李明希 張桂美 尚天玲 王詠純 王梓鋮 孫 莉（吉林大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，長(zhǎng)春 130021）

阿爾茲海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種與年齡相關(guān)的、起病隱匿的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其主要臨床特征包括記憶功能障礙、視覺(jué)空間能力和抽象思維受損，最終影響患者日常生活和社交能力［1-2］。隨著社會(huì)發(fā)展，人口老齡化問(wèn)題日益嚴(yán)重，AD患病率逐漸上升，已成為世界范圍內(nèi)的主要醫(yī)療和社會(huì)問(wèn)題之一［3］。AD主要病理特征包括β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）沉積形成的老年斑和Tau蛋白過(guò)度磷酸化引起的神經(jīng)元纖維纏結(jié)。但AD發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，尚無(wú)統(tǒng)一定論。Aβ級(jí)聯(lián)假說(shuō)是AD目前發(fā)病機(jī)制中最經(jīng)典的學(xué)說(shuō)。既往研究表明，Aβ沉積通過(guò)諸多環(huán)節(jié)引發(fā)神經(jīng)毒性作用，在AD病程中發(fā)揮重要作用［4］。Aβ毒性作用機(jī)制尚未完全闡明，尚無(wú)效果確切的、可阻止疾病進(jìn)展的治療方法。因此，了解Aβ在AD發(fā)生發(fā)展中的作用可為AD治療提供新思路。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ可誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，加重AD病理進(jìn)展。細(xì)胞焦亡（pyroptosis）是近年發(fā)現(xiàn)的一種新的程序性細(xì)胞死亡方式，主要通過(guò)炎癥小體介導(dǎo)多種半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）激活，導(dǎo)致多種Gasdermin家族成員發(fā)生剪切和多聚化，引發(fā)細(xì)胞膜孔道形成，從而誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡［5］。

細(xì)胞焦亡激活的核心是炎癥小體組裝完成。生理?xiàng)l件下，炎癥小體通過(guò)感知內(nèi)外源性的危險(xiǎn)信號(hào)招募和激活caspase，釋放大量炎癥介質(zhì)，發(fā)揮重要的免疫防御作用。但炎癥小體過(guò)度激活介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡可能導(dǎo)致包括AD在內(nèi)的炎癥性疾病發(fā)生發(fā)展。Aβ作為AD發(fā)生發(fā)展的重要病理因素，在細(xì)胞層面通過(guò)多種途徑誘導(dǎo)神經(jīng)元發(fā)生變性死亡。最近研究支持Aβ誘導(dǎo)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生焦亡，且主要依賴于caspase-1/GSDMD通路，介導(dǎo)炎癥介質(zhì)大量釋放，加快AD病理進(jìn)程。因此本文匯總Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡與AD的相關(guān)性研究，旨在為AD治療提供新的方向。

1 細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制

細(xì)胞焦亡是一種程序性細(xì)胞死亡方式，其特征是細(xì)胞膜完整性被破壞、細(xì)胞腫脹、特征性“焦亡小泡”形成和胞漿內(nèi)容物釋放至細(xì)胞外，級(jí)聯(lián)放大局部或全身炎癥效應(yīng)［6］。細(xì)胞焦亡屬于炎癥性死亡，整個(gè)過(guò)程受特定死亡信號(hào)通路調(diào)控，是一種介于凋亡和壞死之間的細(xì)胞死亡方式，對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)、清除異常細(xì)胞和免疫具有重大意義［6-7］。目前認(rèn)為細(xì)胞焦亡途徑分為3種：依賴caspase-1的經(jīng)典途徑、依賴caspase-4/5/11的非經(jīng)典途徑，以及新發(fā)現(xiàn)的caspase-3/GSDMD途徑。經(jīng)典的細(xì)胞焦亡途徑是由炎癥小體介導(dǎo)的依賴caspase-1/GSDMD的程序性細(xì)胞死亡方式。當(dāng)病原體入侵宿主細(xì)胞，細(xì)胞表面或內(nèi)部的模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs）識(shí)別病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）和損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMPs），介導(dǎo)多蛋白復(fù)合物組裝，招募caspase-1前體，使其發(fā)生自動(dòng)剪切，產(chǎn)生具有活性的caspase-1［8］?；罨腸aspase-1可切割GSDMD和IL-1β/18前體，一方面生成GSDMD-C端片段（GSDMD C-terminal，GSDMDCT）和GSDMD-N端片段（GSDME D-terminal，GSDMDNT），而GSDMD-NT形成聚合物錨定至細(xì)胞膜，形成孔道結(jié)構(gòu)，促使細(xì)胞膜完整性破壞、滲透性提高；另一方面促進(jìn)IL-1β、IL-18前體裂解，使其成熟并從GSDMD-NT介導(dǎo)形成的孔道中釋放，募集、激活其他免疫細(xì)胞，誘導(dǎo)趨化因子、炎癥因子、黏附因子等合成，最終形成“瀑布效應(yīng)”，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)被正反饋放大［9］。炎癥小體的基本結(jié)構(gòu)包括PRRs、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）和caspase-1前體3部分。PRR發(fā)揮識(shí)別外界刺激信號(hào)的受體蛋白作用，ASC作為接頭蛋白募集PRRs和caspase-1前體，組裝成炎癥小體傳導(dǎo)通路下游信號(hào)。而caspase-1前體作為效應(yīng)分子，被ASC招募后組裝形成炎癥小體，活化的caspase-1進(jìn)一步切割下游GSDMD，促發(fā)細(xì)胞焦亡。炎癥小體的主要類型包括結(jié)點(diǎn)樣受體（nod-like receptor，NLRP）-1/3，包含CARD的結(jié)點(diǎn)樣受體4（NLR-family CARD-containing protein 4，NLRC4）和黑色素瘤缺失樣受體2（absent in melanoma-like receptors，AIM2），其中NLRP1、NLRP3、NLRC4的C端結(jié)構(gòu)域一般為富含亮氨酸的結(jié)構(gòu)域（leucine-richrepeat domain，LRR），用于識(shí)別特定抗原；而N端包括NLRP1和NLRP3的吡喃結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD）和NLRC4的caspase募集域［10-11］。AIM2的C端是一個(gè)HIN200的結(jié)構(gòu)域，可直接結(jié)合DNA，其N端與NLRP3類似，為pyrin結(jié)構(gòu)［12］。不論是CARD還是PYD都可通過(guò)同型相互作用，即CARD-CARD或PYD-PYD，連接包含caspase招募域的ASC，ASC聚集并招募caspase-1前體，導(dǎo)致caspase-1激活［10］。不同炎癥小體識(shí)別不同的DAMPs和PAMPs信號(hào)。NLRP1炎癥小體僅能識(shí)別炭疽致死毒素和胞壁二肽［13］。NLRC4炎癥小體僅能被鞭毛蛋白和muramyl二肽等PAMPs激活［14-15］，而AIM2炎癥小體僅能被內(nèi)源性或病原體來(lái)源的雙鏈DNA激活［16-17］。非經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑中，caspase-4/5/11直接識(shí)別并結(jié)合革蘭氏陰性菌的胞壁脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），導(dǎo)致GSDMD斷裂引發(fā)焦亡［6］。研究證實(shí)，caspase-11剪切GSDMD后產(chǎn)生的氨基末端片段反饋地以NLRP3依賴的方式激活caspase-1［18］。由此可見(jiàn)，GSDMD為經(jīng)典與非經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑的重要交叉物質(zhì)［19］。2017年，一種新的細(xì)胞焦亡途徑被揭示：GSDME可被caspase-3在D270處特異性切割，生成GSDME-CT和GSDME-NT［20-21］。GSDME-CT通 過(guò)自抑作用維持自身構(gòu)象穩(wěn)定，GSDME-NT則與細(xì)胞膜結(jié)合形成孔道，改變細(xì)胞膜滲透性，導(dǎo)致炎癥物質(zhì)釋放，發(fā)揮調(diào)控細(xì)胞焦亡的生物學(xué)功能。

GSDMD是細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白，可能是caspase-1誘導(dǎo)焦亡的直接底物蛋白。GSDMD有N端和C端2個(gè)結(jié)構(gòu)域，通常情況下，N端和C端結(jié)構(gòu)域相互作用，導(dǎo)致GSDMD活性被自身抑制。經(jīng)典焦亡途徑中，GSDMD被激活的caspase-1切割裂解為GSDMD-NT和GSDMD-CT，GSDMD-NT結(jié)合膜脂及在膜上打孔的特性是誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的分子基礎(chǔ)。GSDMD-CT除可發(fā)揮抑制GSDMD-NT的作用外，還可與caspase-1自身加工產(chǎn)生的p10片段結(jié)合，形成正反饋，促進(jìn)GSDMD裂解，進(jìn)一步促發(fā)細(xì)胞焦亡［22］。

2 Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡與AD

Aβ級(jí)聯(lián)假說(shuō)是公認(rèn)的AD經(jīng)典發(fā)病機(jī)制之一。Aβ是淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）經(jīng)β分泌酶和γ分泌酶水解形成多肽，以單體、寡聚體和纖維3種不同形式存在于大腦［23］。生理情況下，Aβ產(chǎn)生和降解處于動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)受到外界毒素、感染刺激，或APP基因發(fā)生突變，動(dòng)態(tài)平衡被打破，則會(huì)導(dǎo)致大量Aβ異常聚集，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡發(fā)生，引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。研究指出，Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡途徑主要依賴于caspase-1/GSDMD通路，損傷神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞，加重AD病理改變。

2.1 caspase-1/GSDMD介導(dǎo)的神經(jīng)元焦亡與AD 研究表明，Aβ對(duì)神經(jīng)細(xì)胞有強(qiáng)烈的毒性作用，是導(dǎo)致AD神經(jīng)退變和認(rèn)知功能障礙的主要因素［24］。TAN等［25］提出，Aβ寡聚物可干擾神經(jīng)元細(xì)胞膜功能，并引發(fā)神經(jīng)元K+外流，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)低K+濃度誘導(dǎo)NLRP1形成。NLRP1炎癥小體募集下游的caspase-1效應(yīng)器，促進(jìn)IL-18和IL-1β前體成熟，釋放至細(xì)胞外觸發(fā)炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡。另外，HAN等［26］采用Aβ1～42刺激小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Aβ1～42可直接通過(guò)細(xì)胞焦亡途徑誘導(dǎo)小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元死亡，此外，該研究還發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)神經(jīng)元中NLRP3、caspase-1及GSDMD蛋白表達(dá)增加。小干擾RNA沉默caspase-1和GSDMD均能顯著抑制Aβ1～42誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞死亡，進(jìn)一步證明Aβ1～42通過(guò)caspase-1/GSDMD信號(hào)通路誘導(dǎo)神經(jīng)元焦亡［25］。壞死磺酰胺（necrosulfonamide，NSA）是一種GSDMD-NT寡聚抑制劑，采用NSA預(yù)處理小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元，結(jié)果表明，NSA預(yù)處理可抑制Aβ1～42誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，主要表現(xiàn)為抑制細(xì)胞膜通透性和炎癥因子釋放，表明抑制GSDMD-NT寡聚可明顯減少神經(jīng)細(xì)胞焦亡，因此，在細(xì)胞水平上進(jìn)一步證明caspase-1/GSDMD通路是Aβ1-42誘導(dǎo)神經(jīng)元焦亡的主要機(jī)制［26］。

2.2 caspase-1/GSDMD介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡與AD研究表明，Aβ異常沉積可過(guò)度激活膠質(zhì)細(xì)胞，尤其是小膠質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生大量炎癥因子。生理?xiàng)l件下，大腦的固有免疫系統(tǒng)可將Aβ寡聚體和纖維識(shí)別為危險(xiǎn)信號(hào)，激活固有免疫防御。NLRP3在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞。NLRP3抑制劑可減少AD轉(zhuǎn)基因小鼠中小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活，從而抑制炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)及細(xì)胞焦亡。NLRP3可能損傷小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的Aβ吞噬清除功能，從而導(dǎo)致Aβ沉積。NLRP3基因敲除小鼠中檢測(cè)到caspase-1表達(dá)降低，同時(shí)伴有Aβ聚集減少，提示過(guò)度激活的NLRP3加速AD病理進(jìn)展［27］。該結(jié)果進(jìn)一步被HENEKA等［24］證實(shí)，其發(fā)現(xiàn)AD小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中NLPR3表達(dá)升高，Aβ作用下，激活caspase-1并誘導(dǎo)IL-1β和IL-18分泌，加重腦組織炎癥反應(yīng)。而NLRP3基因敲除促使AD轉(zhuǎn)基因小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為抗炎表型，增強(qiáng)Aβ吞噬能力。P2X7受體是ATP門控離子通道受體，主要存在于免疫細(xì)胞，在腦組織中主要表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞表面。AD小鼠腦組織中P2X7表達(dá)增加，且多位于老年斑塊周圍的小膠質(zhì)細(xì)胞中，表明Aβ可能通過(guò)小膠質(zhì)細(xì)胞表面表達(dá)的P2X7受體激活NLRP3炎癥小體，誘導(dǎo)依賴caspase-1/GSDMD的細(xì)胞焦亡［28］。

2.3 炎癥小體與AD

2.3.1 NLRP3與AD NLRP3是參與細(xì)胞焦亡過(guò)程的主要模式識(shí)別受體，也是目前研究最廣泛的炎癥小體［29］。AD患者腦組織尸檢結(jié)果提示，NLRP3基因改變，遲發(fā)型癡呆患病風(fēng)險(xiǎn)增加［30］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，采用NLRP3抑制劑可減少APP/早老素1（amyloid precursor protein/presenilin-1，APP/PS1）雙轉(zhuǎn)基因AD小鼠腦組織中Aβ沉積，改善認(rèn)知功能；青蒿素被證實(shí)可通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體激活減輕AD轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織中Aβ沉積［31］。ASC作為NLRP3炎癥小體的接頭蛋白，在細(xì)胞焦亡中亦發(fā)揮重要作用。體外研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，AD細(xì)胞模型中ASC表達(dá)增加，且ASC-Aβ復(fù)合物可抑制原代小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的清除，可能機(jī)制為ASC存在下，NLRP3炎癥小體活性增強(qiáng)，觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬活性［32］。ASC也被證實(shí)可在細(xì)胞外與致病性Aβ1～42相互作用，增強(qiáng)其毒性作用，暴露于ASC-Aβ復(fù)合物的小膠質(zhì)細(xì)胞中的ASC、caspase-1活性增強(qiáng)，促炎細(xì)胞因子增多。炎癥小體也可能參與Aβ產(chǎn)生。細(xì)菌感染后的急性期蛋白在細(xì)胞因子刺激下，促進(jìn)炎癥小體形成和活化，同時(shí)也與非特異性殺傷機(jī)制相關(guān)，可能啟動(dòng)AD中經(jīng)caspase級(jí)聯(lián)的Aβ穩(wěn)態(tài)過(guò)程，導(dǎo)致Aβ產(chǎn)生增加［33］。綜上，依賴caspase-1的經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑在AD中發(fā)揮重要病理作用，Aβ作用下，NLRP3炎癥小體被激活，觸發(fā)下游caspase-1成熟與釋放，進(jìn)而擴(kuò)大炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

2.3.2 AIM2與AD當(dāng)細(xì)胞受高濃度胞質(zhì)DNA刺激時(shí)，AIM2炎癥小體發(fā)生募集，激活caspase-1，介導(dǎo)促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18分泌，通過(guò)炎癥反應(yīng)清除內(nèi)源性危險(xiǎn)因素，減輕組織病理性炎癥損傷［34］。研究發(fā)現(xiàn)，AIM2蛋白表達(dá)與某些促炎細(xì)胞因子釋放呈負(fù)相關(guān)。AIM2基因缺失的小鼠腦組織中，IL-6和IL-18表達(dá)較高［35］。采用LPS刺激AIM2基因缺失的B6.Sv129小鼠，檢測(cè)到其骨髓巨噬細(xì)胞中IL-6 mRNA表達(dá)顯著升高［36］。且AIM2通過(guò)抑制部分Ⅰ型干擾素誘導(dǎo)蛋白表達(dá)，抑制神經(jīng)炎癥加重［34］。但相關(guān)研究提示，AIM2在AD病程中似乎扮演病理角色，一項(xiàng)基于5XFAD小鼠的研究證實(shí)，AIM2基因缺失小鼠大腦皮層和海馬區(qū)Aβ沉積明顯減輕，小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活也得到改善，提示AIM2蛋白參與Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡過(guò)程［35］。另外，AIM2基因缺失的APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因動(dòng)物表現(xiàn)出較好的空間記憶能力，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面表現(xiàn)為神經(jīng)細(xì)胞的樹(shù)突棘密度提高［37］。目前，AIM2炎癥小體與AD相關(guān)性研究較少，需更多基礎(chǔ)與臨床研究驗(yàn)證其在AD中的角色。

3 總結(jié)與展望

目前研究表明，Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡在AD病理進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。但目前多數(shù)研究?jī)H局限于動(dòng)物及體外細(xì)胞水平，缺少相關(guān)臨床數(shù)據(jù)證實(shí)。通過(guò)了解炎癥小體生理和病理?xiàng)l件下在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用機(jī)制，以及明確這些炎癥小體所具有的藥理學(xué)靶向性，可能為開(kāi)發(fā)AD新藥帶來(lái)新希望。因此，需要加深基礎(chǔ)研究，拓展臨床研究，靶向細(xì)胞焦亡與AD的可能致病機(jī)制，以期為AD防治提供新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。