徐 璐 王 賀 岳 珂 魏 珂 解金紅 關(guān)懷敏

1.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，河南鄭州 450000；2.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科第三病區(qū)，河南鄭州 450000

隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力獲得長足發(fā)展，人民生活品質(zhì)不斷提升，心腦血管疾病儼然成為傷害我國居民身心健康的“頭號殺手”。20 世紀(jì)80 年代以來，中國人罹患動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，其中以冠心病和缺血性腦卒中為主要類型[1]。焦亡是一種細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)形式，其特征是質(zhì)膜通透性的改變和炎癥細(xì)胞因子的細(xì)胞外釋放。2001 年，Cookson 和Brennan[2]首次界定這種細(xì)胞死亡的方式為依賴胱天蛋白酶（Caspase）-1 的程序性細(xì)胞死亡形式，因其潛在病理機(jī)制尚不清晰，近年來被科研人員廣泛又深入地研究。越來越多的研究表明，細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化之間有著相當(dāng)密切的關(guān)聯(lián)[3-6]。探討細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化的相關(guān)性及其潛在致病機(jī)制有望為心血管疾病的一級預(yù)防和臨床治療找到新方向。

1 細(xì)胞焦亡的特點(diǎn)

焦亡作為程序性細(xì)胞死亡，與凋亡既有相似，又有不同。細(xì)胞焦亡發(fā)生染色體DNA 片段化、核固縮，且TUNEL 和Annexin V 染色呈陽性，這是焦亡和凋亡類似的地方；與凋亡的不同在于，經(jīng)典細(xì)胞焦亡由Caspase-1 啟動(dòng)，而凋亡由Caspase-3 介導(dǎo)。焦亡細(xì)胞在胞膜上形成大量蛋白孔，導(dǎo)致胞膜完整性喪失，調(diào)節(jié)物質(zhì)流動(dòng)的能力減弱，導(dǎo)致促炎物質(zhì)釋放和繼發(fā)性炎癥反應(yīng)的擴(kuò)大[7]。

2 細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制

病原微生物刺激機(jī)體后，在胞內(nèi)模式識別受體中誘導(dǎo)寡聚化，與凋亡相關(guān)微粒蛋白和Caspase 前體結(jié)合形成炎癥復(fù)合體。該復(fù)合體識別細(xì)菌、真菌、病毒等病原體相關(guān)分子模式和膽固醇、ATP 等損傷相關(guān)分子模式，促進(jìn)巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等先天性免疫細(xì)胞分泌白介素（interleukin，IL）-1β 和IL-18 誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[8]。

2.1 Caspase-1 依賴的經(jīng)典焦亡途徑

在經(jīng)典焦亡途徑中，炎癥復(fù)合體的形成激活Caspase-1前體?；罨腃aspase-1 一方面促進(jìn)IL-1β 和IL-18 前體的裂解，生成成熟的IL-1β 和IL-18；另一方面作用于胃泌素D Gasdermin-D（gastrin D gasdermin-D，GSDMD），將其裂解為反應(yīng)性氨基（N）端和羧基（C）端。GSDMD 的N 末端結(jié)構(gòu)域具有脂質(zhì)選擇性，作用于細(xì)胞膜上形成直徑10～20 nm 的膜孔，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外失衡，細(xì)胞溶解和死亡，IL-1β 和IL-18 等小分子分泌到細(xì)胞外[9-10]。此外，更多的免疫細(xì)胞被募集來觸發(fā)炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。

2.2 Caspase-11/-4/-5 介導(dǎo)的非典型途徑

人源性Caspase-4/-5 和鼠源性Caspase-11 可誘導(dǎo)非典型性焦亡。非經(jīng)典途徑的Caspase 激活可能通過革蘭氏陰性菌來源的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）與胞漿中的Caspase-4/-5/-11 的前體結(jié)合而發(fā)生[11]。目前人們普遍認(rèn)為Caspase-4/-5/-11 不能直接切割促炎細(xì)胞因子的前體，這是典型和非典型細(xì)胞焦亡途徑的主要區(qū)別。

3 NLRP3 炎癥體

NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein，ASC）和Caspase-1 前體蛋白共同構(gòu)成了NLRP3 炎癥小體。NLRP3 與ASC 相互作用募集Caspase-1 前體，然后通過GSDMD 形成的孔道切割并釋放成熟的IL-1β。線粒體功能障礙時(shí)產(chǎn)生的活性氧是NLRP3 炎癥激活的信號[12]，溶酶體膜破裂也可激活NLRP3 炎癥體[13]。此外，K+外流和Ca2+動(dòng)員也是NLRP3 炎癥體激活的上游關(guān)鍵事件[14]。研究證實(shí)NLRP3 水平的高低與急性冠脈綜合征患者冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的程度呈正相關(guān)，監(jiān)測NLRP3 水平是一種能及時(shí)了解患者預(yù)后的手段[15]。這提示靶向NLRP3 相關(guān)的炎癥通路是抗動(dòng)脈粥樣硬化的潛在治療方法。

4 細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化

盡管醫(yī)療保健穩(wěn)步發(fā)展，全世界范圍內(nèi)仍有相當(dāng)數(shù)量的人口因?yàn)樾难芗膊《劳?，?dòng)脈粥樣硬化是一種慢性血管疾病，是全世界心血管疾病發(fā)病率和死亡率居高不下的主要原因之一[16]。脂質(zhì)代謝紊亂和炎癥過程共同參與了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成。動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展與血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和其他類型血管細(xì)胞的死亡有密切關(guān)聯(lián)。

4.1 內(nèi)皮細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化

排列在血管壁表面的內(nèi)皮細(xì)胞位于血液和間質(zhì)組織的交界處，是抵御內(nèi)源性危險(xiǎn)信號的屏障[17]。在病變不顯著的動(dòng)脈粥樣硬化早期小鼠就已經(jīng)觀察到內(nèi)皮功能障礙，這表明內(nèi)皮細(xì)胞的損傷可能是一種早期的致病事件[18]。Xing 等[19]發(fā)現(xiàn)紅景天苷能逆轉(zhuǎn)LPS和ATP 刺激人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）所導(dǎo)致的內(nèi)皮細(xì)胞炎癥小體激活和焦亡，同時(shí)紅景天苷能減少apoE-/-小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中焦亡細(xì)胞的數(shù)量。紅景天苷抗動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制可能是抑制了NLRP3 相關(guān)的細(xì)胞焦亡。Yao 等[20]發(fā)現(xiàn)，羥基酪醇乙酸酯（hydroxytyrosol acetate，HT-AC）是一種從橄欖中提取的多酚化合物，能減輕apoE-/-小鼠主動(dòng)脈內(nèi)膜粥樣硬化病變的形成，抑制主動(dòng)脈內(nèi)膜的焦亡。HT-AC 作用于HUVECs 后，PI 陽性細(xì)胞數(shù)減少、Caspase-1 和GSDMD 蛋白表達(dá)降低，減少了IL-1β 和IL-6 的釋放，減輕腫瘤壞死因子-α 誘導(dǎo)的焦亡。Hu 等[21]發(fā)現(xiàn)與棕 櫚酸（palmitic acid，PA）單獨(dú)處理組相比，二氫楊梅素（dihydromyricetin，DHM）預(yù)處理將PA 誘導(dǎo)的HUVECs 中NLRP3、IL-1β和細(xì)胞間黏附分子-1 蛋白水平的升高逆轉(zhuǎn)至基礎(chǔ)狀態(tài)。DHM 預(yù)處理后，PA 誘導(dǎo)的Caspase-1 活性、IL-1β的釋放和PI 陽性細(xì)胞的增加也顯著減弱。這些結(jié)果提示DHM 能有效改善PA 誘導(dǎo)的HUVECs 焦亡。尼古丁促動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生主要由于它能夠刺激活性氧的產(chǎn)生，激活NLRP3 和Caspase-1，并最終導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞焦亡。焦亡可能是尼古丁通過產(chǎn)生活性氧和激活NLRP3 作為上游介質(zhì)對動(dòng)脈粥樣硬化產(chǎn)生有害影響的細(xì)胞機(jī)制[22]。因此，靶向Caspase-1 依賴的細(xì)胞焦亡可能會(huì)減輕尼古丁誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化病變。以上研究均表明抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞焦亡可以有效延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展，是將來治療動(dòng)脈粥樣硬化的潛在方法。

4.2 巨噬細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化

內(nèi)皮通透性和內(nèi)皮下細(xì)胞外基質(zhì)成分的改變導(dǎo)致低密度脂蛋白沉滯在動(dòng)脈壁上。低密度脂蛋白轉(zhuǎn)化為氧化型低密度脂蛋白，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展[23]。氧化型低密度脂蛋白和膽固醇晶體觸發(fā)NLRP3炎癥小體和Caspase-1 的產(chǎn)生，引起巨噬細(xì)胞IL-1β和IL-18 的激活[24]。有研究表明，巨噬細(xì)胞中大量表達(dá)人類粥樣病變斑塊中NLRP3 炎癥小體的成分[25]，晚期病變時(shí)，巨噬細(xì)胞的焦亡可能促進(jìn)壞死核心的形成和斑塊的不穩(wěn)定性[26]。Zheng 等[27]發(fā)現(xiàn)與對照組相比，NLRP3 缺陷的apoE-/-小鼠動(dòng)脈粥樣硬化損傷區(qū)巨噬細(xì)胞數(shù)量和脂質(zhì)含量都顯著降低，研究證明沉默NLRP3 后可降低巨噬細(xì)胞脂質(zhì)的斑塊含量，增加平滑肌細(xì)胞和膠原含量，從而減少動(dòng)脈粥樣硬化斑塊不穩(wěn)定性。有研究發(fā)現(xiàn)，線粒體外膜蛋白NIX 介導(dǎo)的線粒體自噬可通過調(diào)節(jié)活性氧和NLRP3 的活性，減少活性氧的產(chǎn)生，抑制NLRP3 的激活，從而抑制小鼠巨噬細(xì)胞的焦亡[28]。但是，NIX 在活體動(dòng)物模型中的作用仍需進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)報(bào)道，CIC-2（一種氯離子通道，調(diào)節(jié)多種生理和病理過程）基因敲除抑制氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞脂質(zhì)攝取和沉積，CIC-2基因敲除通過抑制NLRP3 炎癥體的激活來改善氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞泡沫細(xì)胞的形成和炎癥，提示CIC-2 可能是治療巨噬細(xì)胞泡沫細(xì)胞形成和動(dòng)脈粥樣硬化的潛在靶點(diǎn)[29]。Jiang 等[30]發(fā)現(xiàn)，Caspase-11-GSDMD 介導(dǎo)的焦亡和隨后巨噬細(xì)胞的促炎反應(yīng)參與了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病過程。因此，靶向Caspase-11-GSDMD 可能成為治療動(dòng)脈粥樣硬化的一種替代策略。以上研究提示，通過經(jīng)典或非經(jīng)典焦亡途徑抑制巨噬細(xì)胞焦亡對降低動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定性有顯著效果。

4.3 平滑肌細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化

血管平滑肌細(xì)胞（vascularsmoothmusclecell，VSMC）是大中型彈性動(dòng)脈的主要基質(zhì)成分，也是動(dòng)脈粥樣硬化病變重要的因素之一。動(dòng)脈粥樣硬化形成時(shí)，VSMC從收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)變，促進(jìn)VSMC 進(jìn)一步向內(nèi)膜遷移和增殖[31]。此外，VSMC 還分泌基質(zhì)，在晚期動(dòng)脈粥樣硬化的病變上形成保護(hù)性纖維帽[32]。大的壞死核心或薄纖維帽形成后，斑塊變得不穩(wěn)定，易發(fā)生急性破裂進(jìn)入血液循環(huán)，導(dǎo)致血栓形成和急性心血管事件。黑色素瘤缺失因子2（absent in melanoma 2，AIM2）可加速apoE-/-小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，AIM2 通過Caspase-1-GSDMD 途徑促進(jìn)斑塊病變區(qū)域的擴(kuò)大，在VSMC 中過表達(dá)，研究還表明，NF-κB信號活性可影響AIM2 的表達(dá)，且它的抑制劑能抑制AIM2 激活[33]。Li 等[34]報(bào)道，與氧化型低密度脂蛋白單獨(dú)作用相比，Caspase-1 抑制劑VX-765 與氧化型低密度脂蛋白共同作用的小鼠平滑肌細(xì)胞的PI 陽性細(xì)胞百分率、乳酸脫氫酶活性、Caspase-1 活性以及IL-1β 水平均降低；與對照組相比，VX-765 顯著減少了小鼠粥樣斑塊中活化的IL-1β 陽性細(xì)胞的數(shù)量。Liu 等[35]的研究報(bào)道，牙齦卟啉單胞菌（porphyromonas gingivalis，Pg）影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展，CircPPP1CC 可通過激活HMGB1/TLR9/AIM2 通路來增強(qiáng)Pg-LPS 誘導(dǎo)的VSMC 焦亡。因此，VSMC 焦亡可能促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展，從而為臨床治療動(dòng)脈粥樣硬化提供新的靶點(diǎn)和潛在的治療方法。目前VSMC 焦亡和動(dòng)脈粥樣硬化之間關(guān)系的文章較少，期待科研人員更多的研究來闡明兩者之間的關(guān)系。

5 小結(jié)與展望

動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性心臟代謝性疾病，目前仍是世界各地死亡的主要原因。由于臨床表現(xiàn)不明顯，通常只有在發(fā)生心肌梗死或腦卒中等心血管事件后才能診斷，導(dǎo)致極高的死亡率。動(dòng)脈粥樣硬化機(jī)制的研究是一個(gè)歷久彌新的話題，目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)致動(dòng)脈粥樣硬化的兩大因素是炎癥和脂質(zhì)代謝紊亂，盡管每年圍繞著動(dòng)脈粥樣硬化機(jī)制的探討數(shù)不勝數(shù)，但其確切的發(fā)病機(jī)制仍需深入研究。目前臨床上廣泛應(yīng)用他汀類藥物來治療動(dòng)脈粥樣硬化，但并沒有改善其高發(fā)病率和致死率，這提示當(dāng)前主流的治療手段仍有不足，更行之有效的方法需要科研工作者和臨床醫(yī)生去研發(fā)來應(yīng)對目前的治療困境。細(xì)胞焦亡是一種高度炎癥程序性細(xì)胞死亡，也是感染和組織損傷時(shí)先天免疫反應(yīng)的一種重要形式，其主要特點(diǎn)是依賴于Caspase-1/-4/-5/-11，活化IL-1β 和IL-18。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展以及斑塊的穩(wěn)定性密切相關(guān)，通過影響特定的細(xì)胞焦亡途徑，能抑制動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。目前的研究主要集中在與焦亡有關(guān)的幾個(gè)炎癥成分，例如NLRP3 炎癥復(fù)合體，并且大部分研究表明NLRP3 能夠激活細(xì)胞焦亡。各種體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)也證明了Caspase-1/IL-18/IL-1β 在細(xì)胞焦亡中的特殊意義。近年來針對抑制細(xì)胞焦亡的藥物研究也取得了積極成效，但這些抑制劑應(yīng)用到臨床上是否能真正改善患者動(dòng)脈粥樣硬化情況還有待大型對照研究來證實(shí)。因此，要想在防治動(dòng)脈粥樣硬化的方法上找到新的切入點(diǎn)，還需科研人員更深入地研究細(xì)胞焦亡在動(dòng)脈粥樣硬化中發(fā)揮作用的機(jī)制及起效靶點(diǎn)，為開發(fā)更有效針對細(xì)胞焦亡及其相關(guān)成分的藥物提供堅(jiān)實(shí)理論依據(jù)。