王煥煥 呂勃

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院（哈爾濱 150000）

細(xì)胞死亡對調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)細(xì)胞的增殖和分化平衡、維持組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要［1］。許多因素均可導(dǎo)致細(xì)胞的意外死亡，但現(xiàn)在已經(jīng)逐漸發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在必要時(shí)也可以主動的參與細(xì)胞死亡，這種受調(diào)控的細(xì)胞死亡方式叫做程序性細(xì)胞死亡（PCD）。程序性細(xì)胞死亡對許多生理過程必不可少，包括器官的發(fā)育、上皮細(xì)胞的更新和淋巴細(xì)胞的分化等［1］，例如：人體大約由1014個細(xì)胞組成的，每天有數(shù)百萬的細(xì)胞通過凋亡的方式被清除，代之以新生細(xì)胞以維持器官等的正常功能。細(xì)胞凋亡是第一種被廣泛認(rèn)知的真核細(xì)胞程序性死亡方式，其發(fā)生時(shí)有細(xì)胞皺縮、染色質(zhì)聚集、DNA斷裂、磷脂酰絲氨酸（PS）由質(zhì)膜內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)至外側(cè)、釋放凋亡小體且不伴隨炎癥反應(yīng)等的特點(diǎn)，目前還發(fā)現(xiàn)有其他細(xì)胞死亡方式包括自噬、壞死、角化性細(xì)胞死亡、有絲分裂崩潰、失巢凋、沃勒變性、副凋亡、細(xì)胞焦亡、內(nèi)亡、興奮性中毒、鐵死亡等［2］。例如細(xì)胞焦亡是近年新發(fā)現(xiàn)的一種依賴于不同于細(xì)胞凋亡關(guān)鍵分子caspase?3的caspase的能引起炎癥的程序性細(xì)胞死亡方式，由于其炎性特質(zhì)受到越來越多的關(guān)注。既往研究表明，炎癥參與心臟病發(fā)生發(fā)展的整個過程，從冠狀動脈粥樣硬化癥到冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（冠心?。?、心肌梗死進(jìn)展到心室重構(gòu)和心力衰竭的病理生理過程中始終貫穿著炎癥因子的釋放和炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而細(xì)胞焦亡作為新發(fā)現(xiàn)的促炎性細(xì)胞死亡方式參與了以上疾病的發(fā)生發(fā)展過程，這一發(fā)現(xiàn)將成為臨床心血管疾病治療的新靶點(diǎn)。

1 細(xì)胞焦亡

細(xì)胞焦亡本質(zhì)上一種程序性細(xì)胞壞死。細(xì)胞焦亡時(shí)，細(xì)胞膜形成孔洞，細(xì)胞逐漸膨脹至細(xì)胞膜破裂，最終導(dǎo)致大量細(xì)胞內(nèi)容物釋放，激活強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)［3］。

1.1細(xì)胞焦亡的發(fā)現(xiàn)2001年，COOKSON等［4］在沙門菌感染的巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了依賴于天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶1（Caspase?1）的細(xì)胞死亡方式，并首次提出了“細(xì)胞焦亡”來形容在這種不同于細(xì)胞凋亡的細(xì)胞死亡方式。和凋亡相似，焦亡也涉及caspase蛋白，也正是由于這個原因，細(xì)胞焦亡長時(shí)間被混淆為凋亡。盡管細(xì)胞焦亡中也會出現(xiàn)DNA斷裂［5］、AnnexinV染色陽性［6］、PS分布異常，脫氧核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標(biāo)記（TU?NEL）染色陽性［5］，染色質(zhì)聚集和依賴caspase等細(xì)胞凋亡的特點(diǎn)，但細(xì)胞焦亡是無論是從形態(tài)還是機(jī)制上都與其他細(xì)胞死亡方式不同。

1.2細(xì)胞焦亡的特征

1.2.1caspase?1依賴于caspase是細(xì)胞焦亡的特征，cas?pase?1是介導(dǎo)細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶。雖然細(xì)胞凋亡也依賴于caspase，但caspase?1在細(xì)胞凋亡過程中不會出現(xiàn)，caspase?1基因敲除的小鼠的細(xì)胞凋亡不受影響且能正常發(fā)育［7?8］。細(xì)胞凋亡的特異性標(biāo)志物 caspase?3、caspase?6、caspase?8 等不參與細(xì)胞焦亡［9］，凋亡 caspase的底物如：ADP、caspase活化相關(guān)的DNA酶抑制物（ICAD）等也不參與細(xì)胞焦亡［10］。能激活凋亡caspase的刺激因素如：線粒體完整性的缺失，細(xì)胞因子C的釋放等在細(xì)胞焦亡中也同樣不存在［11］。

1.2.2細(xì)胞膜完整性細(xì)胞凋亡的特征之一是細(xì)胞膜保持完整。而在caspase?1的影響下，細(xì)胞焦亡的發(fā)生過程中常伴隨著直徑1～2 nm的細(xì)胞膜孔洞形成［10-12］，這些孔洞允許小分子物質(zhì)通過，比如溴化乙錠（ethidium bromide）［13?14］、碘化丙錠（propidium iodide，PI），所以發(fā)生焦亡的細(xì)胞染色為陽性，而這一特點(diǎn)是細(xì)胞凋亡所沒有的。

1.2.3細(xì)胞大小和炎癥細(xì)胞焦亡細(xì)胞膜上的孔洞使胞內(nèi)滲透壓改變，水內(nèi)流，細(xì)胞滲透性脹裂導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物釋放誘發(fā)炎癥。而細(xì)胞凋亡中細(xì)胞膜內(nèi)陷包裹形成凋亡小體阻止了細(xì)胞內(nèi)容物的外溢從而避免了炎癥反應(yīng)的發(fā)生。在死亡細(xì)胞的大小來看，不同于脹大的焦亡細(xì)胞，細(xì)胞凋亡通常是皺縮的［10，15］。

1.2.4DNA降解無論是細(xì)胞焦亡還是細(xì)胞凋亡均發(fā)生DNA的降解。細(xì)胞凋亡時(shí)，caspase活化脫氧核糖核酸酶抑制劑（ICAD）水解使caspase活化脫氧核糖核酸酶（CAD）釋放增加，CAD促使細(xì)胞染色質(zhì)斷裂為180 bp左右的DNA片段；而細(xì)胞焦亡的DNA降解是由一種未知的caspase活化的核酸酶介導(dǎo)的，而且降解的DNA產(chǎn)物也與細(xì)胞凋亡不同［10，16］。

1.2.5Gasdermin DGasdermin D（GSDMD）是一種典型的Gasdermin蛋白家族成員，也有人稱之為打孔蛋白，近期發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞焦亡中起到重要作用。研究發(fā)現(xiàn)［17］：GSDMD缺失的巨噬細(xì)胞中無論是炎癥小體激活劑或是LPS刺激均不能啟動細(xì)胞焦亡，且凋亡相關(guān)caspase?3無法激活GSDMD，而焦亡相關(guān)的caspase能直接或間接作用于GSDMD誘發(fā)細(xì)胞發(fā)生裂解。DING等［18］證明GSDMD是細(xì)胞焦亡的有效執(zhí)行者，焦亡相關(guān)capsase1/4/5/11等能裂解GSDMD［19］，使其暴露其N端和C端，并促使其N端插入細(xì)胞膜脂質(zhì)層形成細(xì)胞膜孔洞啟動焦亡。

1.3細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制細(xì)胞焦亡分為分子機(jī)制主要分為兩種：依賴于caspase?1的經(jīng)典途徑和依賴caspase4/5/11的非經(jīng)典途徑。

1.3.1經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑依賴caspase?1的促炎性細(xì)胞死亡方式是細(xì)胞焦亡經(jīng)典途徑。caspase?1激活I(lǐng)L?1β和IL?18前體成為有活性的IL?1β和IL?18，而活化的IL?1β和IL?18能介導(dǎo)其他炎癥因子的產(chǎn)生和釋放從而放大炎癥反應(yīng)［20］。細(xì)胞能通過模式識別受體（PRRs）識別細(xì)胞病原體相關(guān)分子（PAMPs）和細(xì)胞死亡產(chǎn)生的損傷相關(guān)分子（DAMPs）觸發(fā)細(xì)胞焦亡，如Toll樣受體（TLRs），Nod樣受體（NLRs）等。TLR在細(xì)胞外刺激的作用下介導(dǎo)腫瘤壞死因子（TNF）、白介素?6（IL?6）和干擾素等介導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子。NLR家族包括Nlrp3，Nlrp1b和Nlrc4等的成員能識別細(xì)菌，病毒和宿主分子衍生物質(zhì)以及細(xì)胞外的毒素、尿酸、病毒相關(guān)的DNA、RNA，石棉和紫外線B輻射等的刺激［21］。這些PRRs通過同源配體的方式與凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC）結(jié)合形成一個復(fù)合物，招募并趨化caspase成為炎癥小體，然后激活caspase?1促進(jìn)IL?1β和IL?18的成熟并激活炎癥反應(yīng)誘發(fā)焦亡［21］。此外caspase?1還可以激活GSDMD，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生，使成熟的IL?1β和IL?18分泌到胞外。

1.3.2非經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑除了caspase?1誘發(fā)細(xì)胞焦亡外，caspase?11［22］和其人的同源性的caspase?4和caspase?5也能誘使巨噬細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡。病原體細(xì)胞在鳥苷結(jié)合蛋白（GBP）作用下發(fā)生裂解，使細(xì)胞內(nèi)的脂多糖（LPS）進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，或有高同型半胱氨酸血癥（HHcy）［23］誘發(fā)的活性氧（ROS）等激活應(yīng)激活化蛋白激酶（JNK）［24］作用并激活caspase?11，活化的caspase?11對GSDMD進(jìn)行剪切，誘發(fā)細(xì)胞焦亡；這種不依賴于caspase?1的細(xì)胞焦亡途徑稱為非經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑。

2 細(xì)胞焦亡與心血管疾病

2.1冠狀動脈粥樣硬化冠狀動脈粥樣硬化是冠狀動脈血管發(fā)生粥樣硬化病變從而引起冠狀動脈管腔狹窄而引起的疾病。高齡、血脂異常、高血壓、吸煙、糖尿病、肥胖等都是動脈血管粥樣硬化（AS）的危險(xiǎn)因素，尤其是氧化型低密度脂蛋白（ox?LDL）是促使AS發(fā)生的強(qiáng)而有力的因素。既往認(rèn)為AS中的ox?LDL誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡是細(xì)胞凋亡，但是這僅是通過TUNEL染色陽性來作為依據(jù)，而給予細(xì)胞凋亡抑制劑后，ox?LDL感染的巨噬細(xì)胞的死亡并沒有減少［25］，且死亡細(xì)胞中伴隨著高表達(dá)的caspase?1，而且caspase?3也很少在AS晚期病變中表達(dá)［26］，這些均證明ox?LDL誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡不是細(xì)胞凋亡而是焦亡。近期有研究證明ox?LDL能誘導(dǎo)caspase?1活化、裂解產(chǎn)生IL?1β和IL?18，檢測TUNEL染色陽性等特點(diǎn)［27］，這些結(jié)果均證明細(xì)胞焦亡參與AS中巨噬細(xì)胞死亡過程。

2.2急性心肌梗死和心肌缺血再灌注損傷急性心肌梗死（AMI）目前仍是許多國家病死率居高不下的原因之一，早期缺血再灌注（I/R）是最有效的治療方法［28］。AMI時(shí)，心肌細(xì)胞的急性缺血損傷迅速激活炎癥反應(yīng)，通過多種途徑發(fā)出信號傳導(dǎo)組織損傷，這在AMI中發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。這些信號中就包括TLRs，其能啟動多種炎癥級聯(lián)，包括釋放 pro?IL?1b和 pro?IL?18，此外還能促進(jìn)含 cas?pase?1的炎癥小體的產(chǎn)生。炎癥小體進(jìn)一步活化caspase?1并促進(jìn)pro?IL?1b和pro?IL?18 的成熟從而刺激許多炎癥途徑。此外急性缺血性損傷也導(dǎo)致活性氧（ROS）的快速生成［29］。此外還有人通過比較了AMI患者、穩(wěn)定性心絞痛患者、健康人的血液分析，發(fā)現(xiàn)AMI患者血中的caspase?1、IL?1和IL?18等較其他組明顯升高，這進(jìn)一步說明急性心肌梗死時(shí)細(xì)胞焦亡的參與。

盡管I/R是目前治療AMI的有效方法，但再灌注可能會惡化或加速心肌的損傷，這被稱為心肌缺血再灌注損傷。TAKAHASHI［30］曾經(jīng)用 caspase?1 基因敲除的小鼠行冠狀動脈前降支結(jié)扎然后解除的心肌缺血再灌注模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)caspase?1基因敲除的小鼠炎癥反應(yīng)明顯較正常小鼠減弱，且AMI的面積大小、心肌纖維化程度以及心室射血分?jǐn)?shù)等都顯著減低。這表明抑制AMI后I/R的炎癥反應(yīng)能有效改善AMI患者的預(yù)后。

2.3缺血性心肌病心肌細(xì)胞功能喪失或死亡等是代償性心肌重構(gòu)向失代償性心肌重構(gòu)、心力衰竭的關(guān)鍵因素。缺血性心肌病發(fā)生細(xì)胞死亡是心肌為了適應(yīng)缺血的一種機(jī)制。而更多學(xué)者認(rèn)為發(fā)生心力衰竭至少有部分是心肌細(xì)胞進(jìn)行性喪失的結(jié)果，而細(xì)胞焦亡有可能是細(xì)胞進(jìn)行性喪失的原因之一。

2.4心力衰竭心肌損傷后炎癥反應(yīng)會導(dǎo)致心臟功能紊亂［31］，尤其是會促進(jìn)心臟發(fā)生病理性重塑，進(jìn)而發(fā)展為心力衰竭。對于受損傷的心肌來說，炎癥反應(yīng)是一把雙刃劍，一方面，炎癥反應(yīng)能修復(fù)AMI等的損傷，另一方面，過度的炎癥反應(yīng)加重心室重構(gòu)。曾有研究在心室重構(gòu)的心肌纖維細(xì)胞中檢測到NLRP3炎癥小體的活化［32］，NLRP3由心肌損傷后的ROS刺激活化［33］，在其形成炎癥小體后進(jìn)一步募集其他炎癥因子進(jìn)一步擴(kuò)大炎癥反應(yīng)從而形成惡性循環(huán)，加重心室重塑和心力衰竭。

3 小結(jié)

細(xì)胞死亡既是維持正常組織和器官功能所必需的，又是臨床疾病發(fā)生的主要原因。有效調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡能給疾病的治療帶來新思路，細(xì)胞焦亡作為一種促炎性的細(xì)胞死亡方式在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，所以對細(xì)胞焦亡的調(diào)節(jié)可能成為心血管疾病治療的新策略。