王雅琪 溫繼梨

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院急診內(nèi)科，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000

膿毒癥（sepsis）是由感染引起的全身炎癥反應(yīng)綜合征，每年估計有4890 萬起因膿毒癥和1100 萬與膿毒癥相關(guān)的死亡[1-3]。目前膿毒癥的治療多采用廣譜抗生素、源頭控制和支持性治療，這些非特異性治療并不能降低膿毒癥的高病死率。膿毒癥已然成為全球公共衛(wèi)生的一大挑戰(zhàn)，需要科研人員深入研究膿毒癥的病理生理機(jī)制，尋求新的診治靶點。

焦亡是由gasdermin D（GSDMD）介導(dǎo)的溶解性細(xì)胞死亡的促炎癥模式，是最具特征性的反應(yīng)[4]。炎性小體激活介導(dǎo)促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（interleukin，IL）–1b 和IL–18 的蛋白水解加工及胱天蛋白酶分泌，從而誘導(dǎo)裂解型細(xì)胞死亡。焦亡首先在巨噬細(xì)胞及其相關(guān)疾病中被發(fā)現(xiàn)[5]，隨后大量報道證實中性粒細(xì)胞也可發(fā)生焦亡，感染期間IL–18主要由中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞分泌[4]。血清IL–18 水平升高與膿毒癥的嚴(yán)重程度和預(yù)后相關(guān)[6,7]。研究證實過度激活焦亡會導(dǎo)致器官損傷，抑制焦亡可能是膿毒癥治療的新方向。

自噬是細(xì)胞生存的重要自我保護(hù)機(jī)制，通過多種途徑在膿毒癥中起保護(hù)作用，包括清除病原體、抑制炎性反應(yīng)、預(yù)防免疫抑制和調(diào)節(jié)代謝。近年來研究已經(jīng)證實自噬對細(xì)胞焦亡有調(diào)節(jié)作用，本文重點闡述有關(guān)自噬對膿毒癥細(xì)胞焦亡調(diào)節(jié)作用的最新研究成果。

1 細(xì)胞焦亡的新進(jìn)展

焦亡主要發(fā)生在巨噬細(xì)胞及其前體、胱天蛋白酶–1 和胱天蛋白酶–11 激活后的單核細(xì)胞中。炎性小體激活巨噬細(xì)胞中被胱天蛋白酶–1 切割GSDMD 產(chǎn)生的N–GSDMD 片段，隨后N–GSDMD 片段在質(zhì)膜中寡聚化，形成增加質(zhì)膜通透性的孔，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡和IL–1β 釋放[8,9]。Karmakar 等[10]發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)胞運(yùn)輸GSDMD 存在根本性差異，中性粒細(xì)胞中的N–GSDMD 片段與嗜天青顆粒和LC3+自噬體相關(guān)，IL–1β 則是通過自噬依賴性機(jī)制分泌，這些差異是炎性小體激活過程中中性粒細(xì)胞特異性功能的基礎(chǔ)。細(xì)胞溶質(zhì)脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）激活胱天蛋白酶–11 依賴性非經(jīng)典炎性小體的能力受到多種機(jī)制調(diào)控，以避免過度炎性反應(yīng)。最新研究證明L–腎上腺素不僅可作用于α–（2B）腎上腺素能受體抑制胱天蛋白酶–11 的激活，還可通過腺苷酸環(huán)化酶4 誘導(dǎo)環(huán)磷酸腺苷生成促進(jìn)蛋白激酶A活化，從而阻斷胱天蛋白酶–11 介導(dǎo)的IL–1 分泌、GSDMD 裂解及隨后的損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）激活[11]。這可能是免疫代謝作為膿毒癥潛在治療靶點的概念性證明。

膿毒癥引起的休克和組織損傷需要胱天蛋白酶–11 激活、切割GSDMD、受體相互作用蛋白激酶3（receptor–interacting protein kinase–3，RIPK3）和混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白磷酸化。Chen 等[12]研究表明，細(xì)胞焦亡中RIPK3 和GSDMD 具有協(xié)同作用，可放大巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的壞死和組織因子釋放，從而導(dǎo)致組織損失。臨床數(shù)據(jù)分析低鎂血癥與膿毒癥患者的單核細(xì)胞計數(shù)減少有關(guān)，鎂離子通過限制N–GSDMD 末端激活時的寡聚化和膜定位抑制細(xì)胞焦亡[13]。焦亡發(fā)生在巨噬細(xì)胞中已廣為人知，但多形核中性粒細(xì)胞衍生的外泌體在膿毒癥中的潛在作用機(jī)制尚不清楚，Jiao 等[14]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞的外泌體miR–30d–5p 通過激活核因子κB（nuclear factor–κB，NF–κB）M1 型巨噬細(xì)胞極化引發(fā)巨噬細(xì)胞焦亡。

2 自噬調(diào)節(jié)膿毒癥細(xì)胞焦亡

2.1 分子機(jī)制

焦亡依據(jù)不同的起始因子和有效分子分為經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑，見圖1。自噬通過消除DAMP和病原體相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）下調(diào)焦亡。DAMP 被定義為能夠啟動和增強(qiáng)炎性反應(yīng)的內(nèi)源性因子，PAMP則是指外源性微生物產(chǎn)物，如LPS[15,16]。DAMP 的自噬消除與線粒體功能受損有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)自噬通過下調(diào)裂解的GSDMD 水平來防止焦亡[17]。作為自噬激動劑的雷帕霉素可逆轉(zhuǎn)LPS 刺激后GSDMD 介導(dǎo)的焦亡，但單獨對焦亡沒有抑制作用，強(qiáng)調(diào)自噬在整個過程中的重要性[18]。既往研究提到自噬對GSDMD 介導(dǎo)的焦亡也具有調(diào)節(jié)作用，可能與AMPK–eEF–2K 信號通路有關(guān)[19,20]，但具體機(jī)制仍不清楚，需進(jìn)一步深入研究。

圖1 經(jīng)典和非經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑

2.2 自噬、焦亡和一些經(jīng)典的信號通路

有多個信號通路參與自噬的調(diào)節(jié)，但確切的作用機(jī)制尚未闡明。過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）具有抗炎抗氧化的作用，對自噬和焦亡均有調(diào)控作用，PPARγ 表達(dá)增加、活性氧水平降低可抑制硫氧還蛋白互作蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）/核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白（nucleotide–binding oligomerization domain–like receptor protein 3，NLRP3）信號通路，減少膿毒癥期間細(xì)胞焦亡和減輕肝功能障礙[21]。消退素D2（resolvin D2，RvD2）是由ω3–多不飽和脂肪酸產(chǎn)生的炎癥先天抑制因子，研究已證實RvD2 對多種炎癥信號通路有調(diào)節(jié)作用[22,23]。最新研究報道RvD2 可通過自噬促進(jìn)NLRP3 炎性小體降解，但其潛在的機(jī)制仍需進(jìn)一步研究以明確。另有研究表明miR–30c–5p通過TXNIP/NLRP3 信號通路對焦亡和膿毒癥誘導(dǎo)的損傷進(jìn)行負(fù)面控制，這可能是膿毒癥急性腎損傷患者的治療靶點[24]。

IL–17 信號通路的上、下游分子主要包括高遷移率族蛋白B1、晚期糖基化終末產(chǎn)物的多配體受體、IL–17A、腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白和NK–κB，研究人員通過生物學(xué)信息分析發(fā)現(xiàn)NK–κB 的激活促進(jìn)依賴胱天蛋白酶–1 的炎性反應(yīng)發(fā)展，提示IL–17信號通路與肺炎導(dǎo)致的膿毒癥顯著相關(guān)[25]，但還需要進(jìn)一步驗證。Ke 等[26]在體外建立膿毒癥小鼠模型，評估IL–33 對NF–κB/P38 促分裂原活化蛋白激酶（mitogen–activated protein kinase，MAPK）信號通路和巨噬細(xì)胞焦亡的影響，結(jié)果表明IL–33 激活NF–κB/P38MAPK 信號通路，上調(diào)胱天蛋白酶–1 前體表達(dá)，從而介導(dǎo)膿毒癥小鼠巨噬細(xì)胞焦亡。提示IL–33 可增加膿毒癥小鼠巨噬細(xì)胞的焦亡水平，為臨床膿毒癥患者的診斷和治療提供理論依據(jù)。膿毒癥是急性腎損傷的常見危險因素，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 具有多向分化潛能，有研究探討骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在膿毒癥誘導(dǎo)的急性腎損傷中的作用，結(jié)果表明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可通過上調(diào)SIRT1/Parkin 抑制炎性反應(yīng)并促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞和小鼠模型細(xì)胞的線粒體自噬，從而抑制細(xì)胞焦亡，改善膿毒癥引起的腎臟損傷[27]。

干擾素基因刺激物也是膿毒癥的重要因素，與不受控制的細(xì)胞焦亡相關(guān)，胞質(zhì)DNA 通過GMP–cGAMP 途徑激活干擾素基因刺激物，并通過經(jīng)典和非經(jīng)典途徑觸發(fā)細(xì)胞焦亡[28]。在研究長鏈非編碼RNA ZFAS1 在膿毒癥誘導(dǎo)的心功能障礙的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子SP1 誘導(dǎo)的ZFAS1 通過下調(diào)miR–590–3p 調(diào)節(jié)AMP 活化蛋白激酶（AMP–activated protein kinase，AMPK）–哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路，影響NLRP3 介導(dǎo)的心肌細(xì)胞自噬和焦亡，從而加重膿毒癥誘導(dǎo)的心功能障礙[29]。這種新的ZFAS1/miR–590–3p/AMPK–mTOR 調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)可能為開發(fā)治療膿毒癥誘導(dǎo)的心功能障礙提供新的治療靶點。SESN2是一種高度保守的蛋白質(zhì)，已被證實可維持內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)態(tài)，研究發(fā)現(xiàn)SESN2 能夠通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的NLRP3 降低GSDMD 依賴性焦亡；SESN2缺乏時可通過PERK–ATF4–CHOP 信號通路誘導(dǎo)NLRP3/ASC/CASP–1 依賴性細(xì)胞焦亡和促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生，導(dǎo)致膿毒癥小鼠死亡率增加[30]。

如前所述，大量研究結(jié)果支持自噬負(fù)調(diào)控焦亡，但也有一些研究得出相反的結(jié)論，認(rèn)為自噬對焦亡有促進(jìn)作用。在一項對骨髓源性巨噬細(xì)胞的研究中，饑餓增強(qiáng)自噬，但焦亡水平并沒有相應(yīng)降低，相反，炎性小體活性和IL–18、IL–1β 表達(dá)均上調(diào)。出現(xiàn)這種差異的原因尚不明確，可能是不同的病理條件和細(xì)胞類型影響自噬調(diào)節(jié)焦亡的方向。在未來的研究中，可關(guān)注自噬抑制炎性小體激活和減少焦亡的時間，以便將自噬誘導(dǎo)作為膿毒癥患者的治療方法。

3 自噬調(diào)節(jié)膿毒癥——新的治療靶點

有研究證明雷帕霉素可通過激活自噬，減輕肺部炎癥，抑制細(xì)胞焦亡。Wang 等[31]利用盲腸結(jié)扎穿刺構(gòu)建膿毒癥模型，發(fā)現(xiàn)使用雷帕霉素治療可保護(hù)小鼠免于感染性死亡。因此，調(diào)節(jié)自噬是膿毒癥治療的一個有效靶點。膿毒癥心肌病是膿毒癥常見的一個并發(fā)癥，研究證實木犀草素可通過AMPK 信號傳導(dǎo)減少細(xì)胞焦亡和增強(qiáng)自噬來保護(hù)心肌，其對心肌的保護(hù)作用與抗氧化、抗炎的藥理活性相關(guān)。許多能夠改善自噬的天然化學(xué)單體藥物已被發(fā)現(xiàn)，如米諾環(huán)素、青藤堿、京尼平、蒲公英甾醇、卡達(dá)莫素及青蒿琥酯，它們均是改善膿毒癥器官功能障礙的潛在治療藥物。

目前已開發(fā)出以胱天蛋白酶、GSDMD 蛋白為靶點的新藥。膿毒癥相關(guān)腦病臨床表現(xiàn)為急性或長期認(rèn)知功能障礙，胱天蛋白酶–1 抑制劑VX765 可有效逆轉(zhuǎn)盲腸結(jié)扎穿刺誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠的認(rèn)知功能障礙；VX765 抑制胱天蛋白酶–1 后，GSDMD 及其裂解產(chǎn)物GSDMD–NT 的表達(dá)減少，從而減少腦內(nèi)焦亡的發(fā)生[32]。Ge 等[33]發(fā)現(xiàn)α–倒捻子素誘導(dǎo)的自噬可抑制LPS 刺激的巨噬細(xì)胞NLRP3 轉(zhuǎn)錄體激活，減少IL–1β 釋放，繼而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬功能，恢復(fù)器官功能。二甲雙胍是一種經(jīng)典的降糖藥物，現(xiàn)證明對膿毒癥患者具有保護(hù)作用，入院前使用二甲雙胍可顯著降低膿毒癥患者的病死率。在許多病理情況下，如缺血再灌注損傷、炎癥性腸病和糖尿病性心肌病，二甲雙胍均可改善細(xì)胞焦亡。一個可能機(jī)制是二甲雙胍通過增強(qiáng)自噬，抑制炎性小體NLRP3 的表達(dá)，減少細(xì)胞焦亡；另有研究顯示AMPK–Akt–mTOR信號通路在該過程中也至關(guān)重要，但具體的機(jī)制尚不清楚。通過誘導(dǎo)自噬調(diào)節(jié)細(xì)胞焦亡治療敗血癥的藥物仍處于臨床前階段，還需更多的研究來探索自噬調(diào)節(jié)膿毒癥中細(xì)胞焦亡的潛在機(jī)制。

4 小結(jié)與展望

自噬調(diào)節(jié)膿毒癥中的細(xì)胞焦亡是一個較新的研究領(lǐng)域，其調(diào)節(jié)作用機(jī)制尚不清楚。目前已證實自噬對焦亡具有雙向調(diào)節(jié)作用，機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多種分子和物質(zhì)介導(dǎo)的多條信號通路，這可能是未來膿毒癥治療的新線索。但如何平衡好膿毒癥不同時期自噬對焦亡的影響，達(dá)到最佳的治療效果，值得更進(jìn)一步的研究與探索。