繆美琪 韓宇博 鄒國良 郭東浩 杜若齊 劉莉

冠狀動脈粥樣硬化（CA）是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的基本病理表現(xiàn)，內(nèi)皮細胞（EC）、血管平滑肌細胞（VSMC）和巨噬細胞的功能障礙導致動脈粥樣硬化斑塊積聚[1]。細胞焦亡也稱為細胞炎性壞死，是由炎性小體引起的新型程序性細胞死亡[2],其特征是炎性小體組裝、孔隙形成和炎性細胞因子分泌[1]。細胞焦亡與動脈粥樣硬化密切相關，它可能通過增強炎性因子的釋放而加劇動脈粥樣硬化斑塊（AS）的不穩(wěn)定性[3]。脂代謝紊亂和炎性反應對于斑塊的發(fā)生發(fā)展十分重要[4]。有研究指出，血管內(nèi)皮細胞、巨噬細胞、平滑肌細胞等多種細胞的焦亡調節(jié)CA 的進展。

1 細胞焦亡定義和特征

細胞焦亡“pyroptosis”源自希臘詞根，表示促炎程序性細胞死亡[5]。細胞焦亡是炎性反應導致的細胞死亡，主要通過炎性小體誘導的胱天蛋白酶（caspase）-1、4、5、11 激活。

細胞焦亡具有特定的形態(tài)特征。細胞焦亡過程中存在完整的細胞核和少量DNA“梯形帶”，受損DNA 原始末端標記法染色呈陽性時，損傷的強度較凋亡細胞低[6]。炎性反應誘導的孔隙形成依賴于caspase-1 的激活，導致焦亡細胞腫脹、質膜裂解、染色質碎裂和細胞內(nèi)促炎內(nèi)容物釋放[5]。細胞焦亡只能通過激活炎性caspase 通路誘導，包括經(jīng)典的caspase-1 通路，非經(jīng)典的人類caspase-4、5和鼠類caspase-11 通路[5]。

2 細胞焦亡的分子機制與通路

2.1 炎性小體

炎性小體是包含模式識別受體（PRR）的多分子復合物，可通過刺激炎性反應觸發(fā)細胞焦亡[1]。PRR 家族包括Toll 樣受體（TLR）、核苷酸結合域和富含亮氨酸重復序列的受體（NLR）以及黑色素瘤缺乏因子（AIM）樣受體[5]。炎性小體可被特異性病原體相關分子模式（PAMP）和損傷相關分子模式（DAMP）分別激活。PRR 在識別DAMP和PAMP 后，誘導含有caspase 關鍵結構域的凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）這一巨大的超分子完成組裝，將NLR 與caspase-1 鏈接起來。

2.2 信號通路

2.2.1 典型的炎性小體通路 炎性反應通過激活caspase-1 觸發(fā)焦亡，典型的炎性小體包括核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（NLRP3）和AIM2，它們都有一個N 端caspase 募集（CARD）或pyrin 結構域（PYD），PRR 與PAMP 和DAMP接觸后激活caspase-1[5]。NLRP3 炎性小體的激活因子是一類廣泛的刺激物，包括活性氧、線粒體DAMP 等。這些炎性小體的PYD 或CARD 通過同型相互作用連接到ASC，ASC 聚焦caspase-1 前體，激活caspase-1。caspase-1 活化可使促炎因子細胞因子白細胞介素（IL）-18 和IL-1β 的無活性前體成熟，釋放到細胞外域并激活炎性反應[5]。

2.2.2 非典型的炎性小體通路 通過誘導人類caspase-4、5 以及小鼠caspase-11 通路，可進一步誘導細胞焦亡[5]。caspase-11 能與脂多糖（LPS）結合，LPS主要源自革蘭氏陰性菌分泌的氧化磷脂，能夠直接與caspase-11 結合[5]?；罨?caspase-11既可以誘導細胞焦亡，又可以通過切割消皮素D（GSDMD）激活 caspase-1[5]。

2.3 GSDMD

GSDMD 能夠誘導caspase-1、4、5、11，主要含有N 端結構域（GSDMD-NT）和C 端結構域（GSDMD-CT）[5]。GSDMD 能夠與磷脂酰肌醇、磷脂酸以及磷脂酰絲氨酸連接，引起其寡聚化，促使細胞膜孔隙形成[7]。有關研究表明，孔隙的內(nèi)部和外部長度分別為15 nm 和32 nm，而IL-18 的長度為4.5 nm，能夠自由地在孔隙中穿梭[7]。與此同時，GSDMD-CT 是可溶的，可以返回到 GSDMD-NT，防止其被激活[7]。有關學者指出，caspase-1、4、5、11 能夠誘導 GSDMD，進一步引起細胞焦亡，而caspase-3 是細胞凋亡的關鍵。此外，Wang 等[8]發(fā)現(xiàn)，caspase-3 能夠在一定程度上誘導GSDMD，進一步引起細胞焦亡。

3 細胞焦亡與CA

CA 的特征是冠狀動脈中的脂質沉積和斑塊形成。急、慢性炎性反應以及細胞凋亡對于CA的形成十分關鍵。有研究發(fā)現(xiàn)，EC、巨噬細胞和VSMC 的細胞焦亡在CA 的形成和發(fā)展中起著重要作用[9]。caspase 依賴性細胞焦亡的特征是激活核苷酸結合寡聚化結構域樣受體通路，特別是NLRP3 炎性小體及其下游效應炎性因子IL-1β 和IL-18，使斑塊不穩(wěn)定，導致斑塊破裂和血栓形成，最終引起促炎細胞因子（如IL-1β 和IL-18）大量釋放，各種類型細胞（如EC、巨噬細胞和平滑肌細胞）死亡，導致急性心血管事件[9]。

3.1 EC焦亡

EC 損傷是CA 損傷的起點。EC 焦亡可導致內(nèi)皮完整性受損,誘導單核細胞募集[10]。caspase-1在急性冠狀動脈綜合征（ACS）患者易損斑塊和破裂病變中大量表達[3]。caspase-1 炎性小體通路可以感知升高的脂質或炎性介質，如DAMP，然后上調焦亡相關蛋白，包括NLRP3、caspase-1 和 IL-1β，最終觸發(fā)EC 焦亡。EC 焦亡導致內(nèi)皮完整性喪失，增加血管通透性并促進AS 的進展[3]。此外，Zeng 等[11]發(fā)現(xiàn)成纖維細胞生長因子21 通過抑制NLRP3 炎性小體介導的EC 焦亡來減輕CA。因此，細胞焦亡參與CA 形成和斑塊硬化。

3.2 巨噬細胞焦亡

CA 病變中巨噬細胞的死亡能夠進一步促進生長因子、細胞因子以及蛋白酶等物質的分泌，引起炎性反應，進一步誘導斑塊破裂，引起血栓，從而導致心血管事件。研究發(fā)現(xiàn)氧化低密度脂蛋白（oxLDL）誘導的巨噬細胞焦亡在CA 形成以及維持斑塊穩(wěn)定中十分關鍵，其中oxLDL 以及膽固醇晶體能夠在一定程度上誘導NLRP3 以及caspase-1 的凋亡。它能誘導巨噬細胞中IL-18 和IL-1β 的分泌，引起炎性反應和CA[3]。此外，Li 等[12]發(fā)現(xiàn)干擾素調節(jié)因子-1 可促進ACS 患者的巨噬細胞焦亡。晚期巨噬細胞焦亡導致壞死核增大及纖維帽不穩(wěn)定,促進斑塊破裂的發(fā)生[10]。近期研究發(fā)現(xiàn)，骨髓來源的間充質干細胞微泡攜帶微小RNA-223，可抑制NLRP3表達并減少巨噬細胞焦亡，穩(wěn)定AS斑塊[13]。因此，巨噬細胞焦亡可能也參與了CA 的形成和斑塊硬化。

3.3 VSMC焦亡

VSMC 焦亡可引起纖維帽變薄，增加斑塊的不穩(wěn)定性[10]。在動脈內(nèi)膜中，VSMC 產(chǎn)生膠原蛋白和彈性蛋白，能夠進一步誘導AS 斑塊，引發(fā)急性心血管事件。誘導細胞焦亡的分子（NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β 和IL-18）通常在穩(wěn)定斑塊中表達更多[3]。Pan 等[14]報道高脂飲食可增加AIM2、GSDMD-NT 和細胞黏附分子-1 的表達。AIM2過表達會增加斑塊病變面積和VSMC 焦亡，加重AS。此外，巨噬細胞募集會隨著AIM2的過表達而增加。有關研究指出，核因子κB 能夠在一定程度上影響AIM2 的表達。AIM2 主要通過ASC、caspase-1 途徑，影響 GSDMD 水平。近期發(fā)現(xiàn)caspase-1 抑制劑VX-765 通過抑制VSMC 焦亡，減慢已形成的CA 的進展[6]。因此VSMC 焦亡與AS 斑塊的穩(wěn)定性密切相關。

3.4 其他類型細胞焦亡

心肌細胞損傷后，線粒體功能受損，受損或死亡細胞釋放三磷酸腺苷（ATP），作用于細胞膜上的P2X7 受體[15]。P2X7 的特征是在細胞外高濃度ATP 的作用下，打開非選擇性離子通道，允許大分子通過，并導致NLRP3 炎性小體的形成[16]。NLRP3 可以促進心肌細胞釋放炎性介質，如IL-1β和IL-18，并誘導細胞焦亡[17]。七氟烷通過抑制P2X7-NLRP3 信號通路來抑制IL-1β、IL-18 和GSDMD 的表達，同時它通過調節(jié)炎性反應和心肌細胞焦亡減輕心肌細胞損傷，保護心臟功能[16]。曲寧寧等[18]也發(fā)現(xiàn)化瘀祛痰方可以改善心肌形態(tài)學變化，顯著降低AS 家兔心肌及血清IL-18、IL-1β水平和caspase-1、GSDMD 及NALP3 蛋白的表達水平，提示化瘀祛痰方可能通過調節(jié)細胞焦亡改善AS 家兔心肌組織形態(tài)。

4 用于治療CA的焦亡相關藥物靶點

近年來的實驗研究表明，許多細胞焦亡的抑制劑可以抑制心臟炎性反應，改善CA、心肌缺血/再灌注損傷、心肌纖維化和心功能，減少心肌梗死。靶向NLRP3 炎性小體或細胞焦亡等可作為AS 的治療策略[19]。NLRP3 抑制劑、caspase-1 抑制劑、GSDMD 抑制劑、IL-1β 抑制劑和其他傳統(tǒng)心血管藥物的作用也在臨床試驗中證明。

4.1 NLRP3炎性小體抑制劑

MCC950 是一種有效且具有特異性的小分子NLRP3 抑制劑。之前發(fā)現(xiàn)MCC950 直接與NLRP3 NACHT 域內(nèi)的Walker B 基序相互作用，從而阻止ATP 水解并抑制NLRP3 激活和炎性小體形成[20]。近期研究表明，MCC950 抑制NLRP3-ASC-Caspase-1-GSDMD-NT 軸的激活，并減輕巨噬細胞焦亡，減少IL-1β 和IL-18 的產(chǎn)生[21]。此外，MCC950 降低了心肌NLRP3 的水平并裂解IL-1β 和IL-18。在體外研究也觀察到MCC950 抑制NLRP3 生成，降低caspase-1 活性并進一步下調IL-1β 和IL-18[22]。

4.2 caspase-1抑制劑

VX-765 是一種高度選擇性的caspase-1 抑制劑，可通過抑制VSMC 焦亡減慢已形成的CA 的進展[6]。許多研究表明長鏈非編碼RNA（lncRNA）H19 參與了CA，Liu 等[23]發(fā)現(xiàn)VX-765 削弱了沉默內(nèi)源性lncRNA H19 介導的細胞焦亡。

4.3 GSDMD抑制劑

GSDMD 是細胞焦亡的效應物。壞死性磺胺（NSA）是GSDMD 的化學抑制劑。NSA 直接與GSDMD 結合并抑制p30-GSDMD 孔隙的形成，從而阻止細胞焦亡，抑制原代小鼠和永生化人類和小鼠單核細胞、巨噬細胞中IL-1 的釋放[24]。

4.4 IL-1β抑制劑

IL-1β 是細胞焦亡中caspase-1 通路的下游促炎細胞因子?？菃慰沟目寡ㄐ纬裳芯拷Y果表明，使用卡那單抗治療可以減少不良心血管事件的發(fā)生率和病死率，在CA 中以炎性反應作為靶向治療是有效的[24]。

4.5 他汀類藥物

他汀類藥物是有效的羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶抑制劑，已被廣泛用于預防和治療CA。越來越多的研究表明NLRP3 炎性小體及其下游介質是CA 中他汀類藥物的重要靶點[25]。在體外研究中，瑞舒伐他汀能夠在一定程度上降低NLRP3 的水平和其下游介質，進一步抑制CA 的炎性反應[26]。阿托伐他汀通過降低經(jīng)典炎性小體通路的生物標志物NLRP3、caspase-1、GSDMD、IL-1β 和IL-18的mRNA 和蛋白表達水平，抑制細胞焦亡[26]。

5 小結

細胞焦亡是一種由GSDMD 介導的促炎類型的細胞死亡。越來越多的研究數(shù)據(jù)表明，細胞焦亡通過引起心肌細胞、心臟成纖維細胞、EC、巨噬細胞和VSMC 等多種細胞死亡和炎性反應，在心血管疾病中發(fā)揮重要作用，尤其與CA 的發(fā)展密切相關。目前的研究集中在NLRP3 等焦亡相關成分在CA 中的作用，大多數(shù)研究表明NLRP3 的激活會誘導焦亡。體內(nèi)外實驗也表明caspase-1、IL-1、IL-18 在CA 中的作用不容忽視。近年來，針對焦亡靶向藥物的研究也取得了很大進展。然而，目前對于CA 的發(fā)生及進程了解有限，炎性小體、caspase-1 和炎性因子在CA 中的作用，還需進一步探討，期待未來會發(fā)現(xiàn)更多的治療方法來阻斷CA進程。