楊 倩，葉 琨

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)瑞康臨床醫(yī)學(xué)院，廣西 南寧 530200；2.廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院腎內(nèi)科，廣西 南寧 530021）

近年來(lái)細(xì)胞焦亡（pyroptosis）成為了研究熱點(diǎn)，目前已有研究證明細(xì)胞焦亡在腫瘤、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等多種疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演了重要角色，并且還進(jìn)行了相關(guān)通路的探索，旨在進(jìn)一步了解細(xì)胞焦亡對(duì)疾病的作用機(jī)制。細(xì)胞焦亡本質(zhì)上屬于非特異性的先天免疫反應(yīng)，是一種與炎癥相關(guān)的程序性細(xì)胞死亡方式[1]。2001年，Cookson BT等[2]首次提出了焦亡的概念，定義為沙門氏菌感染的巨噬細(xì)胞非凋亡的、炎性半胱天冬酶-1（caspase-1）依賴的細(xì)胞死亡。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)[3]，細(xì)胞焦亡是由炎性半胱天冬酶caspase介導(dǎo)的一種炎性程序性細(xì)胞死亡形式。細(xì)胞焦亡不同與其他的細(xì)胞死亡方式，其特征是DNA斷裂、細(xì)胞核完整、細(xì)胞腫脹、細(xì)胞膜孔形成和釋放細(xì)胞內(nèi)容物及促炎細(xì)胞因子，如白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白介素-18（interleukin-18，IL-18）和內(nèi)源性危險(xiǎn)性信號(hào)蛋白（high mobility group box 1，HMGB-1）等，因此焦亡的本質(zhì)是促炎[4]。隨著GSDMD的發(fā)現(xiàn)，焦亡的機(jī)制得以進(jìn)一步揭示，其被重新定義為gasdermin介導(dǎo)的程序性壞死[5]。本文將重點(diǎn)介紹細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制，并且聚焦細(xì)胞焦亡在腎臟疾病中的作用，包括狼瘡性腎炎、糖尿病腎病、急性腎損傷等，以期為腎臟疾病的治療提供新思路。

1 焦亡的分子機(jī)制

細(xì)胞焦亡主要通過(guò)3種途徑發(fā)揮作用，分別是經(jīng)典途徑、非經(jīng)典途徑以及其他途徑?，F(xiàn)將相關(guān)機(jī)制詳細(xì)介紹如下。

1.1 經(jīng)典途徑 在經(jīng)典途徑中，模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs）識(shí)別胞內(nèi)或胞外相關(guān)的病原體相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns，PAMPs）和損傷相關(guān)分子模式（athogen-associated molecular patterns，DAMPs）[6]，促進(jìn)PRRs的pyrin結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD）與凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein contain a CARD，ASC）結(jié)合，進(jìn)而ASC招募pro-caspase-1并結(jié)合形成完整的炎癥小體[7]。炎癥小體將procaspase-1裂解為有活性的caspase-1?；罨腸aspase-1使GSDMD裂解成GSDMD-N端和GSDMDC端，具有成孔活性的GSDMD-N端插入細(xì)胞膜并在膜上形成孔道，這是焦亡的關(guān)鍵過(guò)程[8]。同時(shí)活化的caspase-1介導(dǎo)促炎細(xì)胞因子pro-IL-1β和pro-IL-18轉(zhuǎn)化為活性形式的IL-1β和IL-18，最終引發(fā)焦亡。以下對(duì)在經(jīng)典途徑中發(fā)揮重要作用的分子物質(zhì)進(jìn)行介紹。

1.1.1 PRRs PRRs根據(jù)其在細(xì)胞里的位置分為跨膜型和細(xì)胞質(zhì)型兩種類型?？缒ば偷腜RR有Toll樣受體（toll-like receptors，TLRs）、C型凝集素受體（Ctype lectin receptors，CLRs），細(xì)胞質(zhì)型的PRR有NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）、視黃酸誘導(dǎo)基因-I樣受體（retinoic acid-inducible gene-I–like receptors，RLRs），黑色素瘤缺乏因子2樣受體（absent in melanoma 2-like receptors，ALRs）[9，10]。在焦亡發(fā)生過(guò)程中，PRRs的作用就是通過(guò)識(shí)別相關(guān)病原體的DAMPs和PAMPs，感知到宿主受到了感染，從而參與焦亡的“啟動(dòng)”環(huán)節(jié)。

1.1.2 炎癥小體 炎癥小體位于細(xì)胞質(zhì)中，是由傳感器、適配器和效應(yīng)蛋白組成的多聚蛋白復(fù)合物[11]。炎癥小體是由其傳感器蛋白（如PRR）定義的，它在PAMPs或DAMPs的作用下寡聚形成一個(gè)pro-caspase-1的激活平臺(tái)。PRRs中有5個(gè)成員已被證實(shí)可形成炎癥小體并且參與了細(xì)胞焦亡，分別為NLRP1[12]、NLRP3[13]、NLRC4[14]、AIM2[15]和pyrin[16]。其中有關(guān)NLRP3的研究較為廣泛。此外，據(jù)報(bào)道[17-20]，PRRs的其他成員如NLRP2、NLRP6、NLRP12和干擾素-γ誘導(dǎo)蛋白質(zhì)16（IFI16）也會(huì)在特定條件下形成炎癥小體。在經(jīng)典途徑中，炎癥小體的激活非常關(guān)鍵，炎性小體形成后，可以激活caspase-1，從而促進(jìn)細(xì)胞因子IL-1β和IL-18成熟和GSDMD的分解，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞焦亡。

1.1.3 GSDMD 2015年，有學(xué)者[21，22]通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了GSDMD是炎性caspase介導(dǎo)焦亡的重要底物。GSDMD屬于gasdermin家族，該家族成員還包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDME（也稱DFNA5）和PJVK（也稱DFNB59）。除DFNB59外，所有g(shù)asdermin均擁有類似GSDMD的自我抑制結(jié)構(gòu)。在靜息細(xì)胞中，GSDMD-C端與GSDMD-N端相結(jié)合時(shí)，其中C端結(jié)構(gòu)域作為抑制結(jié)構(gòu)域來(lái)限制N端功能，從而使整體GSDMD處于自我抑制的狀態(tài)[22]?；罨腸aspase-1/4/5/11可以切割GSDMD的N端和C端中間的連接區(qū)域，從而破壞這種自我抑制結(jié)構(gòu)，發(fā)揮GSDMD-N端的活性作用。GSDMD-N端可與細(xì)胞膜的脂質(zhì)成分如膜脂、磷脂酰肌醇、心磷脂等結(jié)合，發(fā)揮其成孔活性，使細(xì)胞膜上出現(xiàn)內(nèi)徑10-14nm的小孔，并且通過(guò)這個(gè)小孔的形成，成熟的IL-18和IL-1β得以排出胞內(nèi)以及胞外液體的可以流入胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹和滲透溶解[23，24]，GSDMD-C端則停留在胞質(zhì)內(nèi)。由此可見，GSDMD-N端的成孔活性對(duì)于通過(guò)炎性半胱天冬酶啟動(dòng)細(xì)胞焦亡至關(guān)重要，因此GSDMD被稱為是細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行者。

1.2 非經(jīng)典途徑 非經(jīng)典途徑主要是由小鼠caspase-11和人類同源的caspase-4/5參與。caspase-4/5/11可以直接與革蘭氏陰性菌胞質(zhì)中的脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）相互作用，導(dǎo)致caspase的激活[25]。胞外革蘭氏陰性菌的LPS由跨膜的TLR4感知，激活的caspase-4/5/11可直接將GSDMD切割成C端和N端片段，從而引發(fā)焦亡[21，22]。但是，激活的caspase-4/5/11無(wú)法直接介導(dǎo)pro-IL-18或pro-IL-1β的成熟和分泌，而是通過(guò)NLRP3-ASC-cas pase-1途徑[26]。

此外，有研究發(fā)現(xiàn)[27]，縫隙連接蛋白1（Pannexin-1）是caspase-11誘導(dǎo)的非經(jīng)典途徑中介導(dǎo)焦亡的一個(gè)關(guān)鍵蛋白。在LPS刺激下，活化的caspase-11可特異性剪切和修飾Pannexin-1，引起細(xì)胞ATP的釋放，從而誘導(dǎo)離子通道P2X7受體介導(dǎo)的焦亡。

1.3 其它途徑 隨著對(duì)焦亡機(jī)制的不斷探索，研究發(fā)現(xiàn)[28]，除caspase-1/4/5/11外，還存在其它途徑可以激活焦亡?；熕幬锟梢酝ㄟ^(guò)激活caspase-3，對(duì)GSDME高表達(dá)的癌癥細(xì)胞和正常細(xì)胞進(jìn)行凋亡變?yōu)榻雇龅霓D(zhuǎn)化?；罨腸aspase-3對(duì)GSDME進(jìn)行剪切，生成GSDME-N端片段，該片段識(shí)別細(xì)胞膜并且在膜上形成孔道，誘發(fā)細(xì)胞焦亡。在caspase-8介導(dǎo)的途徑中，抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β活化激酶（TGF-βactivated kinase 1，TAK1）可以誘導(dǎo)caspase-8的激活，從而裂解GSDMD，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡[29]。此外，在缺氧條件下，PD-L1轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與p-Stat3一起調(diào)控GSDMC的轉(zhuǎn)錄，從而促使TNF-α將caspase-8激活，從而參與細(xì)胞凋亡變?yōu)闉榻雇龅霓D(zhuǎn)化過(guò)程[30]。在顆粒酶介導(dǎo)的途徑中，CAR-T細(xì)胞通過(guò)釋放顆粒酶B（granzyme B，GzmB）快速激活靶細(xì)胞中的caspase-3，然后裂解GSDME，引發(fā)焦亡[31]。在細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞中的顆粒酶A（granzyme A，GzmA）通過(guò)穿孔素進(jìn)入靶細(xì)胞，裂解GSDMB的Lys229/Lys244位點(diǎn)引發(fā)焦亡[32]。還有研究提出在黑色素瘤細(xì)胞中，通過(guò)釋放細(xì)胞色素C進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)來(lái)誘導(dǎo)caspase-9的激活，進(jìn)而激活caspase-3，裂解GSDME導(dǎo)致焦亡[33]。

2 細(xì)胞焦亡與腎臟疾病

細(xì)胞焦亡是屬于先天的免疫反應(yīng)，而腎臟疾病大多與免疫系統(tǒng)有著密切的關(guān)聯(lián)。并且越來(lái)越多的證據(jù)表明，許多腎臟疾病的病理進(jìn)展源于炎癥，從而導(dǎo)致腎臟損傷。因此，近年來(lái)人們進(jìn)行了許多有關(guān)細(xì)胞焦亡及腎臟疾病的研究。以下將簡(jiǎn)要闡述細(xì)胞焦亡在狼瘡性腎炎（lupus nephritis，LN）、糖尿病腎?。╠iabetic kidney disease，DKD）、急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）、慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）等腎臟疾病中的最新研究進(jìn)展。

2.1 LN LN是系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）累及腎臟所引起的一種免疫相關(guān)性腎炎，是SLE嚴(yán)重的并發(fā)癥。由于狼瘡性腎炎患者腎組織大都會(huì)出現(xiàn)明顯的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，結(jié)合細(xì)胞焦亡的“促炎”本質(zhì)，近年來(lái)狼瘡性腎炎與細(xì)胞焦亡的關(guān)系受到關(guān)注和研究。Fu R等[34]發(fā)現(xiàn)狼瘡患者及小鼠足細(xì)胞中的NLRP3炎癥小體被激活，進(jìn)而導(dǎo)致了LN的足細(xì)胞損傷。有研究[35，36]發(fā)現(xiàn)在MRL/lpr狼瘡小鼠模型中，隨著病情的發(fā)展，焦亡相關(guān)因子（如NLRP3、caspase-1等）在小鼠模型中的表達(dá)隨之增加，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明焦亡與LN病情的發(fā)展存在顯著的相關(guān)性，并且NLRP3可能成為一個(gè)可以期待的LN的治療靶點(diǎn)。所以后續(xù)Peng X等[37]研究發(fā)現(xiàn)，胡椒堿作為一種已知的靶向NLRP3炎癥小體的生物活性化合物，通過(guò)靶向AMPK來(lái)顯著抑制NLRP3炎性小體的激活，抑制促炎細(xì)胞因子的釋放，阻斷腎小管上皮細(xì)胞的焦亡，從而抑制LN的發(fā)展。Cao H等[38]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)LN患者應(yīng)用潑尼松、霉酚酸酯及他克莫司聯(lián)合治療方案，可抑制caspase-1/GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，延緩疾病進(jìn)展。以上研究通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)以及臨床患者相關(guān)實(shí)驗(yàn)，多角度證明了焦亡與LN的發(fā)生發(fā)展具有顯著的相關(guān)性。

2.2 DKD DKD是糖尿病患者最主要的微血管病變之一，也是導(dǎo)致終末期腎?。╡nd stage renal disease，ESRD）的重要原因之一[39]。有研究表明[40]，高血糖引起的炎癥因子的激活在糖尿病腎病的進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用。Cheng Q等[41]發(fā)現(xiàn)在高血糖條件下，可以激活caspase-11/4和GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，參與足細(xì)胞損傷和DN的發(fā)展。Li X等[42]發(fā)現(xiàn)在DN大鼠及細(xì)胞模型中MALAT1發(fā)揮了顯著的促焦亡作用，而miR-23c則表達(dá)出抗焦亡作用。An X等[43]發(fā)現(xiàn)安石榴甙可通過(guò)TXNIP/NLRP3抑制細(xì)胞焦亡，從而保護(hù)糖尿病腎病。以上靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，不僅有助于DN發(fā)病機(jī)制的探索，更是有助于開發(fā)DN新的治療策略。

2.3 AKI AKI是一種以腎小球?yàn)V過(guò)率迅速下降和代謝廢物積累為特征的臨床綜合征[44]。AKI按病因可分為腎前、腎內(nèi)和腎后，其中常見的有缺血再灌注、造影劑、膿毒血癥、腎毒性藥物等[44]。其中缺血再灌注（Ischemia-reperfusion，I/R）可直接導(dǎo)致AKI和NLRP3炎癥小體的激活[45]，并且可以通過(guò)抑制NLRP3/caspase-1軸，從而抑制I/R誘導(dǎo)的AKI和細(xì)胞焦亡[46]。有關(guān)造影劑導(dǎo)致的AKI中，Zhang Z等[47]學(xué)者發(fā)現(xiàn)全身暴露于造影劑的情況下，可以激活炎性的caspase 4/5/11，導(dǎo)致嚴(yán)重的腎小管上皮細(xì)胞焦亡。Zhu X等[48]也發(fā)現(xiàn)通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體的激活，可以減少造影劑誘導(dǎo)的腎小管細(xì)胞焦亡，保護(hù)腎臟，說(shuō)明了腎小管上皮細(xì)胞焦亡在造影劑誘導(dǎo)的AKI中所起的必要作用。在藥物導(dǎo)致的AKI中，焦亡也參與其中。Miao N等[49]研究表明在順鉑引發(fā)的AKI中，caspase-11/GSDMD介導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞焦亡對(duì)腎小管細(xì)胞損傷和腎功能惡化中起著重要作用。此外，除了GSDMD導(dǎo)致的焦亡，Xia W等[50]研究發(fā)現(xiàn)caspase-3/GSDME引發(fā)的焦亡和炎癥也介導(dǎo)了AKI的發(fā)生。對(duì)介導(dǎo)AKI的焦亡相關(guān)因子的不斷探索，為理解和治療AKI提供了新的視野。

2.4 CKD進(jìn)行性 CKD常見的致病機(jī)制包括腎臟炎癥和纖維化[51]。DAMP通過(guò)激活先天免疫系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)炎癥，從而促進(jìn)CKD的進(jìn)展[52]。在小鼠單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）模型中，caspase-1、IL-1β和IL-18的表達(dá)增加，而NLRP3-/-小鼠的UUO模型中腎小管損傷、炎癥和纖維化程度較輕，并伴隨著caspase-1的和IL-1β、IL-18的減少[53]。并且有研究表明可以通過(guò)抑制NLRP3依賴性的焦亡途徑來(lái)改善CKD的發(fā)展，保護(hù)腎臟[54，55]，這說(shuō)明了NLRP3炎癥小體有參與慢性腎臟病的發(fā)病過(guò)程。還有研究表明[56]，AIM2炎癥體被腎臟中壞死細(xì)胞的DNA激活，促進(jìn)了巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18的釋放，從而導(dǎo)致了CKD。此外，Wu M等[57]證明可通過(guò)GSDME依賴細(xì)胞焦亡來(lái)參與CKD腎小管間質(zhì)纖維化和腎功能障礙，為預(yù)防和治療CKD的一個(gè)新的潛在靶點(diǎn)。

2.5 其它腎臟疾病 在其它腎臟疾病中也有焦亡的參與，在IgA腎病模型中，IgA免疫復(fù)合物可通過(guò)巨噬細(xì)胞內(nèi)的ROS激活炎癥小體，誘導(dǎo)IL-1β和caspase-1的分泌。還有研究提出[58]，淫羊藿苷可通過(guò)抑制NF-κB介導(dǎo)的NLRP3炎癥小體活化來(lái)減輕IgA腎病大鼠的腎損傷，提示NLRP3可能參與了IgA腎病的炎癥過(guò)程。在晶體相關(guān)性腎病中，草酸鈣晶體通過(guò)激活腎內(nèi)單核巨噬細(xì)胞中NLRP3/ASC/caspase-1直接損傷腎小管細(xì)胞[59]。有關(guān)高血壓腎病的研究表明[60]，腎臟中NLRP3炎癥體的激活與鹽敏感型高血壓有關(guān)；還有學(xué)者[61]提出NLRP3抑制劑MCC950可以顯著降低血壓和減輕腎臟纖維化程度，保護(hù)腎功能。此外，HIV轉(zhuǎn)基因小鼠（Tg26）腎組織中的NLRP3、ASC、caspase-1和IL-1β的蛋白以及mRNA水平的表達(dá)明顯增加，并且caspase-1抑制劑作用于足細(xì)胞后，caspase-1和IL-1β的表達(dá)下降，發(fā)揮了抗焦亡作用，這也提示caspase-1激活介導(dǎo)的足細(xì)胞損傷在HIV相關(guān)性腎病中具有重要作用[62]。

3 總結(jié)與展望

細(xì)胞焦亡作為一種炎癥性和程序性的細(xì)胞死亡方式，其作用機(jī)制的探索不斷取得新進(jìn)展，從最開始的經(jīng)典通路，到后來(lái)的非經(jīng)典通路，再有非炎性的caspase以及GSDME、GSDMA、GSDMB等在焦亡中作用的發(fā)現(xiàn)不斷的開拓了視野，使得大家對(duì)焦亡的機(jī)制有了更深入全面的認(rèn)知。近年來(lái)也有越來(lái)越多的研究提示通過(guò)調(diào)節(jié)焦亡相關(guān)因子水平可以改善腎臟疾病的損傷程度，從而發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。這些新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)為腎病患者帶來(lái)更多有效、有前景的治療方法。但是目前腎臟疾病中關(guān)于焦亡的相關(guān)研究大多處于動(dòng)物模型及細(xì)胞水平，其在臨床上的探索仍處于空白階段，未來(lái)如何將這些已發(fā)現(xiàn)的成果應(yīng)用于臨床及指導(dǎo)臨床診療亟需更多學(xué)者去探索。