高凡雅，王軍奎，張?，姬新才，潘碩

(1.西安醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710068；2.陜西省人民醫(yī)院，陜西 西安 710068；3. 空軍軍醫(yī)大學(xué)，陜西 西安 710032)

1 細(xì)胞焦亡的特征和信號通路

細(xì)胞死亡或存活在生理病理情況下都具有重要意義，細(xì)胞死亡可分為程序性死亡和非程序性死亡[1]。細(xì)胞程序性死亡是由基因調(diào)控的自主性有序死亡，能夠被細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制劑阻斷，細(xì)胞焦亡、凋亡、自噬均是程序性細(xì)胞死亡的形式；非程序性死亡主要是指接受物理或化學(xué)刺激后細(xì)胞的被動死亡，例如壞死[2]；細(xì)胞焦亡是一種炎性死亡，由氧化應(yīng)激，高血糖，炎癥等病理刺激觸發(fā)，目前在巨噬細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞，心肌細(xì)胞，心臟成纖維細(xì)胞中均能觀察到焦亡的發(fā)生[3]。細(xì)胞焦亡在形態(tài)學(xué)和機(jī)制上不同于凋亡和自噬等其他細(xì)胞程序性死亡，細(xì)胞焦亡以快速的質(zhì)膜破壞和胞內(nèi)白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(IL-18)等炎性介質(zhì)的釋放為特征，能激活強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)[4]。

細(xì)胞焦亡的機(jī)制主要為胱天蛋白酶(Caspase)介導(dǎo)的Gasdermin蛋白活化，包括Caspase-1依賴性的經(jīng)典途徑和涉及Caspase-4，5和Caspase-11的非經(jīng)典途徑[5]。細(xì)胞在炎癥等病理情況下激活NOD樣受體(NLRP3)后，NLRP3可與凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(ASC)結(jié)合，后者的CARD和PYD結(jié)構(gòu)域相互作用并連接Caspase-1，將Caspase-1裂解為成熟體(p10/p20四聚體)。活化的Caspase-1進(jìn)一步識別非活性的IL-β和IL-18前體，并將其轉(zhuǎn)化為成熟的炎性細(xì)胞因子；另一方面，活化的Caspase-1切割Gasdermin家族GSDMD的N端序列從而產(chǎn)生膜孔，膜孔的形成促進(jìn)了炎性因子的釋放，細(xì)胞腫脹，并最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡[6]。

2 焦亡與心血管系統(tǒng)疾病的關(guān)系

越來越多的證據(jù)表明，焦亡可通過介導(dǎo)細(xì)胞死亡和炎癥而參與各種心血管疾病，干預(yù)與焦亡相關(guān)的分子(例如caspase-1，NLRP3，GSDMD和ASC)會顯著影響心血管疾病的進(jìn)展和預(yù)后[7]。因此，深入了解焦亡在心血管疾病中的作用和分子機(jī)制可為心血管疾病的防治提供潛在靶點。

2.1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一種慢性進(jìn)行性疾病，主要特征是血管壁脂質(zhì)異常沉積引起的血流障礙，動脈粥樣硬化斑塊破裂引發(fā)的冠心病和中風(fēng)等疾病是全世界發(fā)病率和死亡率的主要原因[8]。已有研究表明內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞焦亡在動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展中扮演重要角色。

巨噬細(xì)胞是機(jī)體固有免疫系統(tǒng)中的重要細(xì)胞成分，參與了動脈粥樣硬化病變發(fā)展的所有階段，因此巨噬細(xì)胞是一個重要的藥物作用靶點。研究表明，氧化低密度脂蛋白和膽固醇晶體促進(jìn)巨噬細(xì)胞泡沫化的過程中炎性小體NLRP3生成增多，并激活Caspase-1誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞焦亡；巨噬細(xì)胞是IL-1β和IL-18的主要來源，NLRP3基因的沉默可以消除膽固醇晶體誘導(dǎo)的IL-1β分泌，而IL-1β的缺失可改善Apo E-/-小鼠的動脈粥樣硬化[9]。動脈粥樣硬化患者巨噬細(xì)胞中IRF調(diào)節(jié)因子1(IRF-1)表達(dá)上調(diào)，IRF-1的過表達(dá)或抑制均有效地調(diào)節(jié)了Caspase-1的活化、及NLRP3-ASC炎性小體的激活，進(jìn)一步的實驗表明IRF-1誘導(dǎo)的焦亡和下游炎癥反應(yīng)是依賴于活性氧生成的過程[10]。Schmid-Burgk等利用基因組CRISPR篩查發(fā)現(xiàn)NEK7是NLRP3炎癥小體激活的重要成分，并進(jìn)一步證明Nek7敲除的巨噬細(xì)胞Nlrp3炎癥小體反應(yīng)性減弱[11]。

血管內(nèi)皮細(xì)胞是血液和血管壁之間的屏障，也是動脈粥樣硬化病變的起點。用高脂處理內(nèi)皮細(xì)胞24 h后，焦亡相關(guān)分子標(biāo)志物表達(dá)明顯上調(diào)，表明脂質(zhì)誘導(dǎo)了內(nèi)皮細(xì)胞中Caspase-1激活和細(xì)胞焦亡；大體水平上，Caspase-1敲除則通過減弱主動脈炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)和內(nèi)皮細(xì)胞的活性，顯著改善了Apo E-/-小鼠的動脈粥樣硬化[12]。在尼古丁誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化模型中可以通過刺激活性氧增加而激活NLRP3炎性小體，進(jìn)而增加Caspase-1的裂解，IL-1β和IL-18的產(chǎn)生[13]。miR-125a-5p在氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞中水平升高，并通過調(diào)節(jié)雙氧酶TET2增加活性氧的產(chǎn)生來誘導(dǎo)焦亡，其表達(dá)水平的調(diào)節(jié)可能成為動脈粥樣硬化治療策略的潛在靶點[14]。

褪黑素是一種主要在松果體中合成的神經(jīng)內(nèi)分泌激素，具有抗氧化作用，在動脈粥樣硬化的防治中發(fā)揮重要作用[15]。最新研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素治療可顯著降低ApoE -/- 小鼠的動脈粥樣硬化斑塊和脂質(zhì)含量，并顯著減弱了焦亡相關(guān)基因的表達(dá)，包括NLRP3，ASC，Caspase-1，GSDMD，IL-1β和IL-18。體外研究中，褪黑素還可以抑制氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞焦亡；此外，MEG3通過序列互補(bǔ)作用抑制miR-223功能，增加NLRP3表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞焦亡，miR-223的敲低則阻斷了褪黑素在主動脈內(nèi)皮細(xì)胞中的抗熱解焦亡效應(yīng)[16]。因此，褪黑素在動脈粥樣硬化中通過MEG3/miR-223/NLRP3通路抑制了內(nèi)皮細(xì)胞的焦亡。然而，針對細(xì)胞焦亡的機(jī)制能否開發(fā)出新型防治動脈粥樣硬化的藥物仍需進(jìn)一步研究。

2.2 心肌再灌注損傷

再灌注損傷被描述為缺氧或局部缺血后 血液供應(yīng)的恢復(fù)對組織造成的損害，從而導(dǎo)致活性氧積累，細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)失調(diào)和炎癥反應(yīng)[17]。心肌梗死后及時的溶栓、經(jīng)皮冠狀動脈介入治療或冠狀動脈搭橋治療可顯著提高心梗患者的生存率，然而以上的再灌注治療讓心力衰竭、心律不齊、心肌微血管功能障礙和死亡的風(fēng)險增加，極大的限制了再灌注治療的有益作用。因此，預(yù)防和減輕心肌缺血再灌注損傷是改善急性心肌梗死患者預(yù)后的關(guān)鍵。

早期研究表明，再灌注損傷主要涉及細(xì)胞壞死和凋亡，最新證據(jù)表明心肌缺血再灌注損傷中也有焦亡的發(fā)生，包括DNA片段增加、線粒體腫脹、細(xì)胞膜破裂以及焦亡相關(guān)蛋白水平增加[18]。Sumra Nazir等發(fā)現(xiàn)在心肌缺血再灌注之前和之后應(yīng)用內(nèi)源性炎癥抑制劑活化蛋白C(aPC)，均可減少小鼠心肌梗死面積，同時Nlrp3炎癥小體的激活降低。體內(nèi)動力學(xué)分析顯示Nlrp3炎癥小體的激活先于心肌損傷和細(xì)胞凋亡，證實了Nlrp3炎癥小體的致病作用；在體外，aPC通過蛋白酶激活的受體1(PAR-1)和哺乳動物雷帕霉素靶點1 (mTORC1)信號通路抑制巨噬細(xì)胞、心肌細(xì)胞和心肌成纖維細(xì)胞炎性小體的激活，這可能是防治心機(jī)再灌注損傷的潛在靶點[19]。Audia等人表明在心肌缺血再灌注模型中應(yīng)用caspase-1抑制劑VX-765可以減少梗死面積并改善左室功能；此外，VX-765降低了IL-1β水平，減少了心臟糖酵解酶的降解和乳酸脫氫酶的釋放，并維持了線粒體復(fù)合物Ⅰ的活性[20]。

2.3 糖尿病心肌病

糖尿病性心肌病是慢性糖尿病的一種嚴(yán)重并發(fā)癥，以心肌纖維化和心肌肥厚為特征，發(fā)病機(jī)制涉及線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、自噬、細(xì)胞凋亡、糖尿病微血管病變和心肌纖維化[21]。隨著生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的證據(jù)表明焦亡在糖尿病心肌病的病理基礎(chǔ)中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠中NLRP3，ASC，Caspase-1和成熟IL-1β水平上升，這可能是由高血糖引起的活性氧過度累積導(dǎo)致的，NLRP3沉默或活性氧抑制則可抑制高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡[22]；同時糖尿病通過NLRP3炎性體介導(dǎo)的焦亡加重心肌缺血再灌注損傷[23]。

在機(jī)制方面，非編碼RNA在糖尿病心肌病的焦亡中發(fā)揮重要作用[24]。楊等人發(fā)現(xiàn)，用慢病毒沉默Kcnq1ot1可以改善糖尿病小鼠的心功能和纖維化并抑制焦亡[25]。體外實驗發(fā)現(xiàn)，30 mmol/l葡萄糖處理心肌成纖維細(xì)胞中和焦亡增加，同時Kcnq1ot1水平升高；Kcnq1ot1敲除則降低了Caspase-1的表達(dá)并抑制焦亡的發(fā)生。生物信息學(xué)預(yù)測和熒光素酶檢測顯示，Kcnq1ot1作為一種內(nèi)源性RNA，可通過調(diào)控miR-214-3p來影響Caspase-1的表達(dá)；同時沉默Kcnq1ot1可通過miR-214-3p和caspase-1，促進(jìn)Gasdermin D的裂解和IL-1β的活化，從而抑制高糖誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞焦亡。因此，Kcnq1ot1/miR-214-3p/Caspase-1信號通路為DCM進(jìn)展提供了一種新機(jī)制，可能成為新的治療靶點。

mir-30d是一種內(nèi)源性的小型非編碼RNA，李等人的研究顯示，mir-30d在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠和高糖處理的心肌細(xì)胞中表達(dá)顯著增加。mir-30d的上調(diào)可促進(jìn)糖尿病心肌病心肌細(xì)胞的焦亡；相反，mir-30d敲除則降低Caspase-1及IL-1β的活化并抑制焦亡的發(fā)生。此外，mir-30d過表達(dá)直接抑制foxo3a及其下游蛋白[26]。以上研究表明mir-30d在糖尿病心肌病的治療中可能是一個潛在的治療靶點。

3 通過干擾熱解改善CVD的研究進(jìn)展

白藜蘆醇是一種天然多酚，可以通過上調(diào)內(nèi)皮NO合酶來清除氧自由基，從而限制脂質(zhì)過氧化過程，因此具有抗炎抗氧化的作用[27]。白藜蘆醇可以通過抑制TXNIP和蛋白激酶信號通路的磷酸化來抑制NLRP3炎性體的活化，從而緩解糖尿病心肌病，改善心臟重塑和功能障礙；白藜蘆醇對NLRP3敲除大鼠的有益作用則減弱[28]。

芥子酸是中藥芥菜和黃芥菜[29]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在高糖和氧化性低密度脂蛋白孵育的巨噬細(xì)胞中，低劑量(≤50mg / kg)的芥子酸和MALAT1敲除具有相同的效應(yīng)，可以通過下調(diào)lncRNA-MALAT1的表達(dá)來抑制NLRP3炎性小體的活化，降低IL-1和IL-1β的水平，從而抑制巨噬細(xì)胞的焦亡并改善糖尿病小鼠中的動脈粥樣硬化[30]。

二氫楊梅素是一種天然的類黃酮，具有廣泛的藥理作用[31]。在棕櫚酸誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞焦亡模型中，二氫楊梅素預(yù)處理可以增加細(xì)胞活力、改善細(xì)胞膜完整性、降低caspase-1的裂解和IL-1的成熟，從而抑制棕櫚酸誘導(dǎo)的焦亡。二氫楊梅素預(yù)處理顯著降低了細(xì)胞內(nèi)活性氧和線粒體活性氧水平，激活了Nrf2信號通路；Nrf2敲除則減弱了二氫楊梅素對焦亡的抑制作用[32]。以上研究結(jié)果揭示了二氫楊梅素靶向炎癥相關(guān)疾病(如動脈粥樣硬化)的潛在藥用價值。

曲美他嗪是一種抗缺血藥物，被廣泛用于治療心肌梗死和其他缺血性心臟病，可顯著減少細(xì)胞內(nèi)酸中毒和細(xì)胞凋亡，從而保護(hù)線粒體功能和心肌[33]。敗血癥是一種威脅生命的器官功能障礙綜合癥，由宿主對感染的功能障礙反應(yīng)引起，是住院患者最常見的死亡原因之一[34]。陳等人報道曲美他嗪能通過AMPK / Nrf2途徑調(diào)節(jié)趨化因子CXC受體2的表達(dá)促進(jìn)嗜中性粒細(xì)胞募集到心臟組織，從而減輕脂多糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞焦亡和心臟功能障礙，該結(jié)果表明曲美他嗪是敗血性心臟功能障礙的潛在治療劑[35]。

4 展望

眾多研究表明，各種心血管疾病中NLRP3炎性小體的激活是細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，阻斷炎癥小體途徑在延緩心血管疾病進(jìn)展方面具有臨床益處。NLRP3炎癥小體和焦亡相關(guān)的復(fù)雜信號通路有多種作用靶點，包括NLRP3炎癥小體上游信號，NLRP3炎癥小體組裝，Caspase-1激活和GSDMD裂解，中和炎癥細(xì)胞因子等均可抑制其作用。幾種類型的NLRP3炎癥小體抑制劑已經(jīng)開發(fā)出來，并在炎癥相關(guān)疾病的細(xì)胞培養(yǎng)研究和動物模型中得到驗證。然而，要將其轉(zhuǎn)化為臨床實踐，還需要進(jìn)行前瞻性臨床試驗。進(jìn)一步探索焦亡的新信號通路，對開發(fā)新的治療藥物具有重要意義。