謝天裕，劉 云，廖世杰，羅曉婷，馮文宇，韋昌武，黃先盈，韋慶軍

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院a.骨科；b.藥學(xué)部，南寧 530021)

細(xì)胞的死亡方式分為壞死(necrosis)和程序性細(xì)胞死亡(programmed cell death)，后者包括凋亡(apoptosis)、壞死性凋亡(necroptosis)、脹亡(oncosis)、自噬(autophagy)及焦亡(pyroptosis)[1]。與其他細(xì)胞死亡方式相比，細(xì)胞焦亡在細(xì)胞死亡的機(jī)制和形態(tài)變化上均表現(xiàn)出差異，其最具特征性的是細(xì)胞死亡過(guò)程中會(huì)觸發(fā)炎癥反應(yīng)，而且與多種疾病關(guān)系密切。2001年由COOKSON等[2]首次使用細(xì)胞焦亡一詞報(bào)道該新型細(xì)胞死亡方式。隨著研究的不斷進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞焦亡在多種疾病的治療研究中均扮演重要角色，尤其是細(xì)胞焦亡與惡性腫瘤的治療[3]更是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。細(xì)胞焦亡可通過(guò)促炎作用形成炎性微環(huán)境或影響某些信號(hào)通路的活性等促進(jìn)惡性腫瘤生長(zhǎng)；然而，目前不少研究[3-4]都已證實(shí)細(xì)胞焦亡具有抗惡性腫瘤作用，可通過(guò)調(diào)控某個(gè)靶點(diǎn)或某些信號(hào)通路的活性使細(xì)胞焦亡在惡性腫瘤的治療中發(fā)揮關(guān)鍵角色的作用。隨著人口的老齡化及致病因素的變化導(dǎo)致惡性腫瘤在發(fā)病率和死亡率方面的表現(xiàn)日益突出，無(wú)論人類(lèi)發(fā)展水平如何，惡性腫瘤都是世界各地發(fā)病率和死亡率居高不下的重要原因[5]。目前臨床上針對(duì)惡性腫瘤的治療仍難以讓人滿意，患者的預(yù)后和5年生存率較差，所以對(duì)惡性腫瘤治療的研究已迫在眉睫，而細(xì)胞焦亡的抗惡性腫瘤作用提供了新的思路。

1 細(xì)胞焦亡的機(jī)制

1.1 細(xì)胞焦亡的經(jīng)典路徑

2002年，經(jīng)典炎癥小體被定義為由NOD樣受體(NOD-like receptor，NLR)、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein，ASC)和caspase-1組成的多蛋白復(fù)合物；并且炎癥小體可為caspase-1的激活以及interleukin-1β(IL-1β)、interleukin-18(IL-18)等炎癥因子的催化成熟提供分子平臺(tái)[6]。在細(xì)胞焦亡的經(jīng)典路徑中，當(dāng)NLR等感知危險(xiǎn)跡象時(shí)便會(huì)引發(fā)炎癥小體(如NOD樣受體蛋白3、NOD-like receptor protein 3、NLRP3等)的組裝并激活，接下來(lái)caspase-1的激活便是整個(gè)焦亡進(jìn)程的關(guān)鍵[7]，與此同時(shí)還可促使IL-1β和IL-18的成熟并釋放[8-9]。隨后激活的caspase-1直接剪切Gasdermin D(GSDMD)以產(chǎn)生GSDMD-NT(帶有N端片段的GSDMD)，后者可以插入細(xì)胞膜脂質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成質(zhì)膜孔[10-12]，使得細(xì)胞膜的完整性被破壞后引起細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加而導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、裂解及IL-1β和IL-18的釋放，殺傷細(xì)胞的同時(shí)提升炎癥反應(yīng)的速度和規(guī)模。另有研究[13]發(fā)現(xiàn)，某些炎癥小體可不經(jīng)過(guò)ASC的募集作用而直接結(jié)合并激活caspase-1以啟動(dòng)細(xì)胞焦亡。

1.2 細(xì)胞焦亡的非經(jīng)典路徑

與經(jīng)典路徑不同的是，非經(jīng)典路徑中的關(guān)鍵步驟為：caspase-4/5/11可不需要炎癥小體的分子平臺(tái)作用而在脂多糖等致炎因素的刺激下直接被激活，接著便將GSDMD剪切激活以產(chǎn)生GSDMD-NT而致使細(xì)胞膜穿孔、腫脹、溶解死亡。但由于caspase-4/5/11無(wú)法催化炎癥因子的成熟和分泌，所以這也被認(rèn)為是經(jīng)典路徑和非經(jīng)典路徑的主要區(qū)別[13]。此外，非經(jīng)典路徑的細(xì)胞焦亡也可通過(guò)激活經(jīng)典炎癥小體和caspase-1以及釋放炎癥因子誘導(dǎo)經(jīng)典路徑的細(xì)胞焦亡的發(fā)生，從而加速焦亡的進(jìn)程[14]。另有研究[15-16]發(fā)現(xiàn)一種特殊的細(xì)胞焦亡路徑，也被稱(chēng)為繼發(fā)性細(xì)胞焦亡，即caspase-3被激活后將Gasdermin E(GSDME)剪切并激活形成GSDME-NT(帶有N端片段的GSDME),后者也可引起質(zhì)膜穿孔導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。

2 細(xì)胞焦亡與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

通常，惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展由多方面的因素決定，包括原癌基因與抑癌基因的相對(duì)活性、免疫微環(huán)境和炎性微環(huán)境等。而細(xì)胞焦亡的促炎本質(zhì)使其與許多慢性炎癥性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[17]，因此細(xì)胞焦亡進(jìn)程中釋放大量炎癥因子所形成的炎性微環(huán)境有可能促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。有研究[18]發(fā)現(xiàn)，NLRP3及其介導(dǎo)產(chǎn)生的IL-18β可促進(jìn)炎癥性腸病(如克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎等)的發(fā)生發(fā)展，而炎癥性腸病最終有可能發(fā)展為胃腸道惡性腫瘤，由此可知細(xì)胞焦亡在此過(guò)程中起重要作用。另有多項(xiàng)研究[19-21]表明，NLRP3在病毒性肝炎的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵角色作用，且有研究[20]報(bào)道未經(jīng)治療的活動(dòng)期慢性乙肝患者肝組織中NLRP3、caspase-1和IL-1β的表達(dá)量明顯高于緩解期慢性患者；此外由NLRP3介導(dǎo)分泌的IL-1β促進(jìn)Th17細(xì)胞分泌IL-17，使得炎癥反應(yīng)和肝纖維化持續(xù)惡性循環(huán)[22]，而肝炎肝硬化是肝癌發(fā)生的重要病因，所以細(xì)胞焦亡極可能促進(jìn)了惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。然而，有研究[23-24]發(fā)現(xiàn)，雖然NF-κB信號(hào)通路和惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，NF-κB信號(hào)通路的異常激活使得細(xì)胞有能力抗程序性細(xì)胞死亡的同時(shí)進(jìn)行增殖、入侵和轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展；但在抑制NF-κB通路的活性后可促進(jìn)包括細(xì)胞焦亡在內(nèi)的程序性細(xì)胞死亡而抑制惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。此外，在食管癌的研究中使用PLK1抑制劑(BI2536)和順鉑(DDP)共同處理細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)caspase-3表達(dá)增加，接著引起細(xì)胞質(zhì)中的GSDME增加而導(dǎo)致食管鱗狀細(xì)胞癌(esophagealsquamouscarcinoma，ESCC)發(fā)生細(xì)胞焦亡，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)GSDME的過(guò)表達(dá)與ESCC患者較好的預(yù)后有關(guān)，因此細(xì)胞焦亡的抗癌作用得到證實(shí)[25]。另有研究[26]發(fā)現(xiàn)，洛鉑(lobaplatin)可通過(guò)活性氧/應(yīng)激活化蛋白激酶(ROS/JNK)信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，即lobaplatin引起ROS的升高而使JNK發(fā)生磷酸化，后者的磷酸化使caspase-3被激活，隨后GSDME被剪切激活生成GSDME-NT，最后介導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生。還有研究[26-28]發(fā)現(xiàn)，惡性腫瘤細(xì)胞在誘導(dǎo)凋亡的化療藥物的刺激下,可通過(guò)激活BAX/caspase-3/GSDME信號(hào)通路使細(xì)胞由凋亡轉(zhuǎn)向焦亡而達(dá)到抑制腫瘤生長(zhǎng)的目的。綜上所述，細(xì)胞焦亡可能促進(jìn)了惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但其抑制作用是值得肯定和利用的，且細(xì)胞焦亡與凋亡之間的轉(zhuǎn)化機(jī)制以及二者是否能起到協(xié)同抗惡性腫瘤的作用仍需進(jìn)一步研究。

3 細(xì)胞焦亡在惡性腫瘤治療中的研究進(jìn)展

根據(jù)2018年全球癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)在不分男女性別時(shí)，發(fā)病率最高的是肺癌，大腸癌位于其后；而死亡率最高的是大腸癌，接著是肝癌；發(fā)病率和死亡率位列前茅的還有胃癌、乳腺癌和前列腺癌等[5]。以上皆是人類(lèi)如今所面臨的常見(jiàn)惡性腫瘤，對(duì)于晚期患者來(lái)說(shuō)往往已失去手術(shù)機(jī)會(huì)，其余的治療方法難以取得滿意的效果。然而，根據(jù)目前的研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞焦亡與多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)，且常見(jiàn)的惡性腫瘤如肺癌、肝癌、結(jié)直腸癌等更是研究的熱點(diǎn)。相反，關(guān)于細(xì)胞焦亡在其他相對(duì)少見(jiàn)的惡性腫瘤(如骨肉瘤等)治療的研究非常少，而骨肉瘤最常見(jiàn)于兒童及青少年，惡性程度與死亡率很高，所以關(guān)于這方面的研究也是值得關(guān)注的。在傳統(tǒng)的手術(shù)及放化療都無(wú)法取得令人滿意的治療效果的情況下，細(xì)胞焦亡極有可能是下一個(gè)可靠的研究治療惡性腫瘤的新方向。

3.1 細(xì)胞焦亡與肺癌

在對(duì)非小細(xì)胞肺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，辛伐他汀能顯著降低癌細(xì)胞的活力并抑制其增殖和遷移，其作用機(jī)制為辛伐他汀通過(guò)激活NLRP3后使caspase-1激活，從而介導(dǎo)經(jīng)典路徑的細(xì)胞焦亡，進(jìn)而發(fā)揮抗惡性腫瘤的作用[29]。此外，有研究[30-31]發(fā)現(xiàn)LncRNA-XIST是多種癌癥的致癌基因，可促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌的發(fā)展[32-33]，且有研究[34]證實(shí)氧化應(yīng)激與細(xì)胞焦亡密切相關(guān)，ROS可通過(guò)特定信號(hào)通路激活NLRP3誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[35]。根據(jù)一項(xiàng)關(guān)于LncRNA-XIST與非小細(xì)胞肺癌的研究[36]可知，LncRNA-XIST在癌細(xì)胞中為過(guò)表達(dá)狀態(tài)，但LncRNA-XIST的過(guò)表達(dá)對(duì)癌細(xì)胞的氧化應(yīng)激能力沒(méi)有影響，所以當(dāng)敲除LncRNA-XIST后使得癌細(xì)胞內(nèi)丙二醛(MDA)和ROS的水平增高，促進(jìn)了超氧化物的釋放，最后誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生而抑制非小細(xì)胞肺癌的發(fā)生發(fā)展。同時(shí)，該研究的Western Blot結(jié)果也表明,下調(diào)LncRNA-XIST的表達(dá)可激活NLRP3和增加caspase-1以及IL-1β在癌細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)量，結(jié)合細(xì)胞計(jì)數(shù)的結(jié)果可知，通過(guò)下調(diào)LncRNA-XIST的表達(dá)可誘導(dǎo)經(jīng)典途徑的細(xì)胞焦亡來(lái)抑制癌細(xì)胞增殖，而過(guò)表達(dá)可促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖[36]。由此可知，LncRNA-XIST可抑制炎癥小體的激活并下調(diào)癌細(xì)胞內(nèi)炎癥因子、氧化物和超氧化物等的水平，從而減弱或抑制氧化應(yīng)激使得癌細(xì)胞自身能一定程度地避免發(fā)生細(xì)胞焦亡等炎性程序細(xì)胞死亡，最終促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌的發(fā)生發(fā)展。因此，利用細(xì)胞焦亡對(duì)癌細(xì)胞的殺傷來(lái)治療非小細(xì)胞肺癌的關(guān)鍵在于如何下調(diào)LncRNA-XIST的表達(dá)并抑制其激活以及研發(fā)能有效激活癌組織細(xì)胞焦亡的藥物。

3.2 細(xì)胞焦亡與肝癌

肝癌最常見(jiàn)的亞型是肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)，一旦確診往往已發(fā)展為晚期，傳統(tǒng)手術(shù)及放化療的效果一般，導(dǎo)致5年生存率及預(yù)后較差且患者的生活質(zhì)量大幅度下降。有研究[37]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)17β-雌二醇(17β-estradiol，E2)處理后的HCC細(xì)胞表現(xiàn)為活力逐步下降，死亡率逐步上升，ELISA檢測(cè)發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞中的caspase-1和IL-1β含量成劑量依賴(lài)性增加，然而經(jīng)caspase-1特異性抑制劑(YVAD-cmk)預(yù)處理后，由E2誘導(dǎo)的抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)的作用被顯著逆轉(zhuǎn)；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)E2可激活NLRP3，后者通過(guò)E2/ERβ/AMPK/mTOR信號(hào)通路抑制HCC細(xì)胞的保護(hù)性自噬。此外，有證據(jù)表明細(xì)胞焦亡的缺乏是人類(lèi)惡性腫瘤的一個(gè)重要特征[29]。另有研究[38]發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是caspase-1和IL-1β、IL-18，亦或是前三者的mRNA，在經(jīng)酮類(lèi)化合物(euxanthone)處理后的HCC細(xì)胞中的表達(dá)量都顯著高于正常肝細(xì)胞中的，由此可知caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡參與了euxanthone抑制HCC細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲的作用。還有研究[39]發(fā)現(xiàn)，索拉非尼(sorafenib)可通過(guò)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡，接著觸發(fā)并增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞針對(duì)HCC細(xì)胞的免疫反應(yīng)，最后起到抗癌作用。由此可知，細(xì)胞焦亡對(duì)HCC細(xì)胞的殺傷作用對(duì)于HCC的治療研究意義重大，若能有效地應(yīng)用到臨床中，將有可能大幅度地減輕患者因接受傳統(tǒng)治療所帶來(lái)的痛苦和增加患者的5年生存率及改善生活質(zhì)量。

3.3 細(xì)胞焦亡與結(jié)腸癌

目前針對(duì)結(jié)腸癌的主要治療手段仍為傳統(tǒng)的手術(shù)切除，在其他治療方面的研究進(jìn)展仍較慢。有研究[40]發(fā)現(xiàn)，Liver X Receptorβ(LXRβ)具有一定的抗癌作用，LXRβ主要定位于結(jié)腸癌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，且對(duì)特異的激動(dòng)劑治療敏感。而激動(dòng)劑與LXRβ的結(jié)合使縫隙連接蛋白1(pannexin 1，PX1)通道打開(kāi)，釋放ATP并作用于其受體P2X7而引起NLRP3的組裝并激活，后者將caspase-1激活后誘導(dǎo)了細(xì)胞焦亡而導(dǎo)致結(jié)腸癌細(xì)胞死亡[40-41]。另有研究[42]發(fā)現(xiàn)，炎癥小體如NLRP3及AIM2等在結(jié)腸癌細(xì)胞中的表達(dá)水平相對(duì)于正常細(xì)胞來(lái)說(shuō)是降低的，且炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡對(duì)結(jié)腸癌的進(jìn)展有明顯的抑制作用。所以，如何有效地激活LXRβ及提高炎癥小體的表達(dá)量是利用細(xì)胞焦亡治療結(jié)腸癌的關(guān)鍵，而在LXRβ介導(dǎo)的信號(hào)通路的上下游可能還存在有效的治療靶點(diǎn)。

3.4 細(xì)胞焦亡與骨肉瘤

骨肉瘤好發(fā)于兒童和青少年，預(yù)后和5年生存率較差且死亡率高。有研究[43]發(fā)現(xiàn)，薯蕷皂甙(Dioscin)可通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡而抑制骨肉瘤的生長(zhǎng)；骨肉瘤細(xì)胞經(jīng)Dioscin處理后GSDME-NT的表達(dá)劑量及細(xì)胞死亡率成劑量依賴(lài)性增加，而經(jīng)caspase-3特異性抑制劑(Z-DEVD-FMK)處理后，GSDME-NT及caspase-3的表達(dá)量顯著下降的同時(shí)恢復(fù)了骨肉瘤細(xì)胞的活力；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)經(jīng)特異性的siRNA敲除骨肉瘤細(xì)胞中GSDME后，GSDME-NT的含量及Dioscin對(duì)骨肉瘤細(xì)胞的促焦亡作用顯著下降，同時(shí)明顯下降的還有Dioscin對(duì)骨肉瘤的促凋亡作用。另有研究[44]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞凋亡路徑可分為內(nèi)源性路徑和外源性路徑，前者也稱(chēng)為線粒體凋亡路徑，由Bcl-2家族的促凋亡和抗凋亡蛋白控制[45]，其關(guān)鍵的啟動(dòng)步驟是caspase-9的激活，而后者則通過(guò)激活caspase-8而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。同時(shí)，細(xì)胞凋亡的內(nèi)外源路徑在下游的caspase-3處交匯[46]，且因caspase-3可剪切激活GSDME產(chǎn)生GSDME-NT誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，故使得caspase-3既是細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵通路，也是細(xì)胞內(nèi)外源凋亡路徑的共同通路。此外，由于GSDME-NT可通過(guò)增加線粒體膜的通透性使細(xì)胞色素C釋放至細(xì)胞質(zhì)，從而增加激活的caspase-3的量而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[47]，可知細(xì)胞焦亡在某些條件下可觸發(fā)細(xì)胞凋亡使得二者之間通過(guò)協(xié)同作用共同發(fā)揮抗骨肉瘤能力，但二者之間具體的聯(lián)動(dòng)協(xié)同機(jī)制仍需進(jìn)一步研究明確。雖然目前針對(duì)細(xì)胞焦亡在骨肉瘤中的研究極少，但前者依然有希望成為研究治療后者的有效切入點(diǎn)。

3.5 細(xì)胞焦亡在其他惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

根據(jù)最新的研究[48]發(fā)現(xiàn)，牙周炎可通過(guò)由細(xì)胞焦亡產(chǎn)生的IL-1β介導(dǎo)下游的信號(hào)通路激活，隨后可在轉(zhuǎn)移早期部分募集髓系抑制性細(xì)胞，最后促進(jìn)乳腺癌的轉(zhuǎn)移，由此說(shuō)明了IL-1β在促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移進(jìn)程中的作用，也提示了控制牙周炎(老年乳腺癌患者普遍存在的疾病)的必要性。另有研究[42]發(fā)現(xiàn)，下調(diào)介導(dǎo)細(xì)胞焦亡的炎性小體的表達(dá)后導(dǎo)致了胃癌細(xì)胞的增殖，同時(shí)GSDMD在胃癌中的表達(dá)量較低，且有實(shí)驗(yàn)[49]結(jié)果表明下調(diào)GSDMD的表達(dá)后可顯著促進(jìn)胃癌的體內(nèi)外增殖。還有研究[50]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞焦亡相關(guān)指標(biāo)NLRP3可作為評(píng)估鼻咽癌患者預(yù)后的重要標(biāo)志物。此外，細(xì)胞焦亡在其他惡性腫瘤的治療研究中亦能發(fā)揮抑制惡性腫瘤細(xì)胞增殖及轉(zhuǎn)移的作用。可見(jiàn)對(duì)于惡性腫瘤的治療，細(xì)胞焦亡為人們提供了極有希望的方向。

4 展望

細(xì)胞焦亡的促炎性質(zhì)可能對(duì)惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展有促進(jìn)作用，但其對(duì)惡性腫瘤的殺傷作用已得到研究證實(shí)，且在未來(lái)極有可能運(yùn)用到臨床治療中。目前細(xì)胞焦亡在惡性腫瘤治療方面的研究空間極大，許多問(wèn)題丞待解決。然而，在已發(fā)現(xiàn)的與細(xì)胞焦亡密切相關(guān)的炎癥小體、caspase家族蛋白、GSDM家族蛋白及相關(guān)信號(hào)通路等的基礎(chǔ)上尋找有效的治療靶點(diǎn)及研發(fā)針對(duì)性的藥物，可為如何利用細(xì)胞焦亡治療惡性腫瘤找到突破點(diǎn)。