ZBP1引爆心肌“死亡三連擊"：PANoptosis如何偷走你的心功能？

【實驗背景】

心肌缺血再灌注（I/R）損傷是心肌梗死再灌注治療中常見且嚴重的并發(fā)癥，其主要表現(xiàn)為心肌細胞死亡，進而導(dǎo)致心臟功能障礙和心力衰竭。盡管已有研究關(guān)注細胞凋亡、壞死、焦亡、鐵死亡等多種程序性細胞死亡形式，但單一通路干預(yù)往往效果有限。近年來，PANoptosis（泛程序性細胞死亡）作為一種整合多種細胞死亡通路的新型死亡模式被提出，其由PANoptosome復(fù)合物調(diào)控，涉及焦亡、凋亡和壞死通路的關(guān)鍵分子。

ZBP1是一種Z型核酸識別蛋白，具有兩個Zα結(jié)構(gòu)域、兩個RHIM結(jié)構(gòu)域和一個信號結(jié)構(gòu)域，能通過RHIM結(jié)構(gòu)域與RIPK1、RIPK3等蛋白互作，參與炎癥和細胞死亡調(diào)控。盡管ZBP1在感染和炎癥反應(yīng)中的作用已有研究，但其在成人心肌細胞中是否參與I/R損傷，尤其是在無核酸配體情況下的作用尚不清楚。

【實驗結(jié)果】

 1. ZBP1在I/R損傷中表達上調(diào)，主要由心肌細胞表達

為探究ZBP1在心肌缺血-再灌注（I/R）損傷中的表達特征，研究者對小鼠心肌組織進行了時間序列RNA測序分析。結(jié)果顯示，ZBP1在再灌注階段（1h、6h、24h）表達顯著上調(diào)，且該趨勢在人類缺血性心肌?。?/span>ICM）數(shù)據(jù)集中亦得到驗證。進一步的細胞分離實驗表明，ZBP1的表達上調(diào)主要集中于心肌細胞，而在心臟成纖維細胞、內(nèi)皮細胞及免疫細胞中未見顯著變化。免疫熒光染色亦證實ZBP1與心肌標志物α-actinin共定位，提示其在I/R損傷中可能發(fā)揮心肌細胞特異性作用。

2. ZBP1缺失減輕H/R誘導(dǎo)的心肌細胞PANoptosis

在體外構(gòu)建的缺氧/復(fù)氧（H/R）模型中，ZBP1表達隨復(fù)氧時間延長而逐漸升高。為明確其功能，研究者利用心肌細胞特異性ZBP1敲除小鼠模型發(fā)現(xiàn)，ZBP1缺失顯著抑制了PANoptosis相關(guān)標志物的表達，包括焦亡（GSDMD-N）、凋亡（Cleaved CASP3）和壞死（p-RIPK3）。此外，ZBP1缺失還降低了細胞膜破裂（PI染色陽性）、LDH釋放及CASP3活性，表明其有效減輕H/R誘導(dǎo)的心肌細胞死亡。值得注意的是，該保護作用獨立于cGAS-STING信號通路及IFN-I和NF-κB炎癥通路，提示ZBP1主要通過直接調(diào)控細胞死亡機制而非炎癥反應(yīng)發(fā)揮作用。

3. 心肌細胞特異性ZBP1缺失改善I/R損傷并減少PANoptosis

在體內(nèi)實驗中，心肌細胞特異性ZBP1敲除小鼠（ZBP1^fl/flMyh6+）在I/R損傷后表現(xiàn)出顯著的心肌保護作用。TTC/EB染色結(jié)果顯示，其心肌梗死面積明顯小于對照組，血清LDH水平亦顯著下降。EBD和TUNEL染色進一步證實，ZBP1缺失減少了心肌細胞的壞死與凋亡。Western blot分析顯示，PANoptosis相關(guān)蛋白（Cleaved CASP3、p-RIPK3、GSDMD-N）表達水平顯著下降。長期觀察發(fā)現(xiàn)，ZBP1缺失可改善28天后的心臟功能（如EF升高、LVID減小），并減輕心肌纖維化，提示其在I/R損傷急性期及慢性重構(gòu)階段均具有保護作用。

4. ZBP1過表達誘導(dǎo)心肌細胞PANoptosis并導(dǎo)致心力衰竭

為驗證ZBP1的致病作用，研究者構(gòu)建了心肌細胞特異性ZBP1過表達小鼠模型（ZBP1^TGMyh6+）。結(jié)果顯示，ZBP1過表達在8周后誘導(dǎo)出明顯的心功能不全，包括左室射血分數(shù)（EF）下降、左室內(nèi)徑（LVID）增大，以及心臟重量/體重比和肺重/脛骨長度比升高。組織學(xué)分析顯示心肌纖維化顯著增加，心衰標志物BNP、MYH7和Collagen I表達上調(diào)。TUNEL和EBD染色顯示心肌細胞凋亡和壞死顯著增加。Western blot進一步證實，PANoptosis相關(guān)蛋白（Cleaved CASP3、p-RIPK3、GSDMD-N、Cleaved CASP8）表達升高，而RIPK1無明顯變化，提示ZBP1足以誘導(dǎo)心肌細胞PANoptosis并導(dǎo)致心力衰竭。

5. ZBP1通過形成非經(jīng)典PANoptosome復(fù)合物驅(qū)動PANoptosis

研究揭示，ZBP1可與RIPK3、CASP8和CASP6形成蛋白復(fù)合物，而不依賴于傳統(tǒng)PANoptosome組分如RIPK1、NLRP3或ASC，提示其構(gòu)成一種非經(jīng)典的PANoptosome。免疫共沉淀和免疫熒光實驗證實，ZBP1與上述蛋白在心肌細胞中存在物理相互作用，并在ZBP1過表達小鼠心肌組織中呈現(xiàn)共定位。進一步實驗表明，ZBP1缺失可阻斷RIPK3與CASP8/CASP6的相互作用，而RIPK3與RIPK1的結(jié)合不受影響。CASP6和RIPK3對復(fù)合物的形成至關(guān)重要，CASP8則主要影響自身結(jié)合。此外，ZBP1過表達增強了RIPK3與CaMKII的相互作用并促進其磷酸化，提示其可能通過CaMKII通路介導(dǎo)心肌細胞死亡。

6. 小分子抑制劑MSB可阻斷ZBP1介導(dǎo)的PANoptosis并緩解I/R損傷

通過結(jié)構(gòu)虛擬篩選，研究者發(fā)現(xiàn)小分子MSB可與ZBP1蛋白結(jié)合（KD = 725 nM），并有效阻斷其與RIPK3、CASP8、CASP6的相互作用。體外實驗中，MSB顯著減少H/R誘導(dǎo)的心肌細胞死亡，包括PI染色陽性細胞數(shù)、LDH釋放和CASP3活性。在小鼠I/R模型中，MSB預(yù)處理顯著減少心肌梗死面積、血清LDH水平和TUNEL陽性細胞數(shù)。7天后的心臟功能評估顯示，MSB可改善射血分數(shù)EF并減少心肌纖維化。上述結(jié)果表明，MSB通過靶向ZBP1阻斷PANoptosome組裝，具有良好的心肌保護作用，展現(xiàn)出潛在的臨床應(yīng)用價值。

【實驗結(jié)論】

本研究系統(tǒng)揭示了ZBP1在成人心肌細胞中通過誘導(dǎo)非經(jīng)典PANoptosome（ZBP1/RIPK3/CASP8/CASP6）復(fù)合物形成，驅(qū)動PANoptosis，進而加劇心肌I/R損傷。心肌細胞特異性ZBP1缺失可有效緩解I/R誘導(dǎo)的心肌細胞死亡和心臟功能障礙，而ZBP1過表達則足以誘導(dǎo)心衰。小分子MSB可通過靶向ZBP1阻斷PANoptosome組裝，顯著緩解I/R損傷，提示ZBP1是一個有前景的治療靶點。

Zhang X, Song S, Huang Z, Zeng L, Song Y, Li M, Liu C, Cai F, Wang T, Yu P, Ge J, Sun A. Z-DNA-binding protein 1 exacerbates myocardial ischemia?reperfusion injury by inducing noncanonical cardiomyocyte PANoptosis. Signal Transduct Target Ther. 2025 Oct 7;10(1):333. doi: 10.1038/s41392-025-02430-5. PMID: 41052986; PMCID: PMC12501347.