANoptosis。在显微镜方面，可以使用荧光显微镜或电子显微镜来观察和分析PANoptosis相关形态学变化。
参考文献
Sun Xu, Yang Y, Meng X, Li J, Liu X, Liu H. PANoptosis: Mechanisms, biology, and role in disease. Immunol Rev. 2023;00:1-17. doi:10.1111/imr.13279
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KuriakoseT, KannegantiTD. Pyroptosis in antiviral immunity[J]. Curr Top Microbiol Immunol, 2019.DOI: 10.1007/82_2019_189.
SamirP, MalireddiRKS, KannegantiTD. The PANoptosome: a deadly protein complex driving pyroptosis, apoptosis, and necroptosis (PANoptosis)[J].Front Cell Infect Microbiol, 2020, 10:238.DOI: 10.3389/fcimb.2020.00238.
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