張敏 李志堅 王亞敏

細胞凋亡、壞死、自噬是經(jīng)典的細胞死亡方式，在眼部疾病中已有了較多的研究。而細胞焦亡是近些年來發(fā)現(xiàn)的新的細胞死亡方式，在各種系統(tǒng)性疾病中已有報道，為多種疾病的防治帶來了希望。迄今為止老年性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)、白內(nèi)障等眼部疾病的發(fā)病機制仍不明確，但近些年來細胞焦亡在眼部疾病的研究中取得了一些進展，為這些疾病的發(fā)病機制及治療提供了新的思路，也為治療這些疾病帶來了希望。

1細胞焦亡概述

細胞焦亡是繼細胞凋亡和壞死之后發(fā)現(xiàn)的一種新的細胞程序性、伴有炎性因子參與的死亡方式[1]。細胞焦亡與凋亡相似，表現(xiàn)為細胞核皺縮、外吐小泡、DNA斷裂、Annexin V及TUNEL染色陽性；同時也與壞死的細胞相似，表現(xiàn)為細胞腫脹破裂、釋放胞內(nèi)容物，并引起炎癥反應，因此細胞焦亡又被稱為細胞炎性壞死[2-3]。

研究已證明，在人和小鼠的細胞內(nèi)存在兩種死亡方式，分別為經(jīng)典焦亡途徑和非經(jīng)典焦亡途徑，細胞受到不同的刺激時通過不同的信號通路啟動焦亡途徑。(1)經(jīng)典焦亡途徑：首先不同的NOD樣受體(NOD-like receptor，NLR)蛋白對相應的刺激信號產(chǎn)生選擇性應答，接著半胱天冬氨酸酶1前體(precursor caspase-1，Pro-caspase-1)通過接頭蛋白凋亡相關(guān)微粒蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARO，ASC)與NLR受體蛋白連接，從而形成一個高分子復合物，即含caspase-1經(jīng)典性小體，Pro-caspase-1二聚體化，激活自身蛋白酶活性，自身剪切成有催化活性的caspase-1，caspase-1激活GasderminD蛋白(GSDMD)，誘導細胞焦亡的發(fā)生，使成熟的白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)和IL-18分泌到細胞外。(2)非經(jīng)典焦亡途徑：即人的caspase-4/5或小鼠的caspase-11以胞內(nèi)受體的方式結(jié)合細菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，導致caspases水解活性被激活，直接剪切GSDMD，誘導細胞裂解死亡，同時caspase-1在非經(jīng)典焦亡途徑中同樣被NLRP3(NLR受體的一種)和ASC的結(jié)合體活化，將無活性的IL-1β前體(precursor interleukin-1β，Pro-IL-1β)較為成熟的IL-1β釋放到細胞外。不論是經(jīng)典焦亡途徑還是非經(jīng)典焦亡途徑，最終均由執(zhí)行蛋白GSDMD執(zhí)行焦亡[4-5]。GSDMD被活化后的炎性caspase切割后釋放有活性的N端結(jié)構(gòu)域，并同源集聚形成多聚體，與細胞膜內(nèi)磷脂酰肌醇磷酸和磷脂酰甘油等脂類特異性結(jié)合，從細胞內(nèi)部貫穿于質(zhì)膜，形成水通道，破壞質(zhì)膜的完整性，導致細胞腫脹而焦亡，同時細胞因子IL-1β和IL-18被釋放到細胞外，募集其他炎性細胞并擴大炎癥反應[6-8]。

2細胞焦亡在眼部相關(guān)疾病中的研究

2.1細胞焦亡在AMD中的研究AMD是一種進行性疾病，其特點是視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)退化，黃斑區(qū)光感受器萎縮[9-10]。AMD是影響≥50歲人群的常見的眼部疾病，正逐漸成為世界范圍內(nèi)的一個主要健康問題。AMD晚期呈現(xiàn)出兩種不同類型：脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV，濕性)和地圖樣萎縮(geographic atrophy，GA，干性)。目前CNV可以通過抗血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)治療來進行臨床管理[11]。然而還沒有有效的治療方法來緩解GA。

血中同型半胱氨酸水平隨著年齡的增長而升高，已有研究表明高同型半胱氨酸血癥與AMD發(fā)病機制有關(guān)。Singh等[12]提出一個新穎的AMD發(fā)病機制假說：高同型半胱氨酸血癥的損傷啟動視網(wǎng)膜組織中的炎癥反應，從而啟動AMD疾病進程，產(chǎn)生的炎癥因子介導細胞焦亡啟動，接著通過對各種免疫因子及視網(wǎng)膜各種細胞受體上調(diào)，導致非特異性免疫及特異性免疫反應，致使白細胞滲透和局部組織破壞，引發(fā)慢性炎癥性變化，包括晚期新生血管化。對炎癥分子和細胞焦亡的中心事件進行研究可能有助于阻滯甚至阻止老年人群中的AMD疾病進程。該假設還需進一步研究來證實。

AMD進程中各種視網(wǎng)膜細胞的死亡方式也無明確定論。近期有部分動物研究給出了一些思路。Chen等[13]研究發(fā)現(xiàn)IL-1β、IL-18和IL-17A可以通過細胞焦亡、壞死性凋亡和凋亡誘導鼠的多效視網(wǎng)膜干細胞(multipotent retinal stem cell，RSC)死亡，它們還會引起RSC的促炎反應，通過caspase-1的激活促進IL-1β和IL-18的成熟，該過程是細胞焦亡中的一部分。但此研究有局限性，RSC不是分化成熟的視網(wǎng)膜細胞，并不能說明成熟視網(wǎng)膜細胞的情況。Gao等[14]在大鼠眼內(nèi)注射淀粉樣蛋白，引起眼內(nèi)炎癥反應，然后檢測RPE細胞的死亡方式，發(fā)現(xiàn)了在嚙齒動物眼中NLRP3炎癥因子激活RPE細胞焦亡和凋亡途徑的證據(jù)，并且證實了GSDMD的裂解與RPE中的炎癥激活有關(guān)，為該模型的細胞焦亡參與提供了分子基礎。光感受器萎縮是AMD的一個特征，Viringipurampeer等[15]研究發(fā)現(xiàn)在視網(wǎng)膜退化模型P23H視紫紅質(zhì)突變鼠中，不同的信號通路被激活，視桿細胞死亡途徑主要是細胞壞死，而視錐細胞死亡途徑主要是細胞焦亡，該研究還發(fā)現(xiàn)死亡細胞的臨近細胞死亡是通過P2RX7細胞表面受體介導的，說明細胞的死亡可以相互傳播。

光的氧化損傷和NLRP3炎癥因子的激活已被證實是AMD的影響因素。NLR受體對不同刺激信號選擇性應答是細胞焦亡通路的起始。Tseng等[16]通過對AMD患者和非AMD患者眼組織進行NLRP3染色，發(fā)現(xiàn)在GA和CNV患者的RPE中發(fā)生了NLRP3上調(diào)，在人視網(wǎng)膜色素上皮細胞19系(human retinal pigment epithelium-19，ARPE-19)細胞中，溶酶體的不穩(wěn)定誘發(fā)了NLRP3炎癥因子活化，從而誘導出啟動細胞焦亡的有效促炎細胞因子IL-1β的分泌，這些過程可能構(gòu)成了AMD發(fā)病的新機制。Brandstetter等[17]用藍光照射原代視網(wǎng)膜色素上皮(primary retinal pigment epithelium，pRPE)細胞和未轉(zhuǎn)化的ARPE-19細胞導致細胞凋亡，然而預先用IL-1α和補體成分5a受體1(complement component 5a receptor 1，C5a)等炎癥因子預處理組則表現(xiàn)為細胞焦亡，說明諸如IL-1α和C5a等物質(zhì)引起的炎癥反應改變了細胞死亡機制，使細胞從凋亡到細胞焦亡；該研究還表明有脂褐素積累的RPE細胞中，光氧化損傷導致了NLRP3炎癥因子的激活，并釋放出IL-1β和IL-18，通過抑制caspase-1或cathepsins B/L來抑制炎癥因子激活可以顯著減少細胞死亡，進一步證實了細胞焦亡的發(fā)生。

這些研究表明在AMD的發(fā)病及進程中，細胞焦亡參與了不同類型的視網(wǎng)膜細胞的死亡。炎癥因子激活也是激活細胞焦亡的重要環(huán)節(jié)，而細胞焦亡并不是獨立的，與其他細胞死亡方式之間也有交叉。炎癥因子在細胞間的傳遞還會導致死亡的播散。由此可看出細胞焦亡的研究在AMD的發(fā)病機制及治療方面有重要的價值。

2.2細胞焦亡在年齡相關(guān)性白內(nèi)障中的研究白內(nèi)障作為一個全球性的問題是老年人失明的主要原因，幾乎占了視力殘疾者的一半。手術(shù)已經(jīng)成為治療白內(nèi)障的一種有效的方法，但是存在手術(shù)并發(fā)癥的風險。了解白內(nèi)障的發(fā)病機制可能會預防白內(nèi)障的發(fā)展，從而減少全世界范圍內(nèi)的白內(nèi)障負擔。

晶狀體上皮細胞死亡是非先天性白內(nèi)障起始和進展的細胞基礎。Jin等[18]研究發(fā)現(xiàn)白內(nèi)障患者晶狀體前囊膜組織中caspase-1和IL-1β的mRNA和蛋白表達比正常對照組顯著增加。在H2O2處理過的晶狀體上皮細胞中加入caspase-1抑制劑，與只用H2O2處理過的晶狀體上皮細胞組相比，細胞焦亡顯著減少，caspase-1和IL-1β的mRNA和蛋白表達也顯著減少。細胞焦亡參與了晶狀體上皮細胞的氧化，并可能涉及非先天性白內(nèi)障的啟動和進展。

KCNQ1OT1可以調(diào)節(jié)在Kcnq1區(qū)域內(nèi)特定組織的印跡基因的表達。印跡基因是細胞凋亡的積極調(diào)控因子，而細胞凋亡參與了白內(nèi)障形成，印跡基因可為白內(nèi)障治療提供新的治療靶點。Jin等[19]研究發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA KCNQ1OT1通過miR-214激活了caspase-1焦亡途徑，促進了白內(nèi)障形成，caspase-1是miR-214的下游目標，KCNQ1OT1的敲除減少了caspase-1的表達，說明KCNQ1OT1-miR-214-caspase-1調(diào)控途徑是促進白內(nèi)障形成的一種新的機制。該新型白內(nèi)障形成機制的發(fā)現(xiàn)可為今后研究白內(nèi)障預防和治療的新策略提供了依據(jù)。

2.3細胞焦亡在角膜炎中的研究角膜炎是導致角膜潰瘍的主要原因，會導致患病者視力障礙和失明。髓系細胞觸發(fā)受體2(triggering receptor expressed on myeloid cells，TREM2)中表達的受體是一種新型的細胞表面受體，在感染性疾病中作為免疫調(diào)節(jié)受體起作用。Qu等[20]研究了TREM2在銅綠假單胞菌角膜炎中的功能和調(diào)節(jié)機制。發(fā)現(xiàn)缺乏TREM2鼠比野生型鼠角膜炎更嚴重。這是由于缺乏TREM2導致caspase-1增加和隨后細胞焦亡的激活及IL-1β釋放。此外caspase-1抑制劑抑制細胞焦亡后，不僅逆轉(zhuǎn)了缺乏TREM2小鼠的嚴重角膜病變，而且恢復了因TREM2缺乏導致的銅綠甲單胞菌的清除抑制。該研究表明通過抑制caspase-1依賴的細胞焦亡，TREM2能促進宿主對銅綠假單胞菌的抵抗，為TREM2的抗細菌免疫提供了新的見解，同時也為銅綠假單胞菌性角膜炎的治療提供了新的方向。

2.4細胞焦亡在閉合性眼爆炸傷中的研究眼外傷是全球第4大導致失明的原因。Bricker-Anthony等[21]用小鼠閉合性眼爆炸傷模型對眼閉合性爆照傷后的損傷及其機制進行了研究。發(fā)現(xiàn)過度壓力的空氣沖擊波會導致視網(wǎng)膜的所有層面發(fā)生分子和細胞的變化，導致區(qū)域性非凋亡細胞死亡和視力下降。爆炸傷傷后第3天在視網(wǎng)膜內(nèi)核層(inner nuclear layer retina，INL)發(fā)現(xiàn)caspase-1標記陽性細胞，主要位于中邊緣視網(wǎng)膜，至28 d時80%的視網(wǎng)膜出現(xiàn)caspase-1陽性細胞，貫穿整個INL內(nèi)部。Caspase-1是通過無軸突細胞之間的縫隙連接傳播到鄰近細胞的。證明了細胞焦亡參與了閉合性眼爆炸傷的延遲性視力損傷，但其具體焦亡途徑還有待進一步研究。

2.5細胞焦亡在三苯氧胺的視網(wǎng)膜毒性中的研究三苯氧胺(tamoxifen)是一種非甾體類雌激素受體拮抗劑，它被廣泛應用于低劑量的治療中，作為治療某些形式的乳腺癌的輔助療法。三苯氧胺可以導致角膜毒性、白內(nèi)障、視網(wǎng)膜病變和視神經(jīng)病變。據(jù)報道，接受治療患者的眼毒性副作用的發(fā)生率從6.3%到12.0%不等。其藥物毒性最大的不良反應是黃斑病變。

Kim等[22]的研究發(fā)現(xiàn)在三苯氧胺作用的RPE細胞中出現(xiàn)caspase-1的激活和隨后產(chǎn)生的成熟的IL-1β和細胞焦亡的激活，證明了NLRP3炎癥因子的作用。加入caspase-1抑制劑后部分減少了細胞死亡，這表明雖然caspase-1確實與三苯氧胺介導的RPE細胞死亡有關(guān)，但細胞死亡并不主要是細胞焦亡引起的，還有其他途徑。在ARPE-19細胞中最初表現(xiàn)出溶酶體不穩(wěn)定，隨后釋放了cathepsins B、cathepsins L，該物質(zhì)在啟動多種細胞死亡機制中起著重要作用，包括細胞焦亡、凋亡和壞死性凋亡。對cathepsins B、cathepsins L雙重抑制完全阻止了由三苯氧胺引起的RPE細胞死亡。Cathepsins B和L的抑制劑可能是藥物抑制劑開發(fā)的可行性選擇。

3展望

細胞焦亡為許多病因不明的眼部疾病提供了新的思路。目前在AMD的發(fā)生機制中研究較多，且發(fā)現(xiàn)細胞焦亡參與了視錐細胞、RPE細胞及多效視網(wǎng)膜干細胞死亡，但并不是單一因素，其共同的上游調(diào)控因子的發(fā)現(xiàn)可能為治療AMD提供希望。細胞焦亡在白內(nèi)障中也起一定作用，其通路上游基因抑制劑也許能減緩非先天性白內(nèi)障的發(fā)展，但是否與其他通路間有相互影響，有沒有共同的調(diào)控基因存在，這些問題仍需進一步研究。細胞焦亡目前在眼部疾病中的研究較少，其前景十分值得期待。