摘要：细胞焦亡是新近发现的一种程序性细胞死亡形式, 通过不同激活途径在多种疾病的发病及疾病演进中起重要作用。随着研究的深入, 目前细胞焦亡在心血管疾病、肿瘤、感染性疾病及自身免疫性疾病中的作用备受关注。本文旨在探讨细胞焦亡与相关疾病关系的研究进展, 为进一步阐明疾病的发病机制提供新思路, 为获得有效的防治措施提供可能。

　　细胞焦亡 (Pyroptosis) 又称细胞炎性坏死, 是新近发现的一种程序性细胞死亡形式[1]。不同于细胞凋亡, 细胞焦亡本质上依赖于半胱天冬氨酸蛋白酶-1 (caspase-1) 的激活, 表现为细胞不断膨大直至胞膜破裂, 导致胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应[2]。目前已有大量研究证实, 细胞焦亡参与了多种疾病的发生发展过程。本文现就近年来细胞焦亡与相关疾病研究进展综述如下。

细胞焦亡在相关疾病中的作用综述

　　1、细胞焦亡激活途径

　　1.1、经典细胞焦亡途径

　　目前普遍认为依赖caspase-1的细胞焦亡途径即为经典细胞焦亡途径[3]。现已证实caspase-1诱发的细胞焦亡由一系列能形成炎性小体的模式识别受体所触发[4]。每个炎性小体包含1个caspase的激活和募集域 (CARD) 和/或1个PYRIN域 (PYD) , 仅含有PYD的炎性小体需通过特殊接头蛋白 (Apoptosis-associated speck-like protein, ASC) 进行信号转导, 含CARD的炎性小体则可通过ASC或直接与caspase-1信号转导[4-5]。其中最常见的是NOD样受体 (Nod like receptors, NLRs) 即NLRP1、NLRP2、NLRP3及NLRC4等, 通过识别同源配体的方式与ASC结合, 形成大分子复合物, 进而激活caspase-1, 促进IL-1β及IL-18的分泌, 诱导细胞焦亡[6]。老鼠和人类的巨噬细胞和树突状细胞是caspase-1依赖的焦亡的主要细胞类型[2]。

　　1.2、非经典细胞焦亡途径

　　值得注意的是细胞焦亡也存在非经典途径。研究发现, 小鼠caspase-11仅可被革兰阴性菌感染激活, 此过程中革兰阴性菌的内毒素脂多糖直接在胞质内与caspase-11的CARD结合, 活化的caspase-11通过未知机制控制NLRP3炎性体依赖的caspase-1裂解[5]。人类由于缺乏caspase-11, 这种细胞内脂多糖相关信号通路目前尚不清楚。但另有研究表明, 人类caspase-4、caspase-5作为caspase-11相似物, 能直接与脂多糖结合, 激活与caspase-11类似的细胞焦亡过程[7]。非经典的细胞焦亡途径相关机制尚不明确, 故需更多的研究进一步深入探索。

　　2、细胞焦亡与相关疾病

　　2.1、心血管疾病

　　目前细胞焦亡在心血管系统中的作用已在多种心血管疾病中得以证实。近年来, 国内学者研究发现冠状动脉粥样硬化患者主动脉NLRP3炎性小体的表达明显高于正常对照者, 且其表达水平与冠脉疾病的严重程度及动脉粥样硬化的危险因素相关[8]。进一步研究发现NLRP3相关的下游分子 (ASC、caspase-1、IL-1β及IL-18) 在动脉粥样硬化斑块中的表达明显高于非动脉粥样硬化血管, 且其表达的上调与斑块的脆性密切相关, 提示NLRP3炎性小体激活介导动脉粥样硬化病变的演进[9]。通过小鼠心肌炎动物模型研究发现, 1, 25-二羟基维生素D3能够抑制心肌细胞焦亡信号通路阻止心肌细胞死亡, 使1, 25-二羟基维生素D3治疗后的心肌炎小鼠病情状况普遍得以改善[10]。Jeyabal P等[11]研究还发现, 高血糖环境下miRNA-9可通过作用于蛋白ELAVL1 (ELAV-like protein 1) , 继而抑制caspase-1及IL-1β在心脏及心肌细胞中的表达, 阻遏高糖诱导的心肌细胞焦亡, 这为糖尿病心肌病提供了可能的治疗靶点。此外, 通过2型糖尿病小鼠模型发现, NLRP3炎性小体基因沉默也可抑制caspase-1及IL-1β在心脏及心肌细胞中的表达, 这提示NLRP3也可能参与了糖尿病心肌病的发生, 其基因沉默对糖尿病心肌病有保护作用[12]。另外, NLRP3炎性小体还被证实可通过无菌炎症反应信号诱导细胞焦亡而参与心肌梗塞的发生, 抑制NL-RP3的激活可有效改善心室重构及心脏功能[13]。总之, 不同途径激活的细胞焦亡参与了多种心血管疾病的发病过程, 目前还需大量研究探索其中可能存在的相同通路及相互作用机制, 才可能为心血管疾病的有效防治提供新途径。

　　2.2、肿瘤性疾病

　　现今关于细胞焦亡在肿瘤性疾病中的作用也引起了极大关注。一项采用5-氟尿嘧啶处理胃癌细胞系以探索胃癌化疗机制的研究发现, gasdermin家族中的GSDME能将化疗药物诱导的caspase-3依赖的细胞凋亡转换胃癌细胞焦亡, 进而达到治疗目的[14]。还有研究表明, 在肝癌组织及细胞中细胞凋亡过程往往是受到抑制的, 在体内、体外实验使用黄连素均能诱导细胞凋亡而使肝癌细胞的活力、侵袭及迁移能力减弱, 相反加入caspase-1抑制剂会致使黄连素对肝癌细胞的作用得以解除, 提示通过caspase-1诱导的细胞凋亡在肝癌的发病中有着重要作用, 可能成为肿瘤治疗的新靶点。此外, 为探索肝X受体 (Liver X receptors, LXRs) 抗癌特性的分子机制, Derangère V等采用人及小鼠结肠癌细胞作为研究对象的发现, LXRβ通过激活caspase-1、NLRP3炎性小体进而诱导结肠癌细胞焦亡而导致癌细胞的死亡。Nathalia Pizato等用DHA (docosahexaenoic acid) 处理乳腺癌细胞也发现, DHA可以激活caspase-1及gasdermin D, 增加IL-1β的分泌, 导致细胞膜孔隙的形成, 最终通过细胞焦亡导致乳腺癌细胞的死亡, 而caspase-1抑制剂可使乳腺癌细胞免于DHA诱导的细胞焦亡。由此可见, 在各类肿瘤的发生发展中, 肿瘤细胞焦亡往往作为一种保护机制发挥作用, 这个过程与炎性小体及caspase激活密切相关, 但此过程有很多细胞因子及其作用途径尚不明确, 亟待深入研究予以明确。

　　2.3、感染性疾病

　　细胞焦亡已被证实与多种病菌的感染密切相关, 而炎性小体的激活对宿主抵抗各类病菌的感染至关重要。有研究发现感染了鼠伤寒沙门氏菌、伯克氏菌、绿脓假单胞菌的巨噬细胞中会有NLRC4炎性小体的激活, 进而在相关因子的作用下使病原体得以清除;干扰素调节因子8 (Interferon regulatory factor 8, IRF8) 也可通过NLRC4炎性体介导的细胞因子的产生及细胞焦亡的发生而使机体免于遭受病原体的侵袭。另有研究表明, 鼠伤寒沙门氏菌和嗜肺军团菌侵入宿主细胞胞质后可激活caspase-11, 进而增强机体细菌清除作用。上述研究提示病原体感染机体时细胞焦亡可作为一种宿主防御机制。然而, 细胞焦亡的过度激活亦可造成机体的损伤。一项纳入了60例创伤患者及10例健康对照者的队列研究发现, 相较于未发生败血症者, 发展成为败血症的33例创伤患者在创伤发生的24h内有更高的单核细胞凋亡及焦亡发生率, 更高的血清IL-6、IL-18及MCP-1水平, 且单核细胞焦亡的发生率与创伤严重度评分、血清IL-6、IL-18及MCP-1水平密切相关, 并提示单核细胞焦亡率或许能成为创伤患者发生败血症的可能预测指标。国内学者研究还发现, 肠病毒71及柯萨奇病毒B3的感染, 均可导致caspase-1激活, 进而致使IL-1β及IL-18表达增加, 最终导致宿主细胞焦亡, 此过程中使用caspase-1抑制剂可以明显缓解病毒感染小鼠的疾病症状, 显着降低两类肠病毒的复制情况, 提示细胞焦亡参与肠病毒71及柯萨奇病毒B3感染过程, caspase-1抑制剂治疗对感染此类肠病毒的宿主大有裨益。由此可见, 细胞焦亡作用对感染宿主的利弊大多取决于感染病原菌的种类。

　　2.4、自身免疫性疾病

　　值得注意的是目前也有大量研究集中在细胞焦亡与自身免疫性疾病关系的探索。有研究发现, caspase-1基因敲除的类风湿关节炎小鼠其关节的炎性反应及关节软骨的退化明显得以缓解, 提示caspase-1在类风湿性关节炎发病中的重要作用。还有研究发现, 抑制嘌呤受体P2X4的表达可显着降低IL-1β的血清水平, 进而抑制NL-RP1炎性小体的激活, 最终减弱了关节的炎症及损伤。上述研究提示caspase-1及NLRP1炎性体介导的细胞焦亡与类风湿性关节炎有关。此外, 有研究也显示核分子U1-snRNP可通过结合自身抗体而刺激系统性红斑狼疮 (Systemic lupus erythematosus, SLE) 患者单核细胞中的NLRP3炎性小体活化, 进而引起IL-1β的产生诱导细胞焦亡。研究SLE患者血液中分离的中性粒细胞胞外网格 (Neutrophil extracellular traps, NETs) 发现, SLE患者巨噬细胞中有大量由NETs刺激产生的NLRP3炎性小体, NETs也可直接激活caspase-1, 致使IL-1β及IL-18的大量分泌并诱导细胞焦亡, 这表明细胞焦亡参与NETs介导的SLE的发病过程中。此外, NLRP3炎性小体及caspase-1蛋白及基因在狼疮性肾炎组织中表达也是上调的, 通过抑制其表达, 狼疮性肾炎患者的症状将得以明显缓解。鉴于自身免疫性疾病的确切发病机制尚不明确, 缺乏有效的防治方法, 目前细胞焦亡在自身免疫性疾病中的研究或许可为该病的防治带来新的突破。

　　细胞焦亡通过不同的激活途径在各类炎性小体及炎性因子的介导下参与了多种疾病的发生发展并影响着病情严重程度。虽目前已证实细胞焦亡的发生与炎性小体及caspase的激活密切相关, 但是在此过程中还有很多细胞因子及其作用途径尚不明确。从细胞焦亡的角度进一步深入探索, 可能会为现今各类疾病发病机制阐明及有效防治措施的探寻提供新思路。