張明嬌 ， 朱杰夫 ， 吳雄飛

武漢大學(xué)人民醫(yī)院腎內(nèi)科，武漢 430060

順鉑（cisplatin， CDDP）是用于治療腫瘤的有效藥物之一，可單獨(dú)或與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合使用，也被用作手術(shù)或放療后的輔助治療［1］。CDDP可引起腎毒性、耳毒性和神經(jīng)毒性，因此使用常受到限制。由于CDDP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的特殊分布，在腎小球?yàn)V過(guò)和腎小管分泌過(guò)程中，CDDP優(yōu)先積聚在近端腎小管上皮細(xì)胞中，其濃度可為血藥濃度的3倍［2］。CDDP進(jìn)入腎細(xì)胞后，氯原子被水分子取代形成水合順鉑，水合順鉑通過(guò)改變膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)抑制線粒體功能，生成大量活性氧誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡或死亡，并刺激細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，引起急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）［3］。CDDP還可能誘發(fā)腎血管系統(tǒng)損傷，導(dǎo)致血流量減少，腎臟缺血性損傷和腎小球?yàn)V過(guò)率下降。這些損傷共同作用會(huì)導(dǎo)致腎功能喪失，甚至引起急性腎功能衰竭［4］。

通?；趯⑺兰?xì)胞的形態(tài)學(xué)分析對(duì)細(xì)胞死亡形式進(jìn)行定義，這些細(xì)胞死亡形式被認(rèn)為是調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡（regulated cell death， RCD），是所有生物體的基本生理過(guò)程［5］。RCD參與胚胎發(fā)育、器官維護(hù)、衰老和免疫反應(yīng)過(guò)程，在宿主防御病原體和維持體內(nèi)平衡方面起著重要作用。然而，RCD途徑的過(guò)度激活是有害的，可能導(dǎo)致突變、免疫受損和自身免疫性疾?。?］。細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡是RCD最主要的幾種形式。RCD的其他類(lèi)型也有報(bào)道，如溶酶體依賴性細(xì)胞死亡、自噬依賴性細(xì)胞死亡等，但對(duì)于這些類(lèi)型的生理功能，以及不同死亡方式的串?dāng)_關(guān)系知之甚少。本文將主要介紹細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡四種RCD形式，以期為減少順鉑誘導(dǎo)的腎損傷提供思路。

1 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是對(duì)死亡信號(hào)的反應(yīng)，可通過(guò)內(nèi)在、外在細(xì)胞凋亡或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑發(fā)生［7］。內(nèi)在細(xì)胞凋亡途徑由氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激或DNA損傷等刺激致使細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡引起。細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)、p53激活誘導(dǎo)促凋亡因子活化，導(dǎo)致線粒體外膜透化（mitochondrial outer membrane permeabilization， MOMP），線粒體促凋亡因子從線粒體膜間隙釋放到細(xì)胞質(zhì)中［8］。B細(xì)胞淋巴瘤2（Bcell lymphoma 2， Bcl2）蛋白家族是內(nèi)源性途徑MOMP的主要調(diào)節(jié)蛋白［9］，細(xì)胞色素c的釋放觸發(fā)細(xì)胞凋亡體的形成和半胱天冬酶-3（Caspase-3）活化［10］。

外在細(xì)胞凋亡途徑是通過(guò)細(xì)胞外死亡受體激活觸發(fā)的。促凋亡死亡受體包括腫瘤壞死因子受體1/2（tumor necrosis factor receptor 1/2，TNFR1/2）［11］、脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，F(xiàn)as）［12］和腫瘤壞死因子受體超家族受體DR4、DR5［13］。TNFR1在被配體激活后寡聚在細(xì)胞表面形成平臺(tái)，通過(guò)細(xì)胞質(zhì)死亡結(jié)構(gòu)域?qū)⑺劳鲂盘?hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。在早期階段形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物，也稱為復(fù)合物Ⅰ［14］。此時(shí)復(fù)合物Ⅰ中Caspase-8的活化由細(xì)胞FADD樣IL-1β轉(zhuǎn)換酶抑制蛋白調(diào)節(jié)，這種募集限制了Caspase-8的促凋亡功能，同時(shí)促進(jìn)促炎和核因子-κB（nuclear factor，NF-κB）依賴性信號(hào)通路，具有促生存作用［15］。這種促生存復(fù)合物后來(lái)被內(nèi)化或完全脫離受體，以促進(jìn)具有促凋亡活性的復(fù)合物Ⅱ的形成。在復(fù)合物Ⅱ中，無(wú)活性的Caspase-8和Caspase-10被激活，直接通過(guò)蛋白水解激活效應(yīng)Caspase或間接激活Bcl-2蛋白家族成員對(duì)內(nèi)在途徑進(jìn)行反饋并促進(jìn)MOMP［16］。兩種凋亡途徑都會(huì)引起Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7及其他Caspase的活化。

一些研究表明，細(xì)胞凋亡在順鉑誘導(dǎo)的腎損傷中發(fā)揮重要作用。順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞應(yīng)激會(huì)激活絲裂原活化蛋白激酶途徑，引發(fā)氧化應(yīng)激和凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)。細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular signal regulated kinase1/2，ERK1/2）、Caspase-3/7表達(dá)的下調(diào)會(huì)減少腎小管細(xì)胞凋亡［17］。在CDDP小鼠模型中，鈣調(diào)磷酸酶調(diào)節(jié)因子1（regulator of calcineurin 1，RCAN 1）通過(guò)與下游c-Jun N端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）結(jié)合，增加線粒體裂變因子（mitochondrial fission factor，Mff）的磷酸化，導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞線粒體功能障礙和細(xì)胞凋亡［18］。近端腎小管上皮細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β激活激酶-1（transforming growth factor-β-activated kinase-1，TAK1）能夠促進(jìn)Caspase-3活化、促炎分子表達(dá)和腎臟中的JNK磷酸化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［19］。p53參與調(diào)控細(xì)胞凋亡過(guò)程，作為順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡的關(guān)鍵分子而備受關(guān)注。抑制選擇性AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）會(huì)減少CDDP誘導(dǎo)的腎損傷小鼠模型的p53磷酸化、Bax表達(dá)、Caspase-3活化和細(xì)胞凋亡［20］。上調(diào)NAD-依賴性去乙酰化酶（NAD-dependent deacetylase，Sirts）-1蛋白會(huì)減少腎臟凋亡蛋白BAX和p53的表達(dá)，上調(diào)腎臟抗凋亡蛋白Bcl-2，從而抑制細(xì)胞凋亡［21］。此外，Sirt-3缺失通過(guò)增加活性Caspase-3的表達(dá)水平來(lái)增加順鉑誘導(dǎo)的腎小管細(xì)胞凋亡［22］。Sirt-5抑制順鉑引起的胞內(nèi)核因子紅系2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2， Nrf2）、血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1， HO-1）和Bcl-2蛋白的上調(diào)，同時(shí)提高了Bax蛋白的表達(dá)水平，減輕了順鉑引起的細(xì)胞凋亡［23］。這些研究證實(shí)了細(xì)胞凋亡在順鉑引起的腎損傷中的作用（表1）。

表1 CDDP誘導(dǎo)腎損傷中的RCDTable 1 RCD in CDDP-induced kidney injury

2 壞死性凋亡

壞死性凋亡發(fā)生在TNFR1、Fas/FasL、Toll樣受體以及胞質(zhì)核酸傳感器之后，受體激活后誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素和TNF-α的產(chǎn)生，從而促進(jìn)自分泌反饋回路中的壞死性凋亡［36］。壞死性凋亡可以被阻止細(xì)胞凋亡執(zhí)行的病原體激活，并提醒免疫系統(tǒng)注意潛在的入侵威脅。在TNFR1介導(dǎo)的壞死性凋亡中，受體相互作用蛋白激酶-1（receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1，RIPK1）磷酸化RIPK3形成壞死體的淀粉樣信號(hào)復(fù)合物。在壞死體組裝后，RIPK3磷酸化混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域（mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL）。磷酸化的MLKL寡聚并易位到細(xì)胞膜上，形成導(dǎo)致細(xì)胞膨脹的質(zhì)膜孔。質(zhì)膜孔的形成導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物的釋放，從而促進(jìn)炎癥的發(fā)生。MLKL的激活不一定導(dǎo)致壞死性凋亡，RIPK1是壞死性凋亡的關(guān)鍵誘導(dǎo)劑，通常被Caspase-8介導(dǎo)的蛋白水解中和。通過(guò)翻譯后修飾，RIPK1可以在細(xì)胞凋亡或缺乏活性Caspase-8的情況下通過(guò)壞死性凋亡激活促生存NF-κB途徑和促死亡途徑［37］。壞死性凋亡和細(xì)胞凋亡都能夠誘導(dǎo)受體脫落，但凋亡細(xì)胞釋放核小體成分，而壞死性凋亡細(xì)胞通過(guò)膜透化早期階段激活溶酶體胞吐作用釋放溶酶體成分［9］。

受體相互作用蛋白1（receptor-interacting protein 1，RIP1）、RIP3和MLKL依賴性的壞死性凋亡是CDDP誘導(dǎo)的AKI中近端腎小管細(xì)胞死亡的主要機(jī)制。RIPK3抑制劑通過(guò)與RIPK3的蘇氨酸146和絲氨酸146位點(diǎn)結(jié)合，阻斷RIPK3的磷酸化并減輕CDDP誘導(dǎo)的AKI［24］。Smad3誘導(dǎo)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4（nicotinamide adenine dinucleotide phosphooxidase 4，NOX4）和活性氧的產(chǎn)生，而靶向Smad3敲除會(huì)阻斷RIPK介導(dǎo)的RCD，減輕順鉑誘導(dǎo)的腎損傷［25］。細(xì)胞的壞死性凋亡可能由CDDP或細(xì)胞因子組合誘導(dǎo)，而CDDP治療引起的腎細(xì)胞壞死性凋亡又誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子，即這些基因和炎性細(xì)胞因子的正反饋環(huán)能夠促進(jìn)壞死性凋亡進(jìn)展［38］。壞死抑制素可以通過(guò)抑制裂解的Caspase-3調(diào)節(jié)壞死性凋亡，并影響腎小管上皮細(xì)胞系中ERK、JNK和p38信號(hào)通路，從而減輕CDDP誘導(dǎo)的腎毒性［26］。在腎小管細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中，腦Ras同源蛋白（Ras homolog enriched in brain，Rheb1）基因消融會(huì)加劇CDDP誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡和鐵死亡，而腎小管細(xì)胞中結(jié)節(jié)性硬化基因1（tuberous sclerosis 1，Tsc1）單倍體不足會(huì)導(dǎo)致Rheb1活化，減輕CDDP誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡、線粒體缺陷和AKI［27］。因此，抑制壞死性凋亡的發(fā)生可以減少順鉑腎毒性的發(fā)生（表1）。

3 焦亡

焦亡是一種炎癥性的細(xì)胞死亡形式，通常由微生物感染引起，伴有炎癥小體的激活和促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-18的激活。焦亡可通過(guò)干擾素、Toll樣受體和TNF-α的胞漿外信號(hào)傳導(dǎo)引發(fā)，Gasdermin D（GSDMD）家族蛋白則是焦亡的執(zhí)行者［39］。在焦亡過(guò)程中，細(xì)胞質(zhì)模式識(shí)別受體感知內(nèi)源性相關(guān)分子模式和病原體相關(guān)分子模式，吸引凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白ASC形成炎癥體復(fù)合體［40］。炎癥小體傳感器與ASC相關(guān)蛋白作用形成炎性小體，炎性小體可以切割GSDMD，釋放GSDMD-N結(jié)構(gòu)域并在細(xì)胞膜上形成孔，導(dǎo)致IL-1β和IL-18的前體形式激活［39］。除了活化Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5，小鼠Caspase-11能直接在不激活炎癥小體的情況下被細(xì)胞內(nèi)脂多糖激活引發(fā)焦亡［41］。細(xì)胞溶質(zhì)結(jié)合脂多糖時(shí)，上述Caspase催化結(jié)構(gòu)域p11片段直接與GSDMD-C結(jié)構(gòu)域結(jié)合，在Asp5處執(zhí)行切割［42］，導(dǎo)致Caspase活化和GSDMD裂解。核苷酸結(jié)合寡聚化合物結(jié)構(gòu)域樣受體3（NACHT-LRRPYD-containing proteins 3 inflammasome，NLRP3）也被Caspase-11介導(dǎo)的非典型炎癥小體激活，從而導(dǎo)致IL-1β和IL-18的活化［43-44］。

已有研究證實(shí)，TLR4/NLRP3/IL-1β信號(hào)參與CDDP誘導(dǎo)的腎小管損傷［45］。研究發(fā)現(xiàn)，靶向JNK、ERK及GSDME的抑制劑通過(guò)抑制Caspase-3/GSDME信號(hào)緩解順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡［46］。CDDP上調(diào)Caspase-11，促進(jìn)GSDMD裂解為GSDMD-N，后者易位到質(zhì)膜上，觸發(fā)細(xì)胞焦亡并促進(jìn)IL-18在原代培養(yǎng)的腎小管細(xì)胞中釋放。GSDMD缺乏顯著抑制CDDP誘導(dǎo)的IL-18釋放，表明GSDMD誘導(dǎo)的焦亡參與了CDDP誘導(dǎo)的AKI［28］。維生素D受體（vitamin D receptor，VDR）通過(guò)抑制NF-κB介導(dǎo)的NLRP3/Caspase-1/GSDMD焦亡來(lái)緩解CDDP誘導(dǎo)的急性腎損傷［29］。這些結(jié)果表明焦亡在順鉑誘導(dǎo)的AKI中具有重要作用（表1）。

4 鐵死亡

不同于細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡和自噬，鐵死亡是一種伴隨著嚴(yán)重的脂質(zhì)過(guò)氧化的鐵依賴性死亡方式［47］。在鐵死亡中，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）是細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)的主要樞紐，谷胱甘肽（glutathione， GSH）作為GPX4的輔助因子，協(xié)助GPX4防止細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化，保護(hù)細(xì)胞免于鐵死亡［48］。在氧化應(yīng)激條件下，GPX4將有害脂質(zhì)過(guò)氧化物還原為無(wú)毒脂質(zhì)醇［49］。Xc-系統(tǒng)是一種胱氨酸/谷氨酸抗轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，Xc-系統(tǒng)功能障礙促進(jìn)胱氨酸流入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)胱氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸，而半胱氨酸是合成GSH的限速底物，因此Xc-系統(tǒng)功能缺陷會(huì)導(dǎo)致GSH依賴性抗氧化機(jī)制受損，促進(jìn)不受控制的脂質(zhì)過(guò)氧化和鐵死亡［50］。細(xì)胞轉(zhuǎn)硫途徑激活、細(xì)胞外谷氨酸濃度降低也能影響鐵死亡［51-52］。細(xì)胞內(nèi)游離鐵是羥自由基的主要來(lái)源，可以引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化促進(jìn)鐵死亡。

許多研究工作已經(jīng)證實(shí)了鐵死亡在腎臟疾病中的有害作用，而鐵死亡抑制劑和鐵螯合劑能減輕腎損傷［53］。鐵死亡抑制劑減輕葉酸誘導(dǎo)的腎損傷，減少壞死性凋亡，而壞死性凋亡抑制劑并未消除這種作用［54］，表明鐵死亡可能在炎癥、凋亡和壞死性凋亡過(guò)程的上游起作用。CDDP誘導(dǎo)的鐵死亡主要由脂質(zhì)過(guò)氧化引起，GPX4可能介導(dǎo)了CDDP誘導(dǎo)的腎細(xì)胞鐵死亡。在CDDP誘導(dǎo)的AKI模型中，VDR活化能降低脂質(zhì)過(guò)氧化水平，恢復(fù)GPX4表達(dá)，減輕腎損傷［30］。Nrf2是抗氧化性應(yīng)激中最重要的核轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)許多與鐵的儲(chǔ)存和運(yùn)輸有關(guān)的重要基因的表達(dá)。CDDP處理的Nrf2敲除小鼠出現(xiàn)鐵積累改變，GPX4水平下調(diào)，鐵死亡加?。?1］。最近的研究發(fā)現(xiàn)，腎臟基因二肽酶1（dipeptidase 1，Dpep1）和帶電多泡體蛋白1A（charged multivesicular body protein 1 A，Chmp1a）都是單一途徑鐵死亡的重要調(diào)節(jié)因子，并通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)的鐵運(yùn)輸促進(jìn)腎臟疾病的發(fā)展［32］?；罨姆岽糥受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）調(diào)節(jié)鐵死亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，并防止CDDP誘導(dǎo)的AKI［54］。下調(diào)Cx43可以通過(guò)恢復(fù)系統(tǒng)Xc-轉(zhuǎn)運(yùn)體中SLC7A11的水平，增加GSH的含量抑制鐵死亡，并減輕CDDP誘導(dǎo)的腎損傷［34］。此外，四面體DNA納米結(jié)構(gòu)（tetrahedral DNA nanostructures，TDN）通過(guò)減少脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生，上調(diào)GPX4水平，抑制鐵死亡，減輕CDDP誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［35］?？傊?，抑制鐵死亡是減輕CDDP誘導(dǎo)腎損傷的有效途徑（表1）。

5 展望

隨著對(duì)細(xì)胞死亡機(jī)制的深入了解，我們發(fā)現(xiàn)許多新定義的死亡類(lèi)型緊密相關(guān)，具有重疊的分子特征和相同途徑的分層關(guān)聯(lián)。盡管對(duì)于CDDP誘導(dǎo)的腎毒性的分子和細(xì)胞機(jī)制已經(jīng)做了大量研究，進(jìn)一步探索以確定這些細(xì)胞死亡途徑和細(xì)胞靶標(biāo)將提高我們對(duì)它們?cè)陧樸K腎毒性中的作用的理解，為進(jìn)一步減輕腫瘤患者使用CDDP造成的腎毒性提供思路。