覃高升，李佳樂，王婉婉，孫達(dá)欣

桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院乳腺甲狀腺外科，廣西 桂林 541000

近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率逐年升高，世界衛(wèi)生組織（WTO）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年全球新發(fā)惡性腫瘤共1810萬例，病死960萬例，且中國惡性腫瘤的發(fā)病率和病死率居全球首位[1]。隨著工業(yè)化程度的不斷提高、環(huán)境污染和不良生活習(xí)慣，腫瘤的發(fā)病率將會不斷升高，早發(fā)現(xiàn)，早診斷，早治療極其重要。細(xì)胞焦亡在腫瘤的發(fā)展轉(zhuǎn)歸中發(fā)揮重要作用，深入探究細(xì)胞焦亡與腫瘤關(guān)系有利于對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及新的預(yù)防治療提供新思路，2000年，Molly等就證明了沙門氏菌通過一種依賴于caspase 1誘發(fā)的炎性壞死機(jī)制引起巨噬細(xì)胞凋亡，并提出這一概念為細(xì)胞焦亡[2]。2018年，細(xì)胞死亡命名委員會對細(xì)胞死亡的不同形態(tài)提出了統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，將細(xì)胞死亡分為細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬、細(xì)胞壞死和細(xì)胞焦亡等[3]。在醫(yī)療技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的同時，病原體也在不斷地進(jìn)化升級，可在機(jī)體細(xì)胞的保護(hù)環(huán)境中頑強(qiáng)生存和復(fù)制而不受免疫反應(yīng)的影響；通過細(xì)胞焦亡在腫瘤中可能發(fā)生的分子機(jī)制，找到細(xì)胞焦亡的可能調(diào)控方式而達(dá)到控制或治療腫瘤的方法，對于基礎(chǔ)研究或臨床治療腫瘤均有重要作用。

1 細(xì)胞焦亡的定義及其機(jī)制

程序性細(xì)胞死亡指依賴于細(xì)胞內(nèi)的遺傳編碼調(diào)控的死亡[3-4]，細(xì)胞焦亡和細(xì)胞凋亡均同屬于程序性細(xì)胞死亡，但它們之間也有差別。細(xì)胞凋亡是當(dāng)前研究得比較透徹的程序性死亡方式，凋亡一詞在希臘語中用來表示“脫落”，指的是一種可控的生理過程，主要通過caspase 3、caspase 8、caspase 9介導(dǎo)，細(xì)胞凋亡的發(fā)生主要是為了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，在沒有組織破壞和炎癥的情況下，由基因調(diào)控的細(xì)胞自發(fā)的有序死亡，其發(fā)生可以使細(xì)胞成分得到再次利用。細(xì)胞壞死則是由于炎性因子釋放導(dǎo)致的內(nèi)環(huán)境絮亂從而發(fā)生的被動的、意外的死亡。細(xì)胞自噬指細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞成分的降解，形態(tài)學(xué)特征包括空泡化、胞質(zhì)內(nèi)容物降解和染色質(zhì)微凝[5]。細(xì)胞焦亡則是一種依賴于caspase 1、caspase 4、caspase 5、caspase 11，由Gasdermin D（GSDMD）蛋白介導(dǎo)的炎癥性程序性死亡方式；固有免疫系統(tǒng)是抵御病原體的第一道防線，通過細(xì)胞分子機(jī)制對病原體產(chǎn)生有效的抗炎和抗菌作用，感染和細(xì)胞應(yīng)激均可觸發(fā)典型或非典型炎癥小體的組裝，從而激活caspase 1和caspase 11，活化的caspase則通過切割GSDMD蛋白使其轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài)從而導(dǎo)致細(xì)胞焦亡，在固有免疫中發(fā)揮關(guān)鍵作用[6-8]。

Gasdermin家族包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、DFNA5和DFNB59，GSDMD由487種氨基酸構(gòu)成，是 caspase 1、caspase 4、caspase 5、caspase 11誘發(fā)焦亡的共同底物，亦可稱為成孔蛋白質(zhì)。GSDMD穩(wěn)態(tài)下保持自抑狀態(tài)，可被裂解為與細(xì)胞膜相關(guān)的GSDMD-N端p30片段和GSDMD-C端片段，從而解除自抑狀態(tài)，研究表明，其自抑狀態(tài)是由于GSDND-C端靶向GSDMD-N末端殘基導(dǎo)致的，GSDMD-N端p30片段具有固有的細(xì)胞膜毒性作用，其可靶向定位于細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層上使其形成10～14 nm的孔隙，破壞細(xì)胞膜的完整性，消除膜內(nèi)外的等離子濃度梯度，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹破裂，大量內(nèi)容物（溶酶體、炎性因子等）釋放，最終導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生炎性死亡，有研究發(fā)現(xiàn)，GSDMD蛋白是在ASP-276位點(diǎn)被caspase裂解，而將ASP-276位點(diǎn)突變后，caspase則無法切割激活GSDMD而不能觸發(fā)細(xì)胞焦亡，同時，GSDMD的缺失也將不能引起焦亡過程的發(fā)生，可見GSDMD蛋白在細(xì)胞焦亡中的重要作用[8-14]。

1.1 經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路

當(dāng)機(jī)體受到自身或病原體的各種刺激后，固有免疫細(xì)胞會對病原體迅速做出免疫應(yīng)答，這種識別模式主要是通過模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）來實(shí)現(xiàn)的，PRR主要包括黑色素瘤缺乏因子2受體（absent in melanoma 2 like receptor，ALR）、Nod樣受體（Nod-like receptor，NLR）、Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）、C型凝集素受體（C-type lectin receptors，CLR）[15-17]，PRR可識別細(xì)胞表面和核內(nèi)的微生物結(jié)構(gòu)，稱為病原體相關(guān)分子 模 式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）；識別受損機(jī)體細(xì)胞釋放的內(nèi)容物信號，稱為危險相關(guān)分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP），PAMP和DAMP均可激活多種信號通路，從而引起典型炎癥小體復(fù)合物的組裝，這些炎癥小體是一種高分子復(fù)合物，主要包括一個傳感器（ALR/NLR/TLR/CLR）、一個接頭蛋白[凋亡相關(guān)點(diǎn)狀蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）]和一個效應(yīng)體[半胱氨酸蛋白酶1前體蛋白（pro-cysteiny laspartate specific proteinase 1，pro-caspase 1）]構(gòu)成，ASC是由熱蛋白結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD）和胱天蛋白酶激活募集結(jié)構(gòu)域（caspase activation and recruitment domain，CARD）組成，并通過PYD-PYD結(jié)構(gòu)方式與傳感器結(jié)合，通過CARD-CARD結(jié)構(gòu)方式與效應(yīng)體結(jié)合，組裝成為一個炎癥小體[18-19]。這些炎癥小體可激活pro-caspase 1，一方面活化的caspase 1可切割GSDMD蛋白，形成具有膜毒性的GSDMDN端p30片段引起焦亡；另一方面caspase 1可活化白細(xì)胞介素前體（pro-IL-1β和pro-IL-18），使其成熟為有活性的炎性因子白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-18，并進(jìn)一步擴(kuò)大炎性反應(yīng)。由此可見，這些依賴于caspase 1的炎癥小體稱為經(jīng)典炎癥小體，主要包括 NLRP1、NLRP3、NLRC4和AIM2，由此引起的焦亡通路則稱為經(jīng)典焦亡通路[9,20-21]。

1.2 非經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路

革蘭陰性菌感染時，小鼠體內(nèi)由caspase 11（人體內(nèi)由caspase 4/caspase 5）介導(dǎo)非典型炎癥小體信號導(dǎo)致感染細(xì)胞焦亡，革蘭陰性菌的細(xì)胞壁成分——脂多糖，是激活caspase 4/caspase 5/caspase 11的關(guān)鍵，caspase 4/caspase 5/caspase 11是脂多糖的受體，脂多糖可以直接與caspase 4/caspase 5/caspase 11的CARD結(jié)構(gòu)域結(jié)合使其活化，蛋白水解GSDMD，形成GSDMD-N端p30片段誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[8,12,22-23]。研究顯示，活化的caspase 11也可通過誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的組裝參與經(jīng)典焦亡通路，激活caspase 1，活化并分泌pro-IL-1β和pro-IL-18，進(jìn)一步擴(kuò)大炎性反應(yīng)。此外，有研究表明，活化的caspase 4/caspase 5/caspase 11可激活細(xì)胞膜上控制小分子物質(zhì)進(jìn)出的通道Pannexin-1，釋放出單價陽離子、陰離子和ATP，參與導(dǎo)致細(xì)胞腫脹破裂過程，同時，釋放的大量ATP可激活細(xì)胞膜上對ATP敏感的P2X7通道，P2X7相關(guān)孔道的打開，進(jìn)一步破壞細(xì)胞膜的完整性，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[16,24-25]。

2 細(xì)胞焦亡與腫瘤關(guān)系

2.1 細(xì)胞焦亡與結(jié)直腸癌

結(jié)腸癌是全球常見的惡性腫瘤，病死率高，預(yù)后極差。肝X受體（LXR）被認(rèn)為具有某種抗癌特性，在LXR受體激動劑作用下，LXRβ誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡，為結(jié)腸癌的治療提供了新的可能性。Derangère等[26]通過在人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116、HT29、HCT8和 SW480細(xì)胞系中使用LXR受體激動劑——T0901317，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該受體激動劑的劑量和作用時間影響了結(jié)腸癌細(xì)胞的存活能力，并證明T0901317是通過誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的組裝激活caspase 1，從而引起腫瘤細(xì)胞的焦亡，并阻止其進(jìn)一步擴(kuò)散。此外，通過免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)，人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞中的LXRβ定位于細(xì)胞膜，并與Pannexin-1相互作用產(chǎn)生大量的ATP，進(jìn)而打開ATP介導(dǎo)的P2X7相關(guān)通路，加速焦亡的發(fā)生，在小鼠結(jié)腸癌模型中表現(xiàn)出了抗腫瘤作用[26]。綜上所述，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡是治療腫瘤的一個有效途徑。Dupaul-Chicoine等[27]研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體成分缺失的結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移小鼠，其IL-18信號通路和FasL通路的受損，將影響自然殺傷細(xì)胞的成熟過程并啟動其殺傷功能，細(xì)胞焦亡途徑的缺失促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)展。Dihlmann等[28]通過檢測并分析414例結(jié)腸癌患者腫瘤組織內(nèi)黑色素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2）表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AIM2的表達(dá)與腫瘤分級和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性狀態(tài)成明顯負(fù)相關(guān)，與性別、年齡、腫瘤位置、國際抗癌聯(lián)盟（Union for International Cancer Control，UICC）分期無相關(guān)性，超過50%的AIM2表達(dá)缺失的結(jié)直腸癌患者在2年內(nèi)復(fù)發(fā)，近50%的AIM2陰性腫瘤患者在確診5年內(nèi)死亡，相比之下，AIM2特異性表達(dá)的患者中，80%患者2年內(nèi)無復(fù)發(fā)情況，5年后仍有70%生存。表明AIM2表達(dá)缺失，即不能通過焦亡途徑殺死腫瘤細(xì)胞，與結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良密切相關(guān)。Chen等[29]通過在結(jié)直腸癌HCT116細(xì)胞中重建AIM2的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌細(xì)胞的活性受到了抑制，腫瘤細(xì)胞死亡增加；通過其細(xì)胞周期分析發(fā)現(xiàn)，AIM2抑制了腫瘤細(xì)胞從G1期向S期的轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到抑癌作用。上述研究有力地證明了細(xì)胞焦亡與腫瘤的相關(guān)性。

2.2 細(xì)胞焦亡與胃癌

Wang等[30]發(fā)現(xiàn)，GSDMD在胃癌中的表達(dá)水平較低，GSDMD沉默可顯著促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，還可通過抑制胃癌細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)器和轉(zhuǎn)錄激活因子3、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路和調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白來抑制S/G2轉(zhuǎn)變，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞焦亡，表明利用GSDMD作為胃癌診斷和治療依據(jù)有一定的可能性。

2.3 細(xì)胞焦亡和肝癌

Wei等[31]對NLRP3炎癥小體在肝癌進(jìn)展中的作用展開了研究，共納入128例肝癌患者，采用免疫組化技術(shù)對128例肝癌患者的肝癌組織和相應(yīng)的癌旁組織進(jìn)行NLRP3炎癥小體成分的表達(dá)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NLRP3、ASC、caspase 1、IL-1β表達(dá)陽性，表明均存在有細(xì)胞焦亡，統(tǒng)計(jì)分析顯示，與肝炎和肝硬化組織相比，肝癌組織中NLRP3炎癥小體成分的表達(dá)明顯較低，而與正常肝組織無顯著差異，提示NLRP3炎癥小體在正常組織中的表達(dá)水平較低。此外，肝癌患者肝癌組織中NLRP3的表達(dá)水平與其病理分級、臨床分期呈負(fù)相關(guān)，由此推測細(xì)胞焦亡可能抑制了肝癌的發(fā)生發(fā)展。Ma等[32]納入了113例肝癌患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與癌旁正常組織相比，肝癌細(xì)胞中AIM2炎癥小體的表達(dá)明顯較少，肝癌患者AIM2炎癥小體的表達(dá)與腫塊體積、Edmonson分級、TNM分期呈負(fù)相關(guān)，證實(shí)了AIM2炎癥小體以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡的方式對肝癌細(xì)胞產(chǎn)生抗腫瘤的作用。此外，Chu等[33]研究發(fā)現(xiàn)，黃連素可通過激活caspase 1，引起肝癌細(xì)胞焦亡從而達(dá)到抑制肝癌進(jìn)展的作用。Chen等[34]在對247例肝癌患者肝癌組織的研究發(fā)現(xiàn)，肝癌細(xì)胞焦亡參與了腫瘤進(jìn)展，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了黃酮類藥物可明顯升高NLRP3炎癥小體的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞焦亡，發(fā)揮抗肝癌作用。此外，有研究者證實(shí)了激活丙肝病毒感染患者NLRP3炎癥小體，可引起細(xì)胞焦亡，通過用caspase 1抑制劑特異性阻斷細(xì)胞焦亡過程，可逆轉(zhuǎn)細(xì)胞焦亡引起的肝細(xì)胞損傷[35]。

2.4 細(xì)胞焦亡和乳腺癌

Pizato等[36]對乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞系使用二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）時觀察到了caspase 1的激活和膜孔的形成，形成了經(jīng)典焦亡通路，介導(dǎo)了乳腺癌細(xì)胞的死亡，揭示了DHA的抗癌作用，指出誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生是抗癌治療的新靶點(diǎn)。然而，在一些報(bào)道中，焦亡相關(guān)炎癥小體在某些微環(huán)境下反而可促進(jìn)疾病進(jìn)展。肥胖是乳腺癌的高危因素，NLRC4炎癥小體在肥胖乳腺癌患者的乳腺癌組織中表達(dá)上調(diào)，Kolb等[37]在肥胖的乳腺癌小鼠中發(fā)現(xiàn)了NLRC4炎癥小體的激活和IL-1β的活化，后者作用于脂肪組織，誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞來源的血管內(nèi)皮生長因子和新生血管生成，從而有可能促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展。Guo等[38]研究表明，NLRP3炎癥小體激活和IL-1β產(chǎn)生營造的炎癥微環(huán)境促進(jìn)了乳腺癌的進(jìn)展，而在炎癥小體缺失的乳腺癌小鼠中，腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移能力明顯降低。綜上所述，細(xì)胞焦亡在不同腫瘤、腫瘤的不同階段或不同的腫瘤微環(huán)境中，對腫瘤的作用有可能是不一樣的。

2.5 細(xì)胞焦亡和肺癌

Gao等[39]研究發(fā)現(xiàn)，非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的肺癌組織中GSDMD蛋白表達(dá)水平明顯高于癌旁組織，通過MTT和菌落實(shí)驗(yàn)證明，GSDMD缺失可抑制非小細(xì)胞肺癌PC9、H1703和H1975細(xì)胞系的生長，采用膜聯(lián)蛋白Ⅴ（AnnexinⅤ）和碘化丙啶（propidium iodide，PI）聯(lián)合染色方法區(qū)分細(xì)胞凋亡和細(xì)胞焦亡后，NLRP3炎癥小體在GSDMD缺失的情況下誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡，使用GSDMD抑制劑可在一定程度上抑制NSCLC的進(jìn)展。Wang等[40]使用脂多糖和ATP刺激肺腺癌A549細(xì)胞系后，觀察到了NLRP3炎癥小體的組裝和活化，活化的NLRP3炎癥小體促進(jìn)蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1（extracellular signal-regulated kinase 1，ERK1）/ERK2和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）的磷酸化從而促進(jìn)了疾病的進(jìn)展，在使用caspase 1抑制劑來阻斷NLRP3炎癥小體的組裝后，肺癌A549細(xì)胞系的增殖受到了抑制。此外，Zou等[41]研究顯示，白藜蘆醇葡萄糖甙可通過抑制NLRP3炎癥小體的組裝和活化進(jìn)而抑制了NSCLC的進(jìn)展。另一方面，Wang等[42]使用辛伐他汀治療NSCLC小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，辛伐他汀可誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的組裝，誘導(dǎo)了NSCLC細(xì)胞焦亡，抑制了疾病進(jìn)展。

2.6 細(xì)胞焦亡和皮膚癌

Drexler等[43]研究了ASC在炎性環(huán)境下的啟動和功能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ASC在骨髓細(xì)胞中表達(dá)時為腫瘤發(fā)生的驅(qū)動因子，而在角質(zhì)形成細(xì)胞中表達(dá)時則是腫瘤抑制因子，ASC在皮膚癌中的表達(dá)可以抑制皮膚癌的進(jìn)展。

3 細(xì)胞焦亡與其他疾病

目前，臨床對細(xì)胞焦亡在糖尿病、人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIⅤ）、自身免疫疾病和心血管疾病中均已經(jīng)非常深入[44-47]，如組氨酸可以通過抑制NLRP3炎癥小體的表達(dá)，來阻斷在缺血再灌注損傷中神經(jīng)細(xì)胞的焦亡而發(fā)揮治療作用[48]。也有研究顯示，天麻素可用于治療心肌梗死，其作用也是通過抑制NLRP3/caspase 1相關(guān)通路介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡的發(fā)生[49]。

4 小結(jié)與展望

細(xì)胞焦亡是一種新近發(fā)現(xiàn)的依賴于caspase 1活化由GSDMD執(zhí)行的程序性死亡方式，是近年來非常熱門的研究方向，從本綜述中概括的證據(jù)也可以清楚看出，對細(xì)胞焦亡途徑中的任何一個環(huán)節(jié)的調(diào)控均可能在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮不同的作用。細(xì)胞焦亡參與腫瘤發(fā)展中的炎癥過程是復(fù)雜的，不僅僅與焦亡本身機(jī)制有關(guān)，也可能與不同腫瘤進(jìn)展階段和不同類型的腫瘤有關(guān)，因此，精心設(shè)計(jì)的針對不同腫瘤的后續(xù)實(shí)驗(yàn)是有必要的，深入理解和研究焦亡的機(jī)制在相關(guān)腫瘤中的作用將可以為腫瘤的預(yù)防和治療提供全新的思路。