龔乾，頡紅杰，雙衛(wèi)兵

（1.山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 泌尿外科，山西 太原 030001）

2001 年，LAWRENCE H.BOISE 和 BRAD COOKSON［1］實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)并證實(shí)細(xì)菌感染引起的巨噬細(xì)胞死亡是一種依賴于半胱天冬酶-1（caspase-1）的且不同于細(xì)胞凋亡的程序性細(xì)胞死亡方式，并稱其為焦亡（pyroptosis）。細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡、鐵死亡、程序性壞死等不同，它在細(xì)胞死亡的機(jī)制和形態(tài)學(xué)變化上有明顯的自身特點(diǎn)，其中細(xì)胞焦亡產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)最具特征，并且與機(jī)體免疫和多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)焦亡在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中都起到了重要的作用。尤其是在腫瘤方面，細(xì)胞焦亡對(duì)腫瘤的發(fā)生以及治療是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。本文就細(xì)胞焦亡的機(jī)制、與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系和在腫瘤治療中的研究進(jìn)展做簡(jiǎn)要綜述。

1 細(xì)胞焦亡的機(jī)制

細(xì)胞焦亡是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞程序性死亡方式，表現(xiàn)為細(xì)胞膜上蛋白孔形成、細(xì)胞膨脹最終破裂并釋放細(xì)胞內(nèi)容物。在病原微生物入侵或內(nèi)部損傷因子作用下，機(jī)體內(nèi)固有免疫系統(tǒng)產(chǎn)生一系列反應(yīng)包括：組裝和激活炎性小體（inflammasome）、激活 caspase、gasdermin D（GSDMD）的激活。其中，GSDMD 是細(xì)胞焦亡重要的效應(yīng)物與焦亡的發(fā)生密切相關(guān)。GSDMD 在被caspase 切割后釋放出N 端結(jié)構(gòu)域后才具有成孔活性，暴露的N 端與質(zhì)膜上的心磷脂和磷酸肌醇相結(jié)合，使質(zhì)膜出現(xiàn)寡聚化蛋白孔洞最終導(dǎo)致細(xì)胞破壞。細(xì)胞焦亡通過(guò)外泄的細(xì)胞內(nèi)容物誘導(dǎo)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，保護(hù)宿主免受微生物感染。

1.1 caspase-1 依賴的經(jīng)典途徑

細(xì)胞內(nèi)模式辨識(shí)受體（pattern recognition receptor,PRR）在受細(xì)菌、病毒刺激后，傳遞組裝炎性小體（NLRP1、NLRP3、NLRC4 等）的指令。炎性小體使caspase-1 活化，激活后的caspase-1 切割GSDMD 的N 端序列，使其成為具有成孔活性的GSDMD-NT［2］，GSDMD-NT 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中形成質(zhì)膜孔，造成細(xì)胞膜的完整性破壞，從而引起細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加最終導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、破裂［3-4］。此外激活的caspase-1 能夠促進(jìn)白介素-1β（IL-1β）、白介素-18（IL-18）的激活與釋放，進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)體的炎癥反應(yīng)。同時(shí)炎性小體還可作為IL-1β 的加工平臺(tái)，促使IL-1β 的成熟和釋放［5］。

1.2 caspase-4/5/11 依賴的非經(jīng)典途徑

在非經(jīng)典途徑中，caspase-4/5/11 可直接被細(xì)菌脂多糖激活，活化后的caspase-4/5/11 剪切g(shù)asdermin D 的N 端序列產(chǎn)生有活性的GSDMD-NT，GSDMD-NT 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上使細(xì)胞膜穿孔、細(xì)胞腫脹，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡［6］。caspase4/5 和caspase-11并不直接參與炎癥因子的激活，而是通過(guò)誘導(dǎo)caspase-1 的活化間接促進(jìn)炎癥因子的釋放從而引起機(jī)體的炎癥反應(yīng)。

1.3 caspase-3 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡途徑

與上述兩種途徑不同，與caspase-3 相關(guān)的細(xì)胞焦亡其效應(yīng)物為GSDME 蛋白。GSDME 蛋白中同樣具有GSDM 家族共有的重要功能結(jié)構(gòu)域：gasdermin-N 域。通過(guò)GSDME 蛋白中存在caspase-3的切割位點(diǎn)，caspase-3 可使GSDME 蛋白具有穿孔活性。最近的研究表明某些化療藥物可以將caspase-3 依賴型的細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)化為caspase-1 依賴型的細(xì)胞焦亡［7-8］。北京生命科學(xué)研究所邵峰實(shí)驗(yàn)室［9］發(fā)現(xiàn)，敲除海拉細(xì)胞中GSDMD 基因并補(bǔ)回帶有caspase-3 切割點(diǎn)位的gasdermin E（GSDME）基因，海拉細(xì)胞的凋亡過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榻雇?。其機(jī)制是被激活的caspase-3 切割GSDME 形成GSDMENT［10］，后者可特異性地結(jié)合細(xì)胞膜上的4、5-二磷酸磷脂酰肌醇，引起質(zhì)膜穿孔、炎癥物質(zhì)釋放、細(xì)胞焦亡。

2 細(xì)胞焦亡與腫瘤

焦亡對(duì)腫瘤影響有雙面性。一方面，細(xì)胞焦亡過(guò)程中的關(guān)鍵炎癥小體如NLRP3（NLR family pyrin domain protein 3）能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡、抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移［11］；另一方面，細(xì)胞焦亡過(guò)程中炎癥小體的累積和炎性因子的過(guò)量釋放對(duì)于形成腫瘤微環(huán)境又是有利因素［12］。

2.1 細(xì)胞焦亡與肺癌

肺癌是導(dǎo)致死亡人數(shù)最多的呼吸系統(tǒng)腫瘤，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康。在組織學(xué)上，肺癌通常可分為小細(xì)胞肺癌（small-cell lung cancer,SCLC）和非小細(xì)胞肺癌（non-small-cell lung cancer,NSCLC）。在肺癌的治療中，NSCLC 對(duì)化療相對(duì)不敏感，靶向治療是對(duì)NSCLC 的重要治療方法，但獲得性耐藥在NSCLC 患者中常見(jiàn)［13］。而焦亡作為近年來(lái)發(fā)現(xiàn)程序性細(xì)胞死亡方式有可能成為治療NSCLC 的有效方法［14］。最近研究發(fā)現(xiàn)：某些藥物對(duì)細(xì)胞殺傷作用的機(jī)制包括細(xì)胞焦亡，如辛伐他汀通過(guò)激活炎性小體NLRP3—caspase-1—IL-1β、IL-18 通路誘導(dǎo)H1299 和A549 細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡［15］。另外，常用的化療藥物紫杉醇和順鉑由caspase-3/GSDME 通路誘導(dǎo)A549 細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡［16］。另一項(xiàng)研究表示，細(xì)胞焦亡是一種免疫性細(xì)胞死亡，GSDME 是一種腫瘤抑制因子，能夠增強(qiáng)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的吞噬作用，促進(jìn)NK 細(xì)胞和CD8+T 淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)和活化，對(duì)于腫瘤生長(zhǎng)具有抑制作用［8］。在腫瘤的免疫治療中，CHENG等［17］研究發(fā)現(xiàn)一種新型嵌合PD1-NKG2D-41BB 受體通過(guò)觸發(fā)細(xì)胞焦亡可增強(qiáng)NK92 細(xì)胞對(duì)肺癌H1299 細(xì)胞的抗腫瘤活性。WANG 等［18］基于細(xì)胞焦亡的免疫學(xué)作用，利用生物正交系統(tǒng)和gasdermin 蛋白激活細(xì)胞焦亡，重塑腫瘤微環(huán)境并激活和增強(qiáng)T 細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)，因此細(xì)胞焦亡可能突破PD-1 治療的局限性，并與PD-1發(fā)揮協(xié)同作用。

2.2 細(xì)胞焦亡與消化系統(tǒng)腫瘤

食道癌是常見(jiàn)的消化系統(tǒng)腫瘤。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在同時(shí)應(yīng)用PLK1 抑制劑和順鉑處理細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞中caspase-3 表達(dá)增加，隨后引起胞質(zhì)中的GSDME 增加而導(dǎo)致癌細(xì)胞發(fā)生焦亡，同時(shí)通過(guò)對(duì)食管癌患者的一項(xiàng)隨訪研究顯示GSDME 的過(guò)表達(dá)也與食管鱗狀細(xì)胞癌患者較好的預(yù)后有關(guān)［19］。

隨著細(xì)胞焦亡研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)炎性小體在肝臟疾病中起到雙向作用。一方面炎性小體可以保護(hù)肝臟免受病原體感染和參與干細(xì)胞抗氧化應(yīng)激及抑制腫瘤生長(zhǎng)；另一方面，炎性小體的過(guò)度免疫反應(yīng)可能促進(jìn)各種肝臟疾病的發(fā)生［20-21］。肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）是我國(guó)高發(fā)的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，因其早期癥狀不典型，故多數(shù)患者確診時(shí)已經(jīng)為中晚期，根治性切除的機(jī)會(huì)小，傳統(tǒng)放化療治療效果一般［22］。在HCC 組織中發(fā)現(xiàn)炎性小體NLRP3 的表達(dá)顯著下降甚至不表達(dá)，并且NLRP3 的表達(dá)量與HCC 的病理分級(jí)和臨床分期呈負(fù)相關(guān)，這說(shuō)明NLRP3 炎癥小體參與了HCC 的發(fā)展過(guò)程［23］。在一項(xiàng)研究中，WEI等［24］發(fā)現(xiàn)17β-雌二醇對(duì)HCC 細(xì)胞具有抑制作用，具體表現(xiàn)為17β-雌二醇通過(guò)靶向NLRP3 激活了HCC 細(xì)胞中的caspase-1 依賴型細(xì)胞焦亡途徑，從而誘導(dǎo)HCC 細(xì)胞死亡。細(xì)胞焦亡在HCC 的免疫治療中同樣發(fā)揮作用，一方面炎癥小體NLRP3 的激活通過(guò)AMPK/mToR 通路抑制了HCC 細(xì)胞中的保護(hù)性自噬，減弱了HCC 細(xì)胞的免疫逃逸能力；另一方面，在巨噬細(xì)胞發(fā)生caspase-1 依賴型細(xì)胞焦亡后，共同培養(yǎng)的NK 細(xì)胞被激活并對(duì)HCC 細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性并且殺傷HCC 細(xì)胞［25］。由此可見(jiàn)，細(xì)胞焦亡具有直接殺傷和促進(jìn)機(jī)體自身免疫細(xì)胞對(duì)抗HCC 細(xì)胞的作用，因此細(xì)胞焦亡對(duì)于HCC 的治療具有重要意義，也為HCC 的靶向治療及藥物研發(fā)帶來(lái)新的思路。

2.3 細(xì)胞焦亡與乳腺癌

2020 年全球最新癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)顯示，乳腺癌取代肺癌成為全球第一大癌癥［26］，乳腺癌的治療也從“一刀切”的方法到個(gè)性化治療模式的轉(zhuǎn)變。據(jù)GUO 等［27］報(bào)道，在乳腺癌組織中炎癥小體NLRP3 表達(dá)下調(diào)或缺失可促進(jìn)乳腺腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，因此細(xì)胞焦亡在乳腺癌治療中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。相關(guān)研究表明，Omega-3脂肪酸，如二十二碳六烯酸（DHA）通過(guò)誘導(dǎo)caspase-1 和gasdermin D 的活化及IL-1β 的分泌，介導(dǎo)了乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231 發(fā)生焦亡且DHA誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生焦亡效應(yīng)比在非癌細(xì)胞中高得多［28］。caspase-1、IL-1β 在乳腺癌組織中表達(dá)越高，腫瘤病理分級(jí)越低，腫瘤體積越小，臨床分期越低，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的可能性也越低［29］。上述結(jié)果提示細(xì)胞焦亡相關(guān)蛋白caspase-1 和IL-1β 的表達(dá)情況可能影響乳腺癌患者的發(fā)展和預(yù)后。

2.4 細(xì)胞焦亡與泌尿系腫瘤

關(guān)于細(xì)胞焦亡與泌尿系腫瘤治療近年來(lái)研究較少，是未來(lái)具有較大潛力的研究方向之一。在腎細(xì)胞癌（renal cell carcinoma,RCC）的研究中，TAN 等［30］發(fā)現(xiàn)通過(guò)基因敲低或使用溴結(jié)構(gòu)域抑制劑JQ1 抑制BRD4，抑制RCC 中的癌細(xì)胞增殖和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。該過(guò)程由NLRP3 炎癥小體誘導(dǎo)caspase-1 依賴的細(xì)胞焦亡產(chǎn)生。在前列腺癌（prostatic cancer）的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，與正常前列腺相比前列腺癌組織中caspase-3 的表達(dá)量明顯下降［31］。非編碼RNA（PVT1）參與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展，而PVT1 的敲除使小鼠前列腺癌組織中的caspase-3 的表達(dá)量顯著上調(diào)，這說(shuō)明PVT1 的促癌作用可能與抑制caspase-3 的表達(dá)有關(guān)［32］?？梢?jiàn)，caspase-3 細(xì)胞焦亡通路與前列腺癌有著密切的聯(lián)系。另一項(xiàng)回顧性研究表示caspase-3 在前列腺癌組織中的表達(dá)與其病理分級(jí)（Gleason 評(píng)分）有關(guān)，但與術(shù)前PSA 和臨床分期與是否存在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移無(wú)關(guān)［33］。NIU 等［34］報(bào)道，抗炎藥雙聯(lián)芐類化合物（Marchantin M）作為佐劑可提高多西紫杉醇對(duì)前列腺癌細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)作用，部分細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞焦亡，并且發(fā)生焦亡的細(xì)胞系對(duì)紫杉醇仍具有良好的敏感性。該研究結(jié)果為以細(xì)胞焦亡改善腫瘤微環(huán)境并抑制腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸，及細(xì)胞焦亡調(diào)控炎癥介質(zhì)影響藥物的作用途徑從而減少腫瘤細(xì)胞的獲得性耐藥提供了新的研究方向。

3 展望

細(xì)胞焦亡作為一種促炎性程序性細(xì)胞死亡方式，與多種病理生理過(guò)程密切相關(guān)，其對(duì)腫瘤的殺傷作用已被證實(shí)。因此細(xì)胞焦亡作為未來(lái)應(yīng)用于腫瘤臨床治療的探索方向，有巨大的研究空間。但細(xì)胞焦亡的研究也將面臨許多難題，例如在疾病狀態(tài)下細(xì)胞死亡的方式可能是多種并存的，如何準(zhǔn)確區(qū)分不同細(xì)胞死亡的類型及它們之間的相互影響；如何精確地調(diào)控焦亡的表達(dá)水平，以避免在殺傷腫瘤細(xì)胞時(shí)引起炎癥因子風(fēng)暴；并且目前細(xì)胞焦亡對(duì)于各種腫瘤的調(diào)控機(jī)制尚未闡明，該領(lǐng)域的探索還有很多的工作要做。