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        細(xì)胞焦亡與潰瘍性結(jié)腸炎研究的最新進(jìn)展*

        2021-03-28 16:49:41唐立陸巖歐陽滿照
        廣東醫(yī)學(xué) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:焦亡小體結(jié)構(gòu)域

        唐立,陸巖,歐陽滿照△

        南方醫(yī)科大學(xué)順德醫(yī)院 1胃腸外科,2科教科(廣東佛山528308)

        潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)是由多因素導(dǎo)致的,發(fā)生于結(jié)腸黏膜及黏膜下層的慢性非特異性炎癥,臨床主要表現(xiàn)為腹瀉、腹痛和黏液膿血便,其病程漫長,常反復(fù)發(fā)作,且有誘發(fā)癌變風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人們的生活方式和飲食習(xí)慣的變化,UC患者數(shù)量不斷增多。然而,目前UC的病因及發(fā)病機(jī)制尚不清楚,成為臨床上UC研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。而細(xì)胞焦亡作為新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞程序性死亡方式,現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞焦亡廣泛參與炎癥性疾病的發(fā)生與發(fā)展。由于細(xì)胞焦亡過程的發(fā)生及炎癥因子的釋放可直接影響細(xì)胞和機(jī)體的生理學(xué)、形態(tài)學(xué)及病理學(xué)的變化,因此,深入探討UC與細(xì)胞焦亡之間的關(guān)系,有助于認(rèn)識細(xì)胞焦亡在UC發(fā)生、發(fā)展中的作用,在醫(yī)療應(yīng)用方面具有十分重要的意義。現(xiàn)就細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制、細(xì)胞焦亡與UC關(guān)系的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展作一綜述。

        1 細(xì)胞焦亡的發(fā)現(xiàn)

        細(xì)胞焦亡于1992年首次被描述,Zychlinsky等[1]在研究中發(fā)現(xiàn),被弗氏志賀菌感染的巨噬細(xì)胞會發(fā)生死亡,并認(rèn)為這種死亡方式是細(xì)胞凋亡導(dǎo)致的。但在進(jìn)一步研究中表明:這是一種由Caspase-1介導(dǎo)的新的細(xì)胞死亡方式,且當(dāng)巨噬細(xì)胞中的Caspase-1被特異性阻斷以后將不再發(fā)生此種方式的細(xì)胞死亡。1999年,研究顯示巨噬細(xì)胞在感染沙門桿菌后,同樣發(fā)生了Caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡,并釋放大量可擴(kuò)大炎癥的細(xì)胞因子[2]。

        2001年,Cookson等[3]認(rèn)識到由細(xì)菌感染引起的巨噬細(xì)胞死亡是一種完全不同于凋亡的死亡形式,并首次將這種Caspase-1依賴的程序性細(xì)胞死亡被稱為焦亡。之后的研究發(fā)現(xiàn),巨噬細(xì)胞在被嗜肺軍團(tuán)菌、李斯特菌等病原體感染后,也發(fā)生了此種由Caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡[4]。與Caspase-1相似,Caspase-11/-4/-5也是一種炎性半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。2013年,Vishva Dixit和Edward Mi實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)革蘭陰性菌脂多糖可導(dǎo)致小鼠巨噬細(xì)胞的細(xì)胞死亡,這一過程依賴于Caspase-11[5]。2014年,邵峰實(shí)驗(yàn)室首次發(fā)現(xiàn)人類源性Caspase-4具有與Caspase-11相同的生物學(xué)功能。Caspase-11/-4/-5可以直接識別和結(jié)合細(xì)菌的脂多糖,引起蛋白的寡聚化并觸發(fā)焦亡[6]。之后的研究表明,Gasdermin家族是焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白[7]。2018年,細(xì)胞死亡命名委員會(NCCD)將焦亡重新定義為由Gasdermin蛋白家族成員形成的質(zhì)膜孔誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)相關(guān)的程序性死亡方式[8]。

        炎性小體是在識別來自入侵病原體的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)、損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)后聚集在細(xì)胞質(zhì)中的多聚體蛋白復(fù)合物。Caspase可被不同的炎性小體激活,而不同的Caspase激活的細(xì)胞焦亡途徑也是不同的。Kayagaki等[9]通過將“經(jīng)典炎性體”定義為激活Caspase-1的通路,將“非經(jīng)典炎性體”定義為激活Caspase-11的通路來區(qū)分這些途徑。

        2 細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制

        2.1 經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路 微生物感染細(xì)胞會激活炎癥反應(yīng),并首先由先天性模式識別受體(PRR)介導(dǎo)的。迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的模式識別受體是Toll-樣受體(TLR)、Nod受體(NLR)和視黃酸誘導(dǎo)基因-樣受體(RLR)、C型凝集素受體(CLRs)和黑素瘤缺乏因子-2樣受體(ALRs)。細(xì)胞焦亡通路中的PRR包括NOD樣受體(NLRs):NLRPl、NLRP3和NLRC4/NAIP及黑色素瘤缺乏因子2(AIM2)等。PAMPs(如細(xì)菌、真菌、病毒等)和DAMPs(如ATP和膽固醇等)刺激機(jī)體后可誘導(dǎo)PRR反應(yīng)形成炎性小體。典型炎性小體通常是由NOD樣受體(nod like receptor,NLR)、銜接蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)和procaspase-1所構(gòu)成的小分子多蛋白復(fù)合物。NLR蛋白包含3個共同的結(jié)構(gòu)域:富含亮氨酸重復(fù)序列的C末端 (LRR),含核苷酸結(jié)合同源化(NOD/NACHT)結(jié)構(gòu)域的中心,和含Caspase募集結(jié)構(gòu)域(CARD)或嘧啶結(jié)構(gòu)域(PYD)的N末端。LRR負(fù)責(zé)配體識別和自身抑制,NACHT結(jié)構(gòu)域使用ATP激活信號復(fù)合物,CARD/PYD結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)同型蛋白-蛋白相互作用。銜接蛋白ASC含有CARD結(jié)構(gòu)域和PYD結(jié)構(gòu)域,pro-caspase-1含有CARD結(jié)構(gòu)域。迄今已鑒定出4種典型的炎癥小體——NLRP 1、NLRP3、NLRC4和AIM2。在AIM2蛋白中僅包含一個PYD信號結(jié)構(gòu)域和一個結(jié)合DNA的HIN-200結(jié)構(gòu)域。NLRP3是研究得最多的炎癥體,可被ATP、成孔毒素、晶體化合物、核酸、透明質(zhì)酸以及真菌、細(xì)菌和病毒原等激活。NLRC4炎癥體對細(xì)胞漿細(xì)菌脂多糖和Ⅲ型分泌系統(tǒng)成分有反應(yīng)。NLRP1炎癥小體識別炭疽致死毒素和胰淀二肽。AIM2識別胞質(zhì)雙鏈DNA。通過CARD-CARD、PYDPYD的同型相互作用,NLRs或AIM2結(jié)構(gòu)域(PYD或CARD)與銜接蛋白ASC結(jié)合,ASC的CARD與pro-Caspase-1的CARD結(jié)合,觸發(fā)Caspase-1激酶集中區(qū)的形成(僅含有PYD的PRR需通過銜接蛋白ASC進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo),含CARD的炎性小體則可通過ASC或直接與Caspase-1結(jié)合進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)),該集中區(qū)募集pro-Caspase-1,導(dǎo)致其二聚化和由蛋白酶誘導(dǎo)的自動蛋白水解加工成p10和p20亞單位,并最終激活Caspase-1。NLRC4在沒有ASC焦點(diǎn)的情況下直接募集pro-Caspase-1,催化激活caspase-1引起焦亡?;罨腃aspase-1作用于Gasdermin-D(GSDMD),并裂解它產(chǎn)生反應(yīng)性氨基(N)端和羧基(C)端。N-末端結(jié)構(gòu)域于胞膜上快速聚合形成直徑為10~20 nm質(zhì)膜孔。這些孔消散細(xì)胞離子成分,增加滲透壓,并導(dǎo)致滲透水流入,細(xì)胞腫脹和質(zhì)膜溶解[10]。最新的研究表明,在細(xì)胞溶解之前,GSDME-N也可以滲透線粒體膜,釋放細(xì)胞色素C并激活凋亡小體,進(jìn)一步增強(qiáng)焦亡信號[11]。另一方面,Caspase-1是IL-1β轉(zhuǎn)化酶,Caspase-1的激活促進(jìn)無活性的IL-1β和IL-18前體的成熟分泌,使越來越多的免疫細(xì)胞被招募來引發(fā)炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致焦亡[12]。除了IL-1β和IL-18之外,Caspase-1激活也是增加炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生所必需的。在焦亡過程中,質(zhì)膜完整性的喪失使得炎癥介質(zhì)釋放到細(xì)胞外環(huán)境,包括HMGB-1、IL-1α[12]和ATP,這可能導(dǎo)致炎癥。在細(xì)胞焦亡過程中,Caspase-1的激活導(dǎo)致染色體DNA被核酸酶活性切割;然而,這種切割并不產(chǎn)生寡核蛋白體片段[12]。此外,還觀察到核凝結(jié),但核完整性得到保持[12]。Caspase-1的激活是經(jīng)典焦亡通路的核心,它是針對致病微生物感染的防御機(jī)制,并且構(gòu)成免疫系統(tǒng)的重要部分。

        2.2 非經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路

        2.2.1 小鼠來源的Csapase-11和人來源的Caspase-4/-5可導(dǎo)致非典型的細(xì)胞焦亡 在感染細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中檢測到細(xì)菌脂多糖(LPS)分子后,LPS的脂質(zhì)A成分通過與Caspase的CARD結(jié)構(gòu)域的高親和性相互作用,直接與Caspase-11和人源Caspase-4和Caspase-5結(jié)合,從而引起Caspase寡聚化、活化[6],活化的Caspase切割GSDMD,從而釋放具有成孔活性的N端結(jié)構(gòu)域(GSDMD-N),GSDMD-N轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜快速聚合成質(zhì)膜孔,導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生腫脹、焦亡。此外,Caapase-11還通過NLRP3-ASC-csapase-1途徑間接激活并釋放IL-1β,并且Csapase-11缺乏的小鼠受到保護(hù)免受內(nèi)毒素性休克[13]。研究表明,炎癥性Caspase的其他成員通過促進(jìn)Caspase-1激活參與炎癥過程[14]。人源性Caspase-4/-5是一種與小鼠源性Caapase-11同源的蛋白,其功能與小鼠源性Caspase-11相似[13]。

        2.2.2 Pannexin-1 Pannexin-1是一種形成通道的跨膜蛋白,在大多數(shù)細(xì)胞類型中廣泛表達(dá),包括巨噬細(xì)胞。在靜息狀態(tài)下,Pannexin-1通道被其胞質(zhì)-MICC-末端自身抑制。在細(xì)胞凋亡過程中,Caspase-3和Caspase-7在其C端裂解Pannexin-1,促進(jìn)Pannexin-1通道的開放并增加膜通透性[15]。已有研究證明:Caspase-11不能直接處理pro-IL-1β,而是通過觸發(fā)GSDMD孔徑、鉀外流和NLRP3炎性小體激活而間接地這樣促進(jìn)IL-1β的活化[16]。有研究提出Caspase-11介導(dǎo)的焦亡和NLRP3激活需要pannexin-1介導(dǎo),作者提出Caspase-11通過激活Pannexin-1使PaIlnexin-1通道開放釋放ATP,從而激活A(yù)TP依賴性P2X7受體,P2X7通道開放引起K+外流,激活NLRP3炎性小體,導(dǎo)致焦亡發(fā)生[17]。然而,這一發(fā)現(xiàn)與Caspase-11通過GSDMD孔驅(qū)動NLRP3炎癥體激活的觀察結(jié)果不一致[16]。通過使用3種不同的Pannexin-1通道抑制劑和兩種Panx 1-/-的細(xì)胞系,最新一項(xiàng)研究表明:Pannexin-1只在凋亡過程中對于激活NLRP3炎性小體是必須的所需,但對于經(jīng)典和非經(jīng)典焦亡通路中NLRP3炎性小體的激活是非必要的,支持Capase-11通過GSDMD孔促進(jìn)細(xì)胞焦亡和NLRP3活化這一觀點(diǎn)[18]。

        2.2.3 Caspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡通路 研究已證明Caspase-3可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,Caspase-3具有許多激活機(jī)制。最常見的是在化療藥物的刺激下,線粒體通過DNA損傷釋放線粒體相關(guān)的誘導(dǎo)因子啟動內(nèi)源性和外源性凋亡信號通路,從而激活Caspase-3。2017年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)[19],Caspase-3在凋亡途徑的下游被激活,活化的Caspase-3可切割GSDME生成N端片段,GSDME-N片段具有與GSDMD-N片段相似的內(nèi)在成孔活性[10],可破壞并透化質(zhì)膜,釋放大量細(xì)胞內(nèi) DAMPs(如HMGB1、ATP、炎性細(xì)胞因子),以激活免疫細(xì)胞并將其募集到細(xì)胞凋亡或感染的位置。最新研究表明,GSDME-N還可以滲透線粒體膜,釋放細(xì)胞色素C并激活凋亡小體,進(jìn)一步強(qiáng)化焦亡信號[11]。此外,研究證實(shí),在結(jié)腸癌細(xì)胞中,GSDME介導(dǎo)了洛鉑誘導(dǎo)的ROS/JNK/Bax-線粒體凋亡通路下游的焦亡發(fā)生和Caspase-3/-9的激活[20]。另一項(xiàng)研究也證明GSDME可被Caspase-3切割成GSDME-N片段,證實(shí)由Caspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡是部分化療藥物產(chǎn)生毒性不良反應(yīng)的重要原因之一[20]。細(xì)胞如何從凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)榻雇??研究發(fā)現(xiàn),GSDME在正常組織中高表達(dá),但在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞中卻沉默。此外,它在用化學(xué)療法治療的腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)[10]。這是因?yàn)樵谥掳┗蛏蛇^程中,編碼促進(jìn)GSDME的基因經(jīng)歷了DNA甲基化,導(dǎo)致表觀遺傳基因沉默,從而降低了GSDME的表達(dá)并觸發(fā)了細(xì)胞凋亡。用化學(xué)治療藥物治療可以增加GSDME的表達(dá)水平,并使細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)镚SDME依賴的焦亡。因此,細(xì)胞凋亡或細(xì)胞焦亡是由底物而不是由Caspase-3決定的[21]。

        3 細(xì)胞焦亡與UC

        3.1 潰瘍性結(jié)腸炎 UC也稱慢性非特異性潰瘍性結(jié)腸炎,與克羅恩病(Crohn′s disease,CD)統(tǒng)稱為炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD),是指由多種原因?qū)е碌?,發(fā)生在結(jié)直腸的慢性非特異性炎癥。病變主要累及結(jié)腸黏膜和黏膜下層,范圍多自遠(yuǎn)段結(jié)腸開始,可逆行向近段發(fā)展,甚至累及全結(jié)腸及回腸末段,呈連續(xù)性分布,臨床主要表現(xiàn)為腹瀉、腹痛和黏液膿血便,伴或不伴虹膜炎、肛瘺等腸外癥狀。其病程漫長,病情輕重不一,常反復(fù)發(fā)作,遷延難愈,不僅影響患者的日常工作和生活,而且易誘發(fā)UA相關(guān)性結(jié)直腸癌,嚴(yán)重威脅患者生命健康,被WHO列為現(xiàn)代難治病之一。UA作為慢性疾病在嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量的同時,也提高了直接的醫(yī)療成本。

        經(jīng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,UC的發(fā)病率與地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈快速上升趨勢。UC在全球的患病率為(5.50~24.30)/10 000,在其中,歐洲和北美等發(fā)達(dá)地區(qū)的患病率最高,約達(dá)19.20/10 000和24.30/10 000,亞洲和中東地區(qū)的患病率則較低,約為6.30/10 000,而中國大陸的患病率為11.60/10 000[22]。韓國Miles&Shirley Fiterman消化病中心的一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,近20年內(nèi),在中國香港、韓國和以色列等亞洲地區(qū),UC的患病率有明顯增高的趨勢,在韓國,1997年的發(fā)病率為7.57/10 000,到2005年已經(jīng)增至30.87/10 000;以色列的UC發(fā)病率也從1987年的121.00/10 000升至1997年的167.20/10 000;而在1997—2006年的這10年期間,中國香港的UC患病率則增長了近3倍[23]。

        3.2 細(xì)胞焦亡與UC的研究進(jìn)展

        3.2.1 細(xì)胞焦亡與UC密切相關(guān) 細(xì)胞焦亡是一種近年新發(fā)現(xiàn)的炎癥性細(xì)胞死亡形式,在組織動態(tài)平衡和免疫反應(yīng)中都起著重要的作用。其特征是形成質(zhì)膜孔使細(xì)胞腫脹和溶解,引起細(xì)胞膜破裂并釋放促炎細(xì)胞因子和細(xì)胞內(nèi)容物[12],導(dǎo)致級聯(lián)反應(yīng)并加重炎癥。細(xì)胞焦亡在抵抗微生物定居方面起著重要作用,由微生物感染和危險(xiǎn)信號引起的細(xì)胞焦亡常與免疫失調(diào)有關(guān),過度的炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致多種炎癥性疾病的發(fā)生。大量研究表明細(xì)胞焦亡在IBD等炎癥性疾病的發(fā)生中起著重要作用。在IBD的各種模型中,發(fā)現(xiàn)炎性Caspase顯著升高,表明細(xì)胞焦亡可能參與了IBD的發(fā)展[24]。幾項(xiàng)研究已經(jīng)證明了IBD存在焦亡:Xiong等[25]證明膽維丁乳可以通過抑制焦亡信號來減輕實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎;IBD的治療藥物,如美沙拉嗪和皮質(zhì)類固醇可能與抑制腸上皮細(xì)胞的焦亡有關(guān)[26]。為了支持UC的治療目標(biāo),進(jìn)一步研究細(xì)胞焦亡在UC中的作用機(jī)制是必要的。

        越來越多的證據(jù)顯示,PRR可能在維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)胃腸道微生物區(qū)系、促進(jìn)腸上皮再生和修復(fù)中發(fā)揮重要作用[27]。研究顯示,在IBD中,NLRs在形成被稱為炎癥小體的信號復(fù)合物中發(fā)揮重要作用,炎性小體形成后活化炎性pro-Caspase。一方面,Caspase激活pro-IL-1β、pro-IL-18形成成熟的IL-1β、IL-18;另一方面,Caspase切割Gasdermins家族蛋白,其切割后的N-末端結(jié)構(gòu)域于胞膜上快速聚合形成直徑為質(zhì)膜孔,這些孔消散細(xì)胞離子成分,增加滲透壓,并導(dǎo)致滲透水流入,細(xì)胞腫脹和質(zhì)膜溶解,從而誘導(dǎo)焦亡發(fā)生[26]。由炎性Caspase激活的炎癥小體,尤其是NLRP3在潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生中發(fā)揮了重要作用[28],抑制NLRP3炎癥小體可減少UC的發(fā)生[29]。多項(xiàng)研究顯示,缺乏NLRP3炎癥體成分可以保護(hù)小鼠免受DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[30]。在耶爾森氏菌感染的小腸結(jié)腸炎后,腸上皮細(xì)胞整合素受體和細(xì)菌黏附素之間的相互作用為NLRP3炎癥體的激活提供了第一個信號,隨后是IL-18的釋放和黏膜部位的炎癥反應(yīng)[31]。缺乏NLRP3的巨噬細(xì)胞不存在IL-1β的分泌,用普拉納卡桑抑制Caspase-1可以達(dá)到與NLRP3缺乏相當(dāng)?shù)酿つけWo(hù)水平,表明通過NLRP3炎癥小體途徑激活caspase-1[32]。IBD的其他疾病模型也支持NLRP3在腸炎中的重要作用[33]。在結(jié)腸巨噬細(xì)胞中,腸桿菌科細(xì)菌通過釋放由NLRP3介導(dǎo)的IL-1β誘導(dǎo)腸道炎癥,這與沙門氏菌的致病機(jī)制相似。研究證明,與正常腸組織相比,人炎性腸組織中Caspase-1、NLRP3和GSDMD的表達(dá)顯著更高。Schmid-Burgk等[34]發(fā)現(xiàn),具有NLRP3炎癥小體激活的巨噬細(xì)胞可以通過靶向Nek7治療而被拯救,Nek 7被認(rèn)為在NLRP3的上游[35]。這項(xiàng)研究提出了一個假說,即Nek7可能是治療焦亡的關(guān)鍵靶點(diǎn)。抑制焦亡為治療腸道炎癥提供了一個潛在的治療途徑。

        Liu等[36]認(rèn)為膽維丁乳(CCE)能通過抑制結(jié)腸炎大鼠模型的炎癥反應(yīng)(ASC、Caspase-1、IL-1β、IL-18和IL-6)而減輕結(jié)腸炎的程度。CCE還為IBD患者提供了一個替代治療目標(biāo),臨床試驗(yàn)已經(jīng)證明了其潛力[36]。被鼠傷寒沙門氏菌感染的腸上皮細(xì)胞經(jīng)歷Caspase-1或Caspase-11炎癥小體的激活,導(dǎo)致受感染的腸細(xì)胞的侵入[37]。因此,組織中受感染細(xì)胞的清除將是細(xì)胞焦亡消除腸道入侵病原體的另一種機(jī)制。Davis等[26]提出抑制腸上皮細(xì)胞的焦亡可能是美沙拉嗪和皮質(zhì)類固醇的治療作用機(jī)制。一系列實(shí)驗(yàn)表明,激活炎癥小體的傳感器過度激活會導(dǎo)致腸道損傷和腸道炎癥。活動性IBD患者黏膜中AIM2和IFI16炎性小體的強(qiáng)烈上調(diào)[38]和巨噬細(xì)胞A20缺乏癥顯著增強(qiáng)了NLRP3炎性體介導(dǎo)的Caspase-1激活[39],表明典型的炎性體途徑和可能導(dǎo)致的過度激活細(xì)胞焦亡在IBD的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后中起關(guān)鍵作用。在非典型的炎性小體途徑和典型的炎性小體途徑中發(fā)生了類似的現(xiàn)象。在人類中,CD和UC患者樣品中的Caspase-11直向同源物Caspase-4和Caspase-5均顯著上調(diào)[39]。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明,Caspase-1/5在發(fā)炎的結(jié)腸組織中明顯更高??傊?,非典型炎癥小體途徑中的Caspase-4/5/11可能影響IBD的發(fā)生[40]。總之,這些證據(jù)表明,細(xì)胞焦亡在IBD的發(fā)病中均起著重要作用。

        3.2.2 焦亡對UC的影響 細(xì)胞焦亡是由炎性小體引發(fā)的裂解程序性細(xì)胞死亡的一種形式,目前證實(shí),細(xì)胞焦亡主要由激活Caspase-1或Caspase-11/4/5以裂解GSDMD或激活Caspase-3以裂解GSDME所介導(dǎo)?;罨疓SDMD或GSDME的N-末端成孔結(jié)構(gòu)域寡聚化以在細(xì)胞膜表面形成非選擇性孔,其驅(qū)動細(xì)胞膨脹和膜破裂,釋放導(dǎo)致IL-1家族成員細(xì)胞因子活性形式的裂解和分泌,如IL-1β和IL-18。這些細(xì)胞因子具有多種生物學(xué)功能和廣泛的靶細(xì)胞,在腸道炎癥中發(fā)揮著重要作用。

        3.2.2.1 IL-1β對UC的影響 IL-1β是一種強(qiáng)有力的促炎細(xì)胞因子,主要由天然白細(xì)胞產(chǎn)生,可調(diào)節(jié)免疫和非免疫細(xì)胞的功能,具有廣泛的全身和局部效應(yīng)。IL-1β通過誘導(dǎo)黏附分子和化學(xué)誘導(dǎo)促進(jìn)免疫細(xì)胞向炎癥部位募集。用IL-1β刺激可促進(jìn)樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的激活和效應(yīng)功能,還可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞增多并促進(jìn)中性粒細(xì)胞遷移。此外,IL-1β在適應(yīng)性免疫中驅(qū)動T細(xì)胞活化和存活,并與其他細(xì)胞因子協(xié)同作用促進(jìn)CD4+Th17細(xì)胞分化。由于這些高度的促炎性質(zhì),IL-1β的釋放受到嚴(yán)格調(diào)控,即TLR誘導(dǎo)產(chǎn)生一個非活性的31~34 kD pro-IL-1β,隨后是Caspase-1依賴的切割和活性形式的分泌[41]。Caspase-1的激活依賴于炎癥小體的形成,這是由內(nèi)源性或外源性危險(xiǎn)信號激活細(xì)胞內(nèi)NLRs觸發(fā)的。在分泌到細(xì)胞外間隙后,IL-1β通過IL-1受體1(IL-1R1)結(jié)合并發(fā)出信號,IL-1R1在多種細(xì)胞類型上表達(dá),包括上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞以及固有和適應(yīng)性白細(xì)胞。IL-1β分泌下游的調(diào)節(jié)機(jī)制被用以限制IL-1β的活化,包括產(chǎn)生其受體的天然拮抗劑IL-1RA,以及誘導(dǎo)受體IL-1R2的表達(dá)。

        多項(xiàng)臨床研究報(bào)道活動性IBD患者的結(jié)腸固有層單核細(xì)胞分泌高水平IL-1β[42]。結(jié)腸中的IL-1β水平與疾病活動性相關(guān),表明這種細(xì)胞因子在推動局部炎癥中起著重要作用。結(jié)腸IL-1β水平升高也是許多動物IBD模型的特征[43],IL-1β阻滯劑的治療有利于改善急性腸炎模型[44]。此外,在肝螺桿菌引發(fā)的腸道炎癥過程中,IL-1β增加了粒細(xì)胞的募集和先天淋巴細(xì)胞的激活,T細(xì)胞中的IL-1R信號傳導(dǎo)控制了結(jié)腸中致病性Th17細(xì)胞的早期積累和存活[45]。有證據(jù)表明將失調(diào)的IL-1β分泌與人類IBD的發(fā)展相關(guān)的多態(tài)性聯(lián)系在一起[37]。此外,在動物模型中,與IBD發(fā)展相關(guān)的不同遺傳損傷與IL-1β的升高有關(guān)。例如,來自攜帶最常見的CD相關(guān)NOD2基因變體的小鼠的巨噬細(xì)胞在受到刺激后分泌高水平的IL-1β[46]。這些小鼠在DSS誘導(dǎo)的腸道損傷中也出現(xiàn)了疾病的加重,重組IL-1RA的應(yīng)用顯著改善了這種情況[46]。主要的先天免疫分子如NOD2和ATG1611的基因改變導(dǎo)致巨噬細(xì)胞過度產(chǎn)生IL-1β,并增加了對DSS介導(dǎo)的腸道損傷的易感性[47]。IL-1β在調(diào)節(jié)腸道炎癥中的重要性已經(jīng)被感染研究證實(shí),因?yàn)樽钄郔L-1β可以改善艱難梭菌相關(guān)性結(jié)腸炎和鼠傷寒沙門氏菌誘導(dǎo)的腸炎的炎癥[48]。

        3.2.2.2 IL-18對UC的影響 IL-18在腸道疾病中的作用很大程度上與其調(diào)節(jié)促炎反應(yīng)的活性有關(guān)。1989年在細(xì)菌內(nèi)毒素攻擊后的小鼠血清中發(fā)現(xiàn),IL-18首次被鑒定為單核細(xì)胞產(chǎn)生γ干擾素活性的增強(qiáng)劑[49]。前體IL-18由多種細(xì)胞類型產(chǎn)生,包括上皮細(xì)胞、髓樣細(xì)胞和淋巴細(xì)胞,值得注意的是,在腸道穩(wěn)定狀態(tài)下,IEC似乎是IL-18的主要來源[50]。24 kD的pro-IL-18由IEC組成性表達(dá),在炎癥小體激活后執(zhí)行廣泛的效應(yīng)功能[50]。將IL-18與其他細(xì)胞因子進(jìn)行比較,IL-18在結(jié)構(gòu)和與炎性小體的結(jié)合方面最相似于IL-1β,IL-1β和IL-18前體分子可被Caspase-1裂解而具有生物活性。與IL-1β相似,IL-18已被證明能誘導(dǎo)一系列不同的免疫反應(yīng)。IL-18最初被稱為γ干擾素誘導(dǎo)因子,通常被認(rèn)為是一種促進(jìn)Th1型的細(xì)胞因子,因?yàn)樗軌蛘T導(dǎo)T細(xì)胞產(chǎn)生γ干擾素。然而,在存在正確的共刺激的情況下,IL-18也可以驅(qū)動Th2型細(xì)胞因子的產(chǎn)生[51],或γδT細(xì)胞產(chǎn)生IL-17[52]。此外,IEC衍生的IL-18可以在腸道感染鼠傷寒沙門氏菌的過程中推動NK細(xì)胞產(chǎn)生穿孔素,這揭示了IEC在協(xié)調(diào)急性黏膜反應(yīng)方面的重要作用[53]。胃腸道共生體對于調(diào)節(jié)腸道炎癥小體的組裝至關(guān)重要,這在新生哺乳動物中被證明是以進(jìn)行性微生物定植為特征的,伴隨著腸道屏障的形成和免疫系統(tǒng)的成熟。這可能進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了IL-18異常在IBD中的潛在作用,IBD是一種以過度炎癥反應(yīng)為特征的疾病。

        全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)將IL-18R1-IL-18RAP位點(diǎn)的突變與IBD的易感性聯(lián)系起來[54]。此外,CD患者的活檢組織中檢測到IL-18水平升高。通過免疫組織化學(xué)分析,IL-18定位于非炎癥區(qū)域的上皮,而在受累區(qū)域,IL-18在巨噬細(xì)胞中被檢測到[55]。然而,這種IL-18分布是CD特有的,因?yàn)閁C患者無論嚴(yán)重程度都顯示出IL-18的上皮分布,此外,成熟的IL-18的生物活性受IL-18結(jié)合蛋白的產(chǎn)生的調(diào)節(jié),CD患者的IL-18結(jié)合蛋白水平也升高[56]。此外,IL-18基因功能缺失的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)導(dǎo)致Th1/Th2應(yīng)答失衡,從而促進(jìn)宿主對CD的易感性。因此,失調(diào)的IL-18信號很可能會影響腸道炎癥,可能是IBD患者的一個關(guān)鍵致病因素[57]。

        4 展望

        UC是由多因素導(dǎo)致的,發(fā)生于結(jié)腸黏膜及黏膜下層的慢性非特異性炎癥,臨床主要表現(xiàn)為腹瀉、腹痛和黏液膿血便,其病程漫長,常反復(fù)發(fā)作,且有誘發(fā)癌變風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。而細(xì)胞焦亡作為一種新的程序性炎性壞死方式,廣泛參與了炎癥性疾病的發(fā)生與發(fā)展當(dāng)中,其特征為依賴于Caspase-1/4/5/11的激活,并伴隨促炎因子IL-1β、IL-18的釋放。細(xì)胞焦亡的形態(tài)學(xué)特征、調(diào)控機(jī)制等均不同于凋亡、壞死等其他細(xì)胞死亡方式。大量研究表明,細(xì)胞焦亡與IBD尤其是UC密切相關(guān)。研究細(xì)胞焦亡在UC發(fā)生發(fā)展中的作用有其重要臨床意義及社會價(jià)值,可能為將來篩選UC患者標(biāo)記物,疾病的診斷,以及提供藥物治療新靶點(diǎn)及預(yù)后評估提供新思路和新方向。但目前在小鼠模型中對于細(xì)胞焦亡中對IBD的作用的研究仍有互相矛盾的地方,對于在IBD中的作用仍存在一定爭議。且對于在體內(nèi)細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡相互轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制仍有許多問題尚未明確,需要進(jìn)一步的探索。

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