石伊寧，金永梅，楊 進(jìn)，陸友金

（安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，安徽合肥230601）

隨著全球化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及隨之而來(lái)的環(huán)境變化，氣象和環(huán)境因素對(duì)人類健康的影響逐漸增大。肺是一個(gè)擁有巨大表面積的器官，其結(jié)構(gòu)精細(xì)，易受外界環(huán)境的影響。近年來(lái)的研究顯示，細(xì)胞焦亡（pyroptosis）廣泛存在于呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)生過(guò)程中，抑制多種呼吸系統(tǒng)相關(guān)細(xì)胞焦亡的發(fā)生可以降低肺損傷時(shí)肺臟細(xì)胞的損傷程度，減少炎癥因子生成，減輕炎癥反應(yīng)［1-6］。Tsai等［4］的研究表明，與核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（nucleotide-binding oligomerization domain，NOD）樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）相關(guān)的炎癥小體（inflammasome）促進(jìn)了支氣管上皮細(xì)胞的焦亡，近而引發(fā)了氣道上皮損傷和氣道重塑，促進(jìn)了哮喘及慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）的發(fā)生；Li等［2］證實(shí)了脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘發(fā)的肺組織焦亡加劇了肺纖維化的發(fā)展；除此之外，焦亡的發(fā)生還可以抑制肺癌細(xì)胞的活力及遷移能力［7-8］。因此，細(xì)胞焦亡在COPD、支氣管哮喘、肺纖維化、急性肺損傷（acute lung injury，ALI）/急性呼吸窘 迫 綜 合 征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）及肺癌等呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展中可能發(fā)揮著重要的作用。本文就細(xì)胞焦亡的分類及其在多種呼吸系統(tǒng)疾病中的作用進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞焦亡

細(xì)胞焦亡是由caspase-1或caspase-11介導(dǎo)的一種程序性細(xì)胞死亡方式，作為一種先天性免疫機(jī)制，對(duì)多種生物的發(fā)育至關(guān)重要［9］。與細(xì)胞凋亡相似的是，兩者都會(huì)發(fā)生胞核濃縮、DNA斷裂及TUNEL染色陽(yáng)性，但與凋亡發(fā)生時(shí)細(xì)胞保持完整性相比，細(xì)胞發(fā)生焦亡時(shí)細(xì)胞膜會(huì)破裂，迅速形成膜孔樣結(jié)構(gòu)，從而釋放大量的炎癥因子及細(xì)胞內(nèi)容物［10］；其次，使用碘化丙啶可以通過(guò)膜孔樣結(jié)構(gòu)使焦亡細(xì)胞核染色，而凋亡細(xì)胞核則不會(huì)染色；最后，凋亡的發(fā)生主要依賴于caspase-3、-6、-8等，伴隨著凋亡小體形成，而焦亡則依賴于caspase-1、-4、-5、-11。焦亡的發(fā)生主要由炎癥小體介導(dǎo)，當(dāng)外源性微生物及應(yīng)激產(chǎn)生由炎癥小體觸發(fā)并激活的caspase-1裂解gasdermin D（GSDMD），形成GSDMD N端片段（GSDMD N-terminal fragment，GSDMD-N），進(jìn)一步誘導(dǎo)膜孔的形成及炎癥因子的釋放。目前，焦亡主要發(fā)生在單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞［11-12］，于其他細(xì)胞也可觀察到［13］。

1.1 經(jīng)典的細(xì)胞焦亡途徑細(xì)胞焦亡一般是通過(guò)經(jīng)典的炎癥小體通路介導(dǎo)的［10］。炎癥小體是由NOD樣受體（NOD-like receptor，NLR）、含caspase募集結(jié)構(gòu)域（caspase recruitment domain，CARD）的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和caspase-1前體（procaspase-1）組成的多蛋白復(fù)合體，有NLRP3、NLRP1、NLRC4、AIM2和TLR4等，其中NLRP3炎癥小體是炎癥反應(yīng)的核心因子，是固有免疫細(xì)胞內(nèi)的危險(xiǎn)信號(hào)感受器之一，由3個(gè)部分組成：C端重復(fù)的亮氨酸區(qū)域（leucine-rich repeat，LRR），可識(shí)別各種危險(xiǎn)因子；中間是核苷酸結(jié)合區(qū)域NACHT，N端是PYD結(jié)構(gòu)域，可與同源結(jié)構(gòu)域結(jié)合。研究表明，炎癥小體被包括病原體編碼的病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）和損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）在內(nèi)的不同刺激信號(hào)激活后，會(huì)將caspase-1前體裂解為p20和p10兩個(gè)亞基，亞基形成異二聚體并進(jìn)一步形成四聚體，最終形成具有活性的caspase-1，進(jìn)一步激活GSDMD，誘導(dǎo)細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-18，募集更多的炎癥細(xì)胞聚集，從而擴(kuò)大炎癥反應(yīng)［14-16］。經(jīng)典炎癥小體的形成是焦亡中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠影響炎癥因子的組裝與活化，在焦亡的調(diào)控中發(fā)揮著重要作用［17］。

1.2 非經(jīng)典的細(xì)胞焦亡途徑不依賴caspase-1的焦亡被稱為非經(jīng)典焦亡途徑，即被caspase-4、-5、-11激活，前兩者源自人，后者源自小鼠［18-19］。與典型焦亡途徑不同的是，caspase-11被描述為細(xì)胞質(zhì)中內(nèi)毒素（即LPS）的傳感器和內(nèi)毒素血癥易感性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，LPS的脂質(zhì)A部分與這些炎性caspase（即caspase-4、-5、-11）的CARD結(jié)合，然后促進(jìn)其寡聚和活化，最終 導(dǎo) 致GSDMD的 裂 解［20-22］，裂 解 產(chǎn) 生 的GSDMD-N在質(zhì)膜上形成可引起焦磷酸化的孔，進(jìn)一步放大炎癥反應(yīng)。

不論是經(jīng)典的焦亡途徑還是非經(jīng)典的焦亡途徑，都要經(jīng)過(guò)gasdermin家族的GSDMD來(lái)執(zhí)行功能，GSDMD依賴性焦亡抑制了凋亡中的caspase-8活化，在GSDMD缺陷細(xì)胞中caspase-1介導(dǎo)的IL-1β成熟有效，但I(xiàn)L-1β的快速、規(guī)范分泌并不能與非缺陷相比［23］。該家族成員還包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、DFNB59（GSDME）等。Shi等［24］的研究證明，GSDMD缺陷細(xì)胞能抵抗LPS及已知的典型炎癥小體配體誘導(dǎo)的焦亡。在焦亡過(guò)程中，GSDMD被裂解為C端片段（GSDMD-C）和GSDMD-N，其中GSDMD-N特異性結(jié)合到真核或原核細(xì)胞膜上，隨后發(fā)生寡聚化，從而形成膜孔，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹并發(fā)生焦亡［25-26］。

2 細(xì)胞焦亡與呼吸系統(tǒng)疾病

肺和支氣管在呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展中占有重要的地位，在發(fā)生許多呼吸疾病時(shí)，往往伴隨著多種細(xì)胞的病理性變化，其中肺血管內(nèi)皮細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞等最易受累。近年來(lái)，焦亡作為細(xì)胞死亡的一種調(diào)節(jié)方式，因其特殊的病理特征越來(lái)越受到人們的關(guān)注。細(xì)菌產(chǎn)生的LPS可以誘導(dǎo)焦亡的發(fā)生，呼吸道是人體直接與外界環(huán)境相通的部位之一，正常情況下，由于黏膜的屏障作用，許多細(xì)菌不致病，但隨著周圍環(huán)境的惡變，尤其是長(zhǎng)期吸煙與生活方式不當(dāng)，往往會(huì)造成呼吸道黏膜菌群失調(diào)，誘導(dǎo)COPD等疾病的出現(xiàn)。研究表明，細(xì)胞焦亡不但可以促進(jìn)肺損傷［1，3，27］，而且可以抑制肺癌細(xì)胞增殖［28］。炎癥因子作為胞內(nèi)物質(zhì)被釋放到細(xì)胞外，能夠活化存在于細(xì)胞外間隙的procaspase-1，周圍正常的巨噬細(xì)胞通過(guò)內(nèi)化這些游離的炎癥因子，促進(jìn)胞內(nèi)caspase-1的活化［3］，表現(xiàn)于細(xì)胞間的相互影響，發(fā)生大規(guī)模的焦亡現(xiàn)象，進(jìn)而加重疾病進(jìn)程。此外，Gao等［29］報(bào)道了GSDMD缺陷的肺癌細(xì)胞通過(guò)NLRP3炎癥小體刺激并不能發(fā)生焦亡，GSDMD與癌細(xì)胞增殖有關(guān)。因此，焦亡的發(fā)生對(duì)呼吸疾病的發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。

2.1 細(xì)胞焦亡與COPDCOPD一直以高患病率、發(fā)病率和死亡率備受全球關(guān)注，其特征是不可逆的呼氣氣流受限，表現(xiàn)為慢性炎癥失調(diào)和肺氣腫性破壞。接觸香煙煙霧是其主要危險(xiǎn)因素，有動(dòng)物研究表明，經(jīng)常接觸香煙煙霧可引起肺泡間隙及肺實(shí)質(zhì)中大量炎癥因子如腫瘤壞死因子α、IL-1β、IL-6、IL-8和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子聚集［30-31］，進(jìn)而引起細(xì)胞死亡。Mizumura等［32］的研究顯示，香煙煙霧誘導(dǎo)的線粒體活性氧簇可以使BEAS-2B細(xì)胞中PINK1、RIPK3及DRP1蛋白的表達(dá)增多，被線粒體靶向的抗氧化劑米托醌明顯抑制，證明了依賴PINK1的線粒體可作為壞死的上游調(diào)節(jié)劑。Pouwels等［33］的研究也證實(shí)，香煙煙霧暴露會(huì)在體外誘發(fā)氣道上皮BEAS-2B細(xì)胞壞死性硬化。硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin-interacting protein，TXNIP）與NLRP3在COPD過(guò)程中結(jié)合成復(fù)合物，通過(guò)TXNIP的過(guò)表達(dá)啟動(dòng)焦亡，促進(jìn)炎癥反應(yīng)［34-35］；而抑制TXNIP的表達(dá)則減少炎癥小體的形成，提高了細(xì)胞的存活率，緩解了COPD的進(jìn)展，在COPD的治療方面具有良好的應(yīng)用前景。

2.2 細(xì)胞焦亡與支氣管哮喘支氣管哮喘是一種慢性炎性疾病，其顯著特點(diǎn)是氣道高反應(yīng)性、反復(fù)發(fā)作性及可逆性。研究表明NLRP3炎癥小體的激活在氣道中過(guò)敏原驅(qū)動(dòng)的炎癥反應(yīng)的啟動(dòng)和傳播中發(fā)揮著重要的作用。無(wú)佐劑卵清蛋白和佐劑氫氧化鋁相偶聯(lián)致過(guò)敏性哮喘小鼠模型的研究顯示，氣道中巨噬細(xì)胞及支氣管上皮細(xì)胞釋放的IL-18、IL-1β等炎癥因子與使用PBS處理的對(duì)照組相比明顯升高［36-37］。此外，Tsai等［4］也表明過(guò)敏原Der f1刺激的支氣管哮喘中發(fā)生的是caspase-1依賴性焦亡，并且此過(guò)程是通過(guò)NLRP3途徑發(fā)生的。GSDMB已被證明與哮喘及一些胃腸道疾病有關(guān)，且在與炎癥小體caspase-1共表達(dá)時(shí)，可以被切割成數(shù)個(gè)短片段，其中N片段（GSDMB-N）可以誘導(dǎo)有效的細(xì)胞焦亡［38-39］。因此，通過(guò)抑制炎癥小體形成及GSDMB表達(dá)而減少支氣管上皮細(xì)胞的焦亡，能夠減輕支氣管哮喘的炎癥反應(yīng)，從而減少哮喘的發(fā)作頻率，達(dá)到有效的控制。

2.3 細(xì)胞焦亡與ALI/ARDS ARDS是由多種肺內(nèi)外致病因素引起的急性進(jìn)行性低氧血癥，其主要臨床特征為肺微血管的通透性增高，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞及肺泡上皮細(xì)胞損傷，從而引發(fā)進(jìn)行性呼吸窘迫甚至呼吸衰竭［40-43］。Li等［30］的研究表明，阻斷絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)傳導(dǎo)途徑可部分緩解巨噬細(xì)胞焦亡，從而減輕ALI和ARDS引起的肺部炎癥。體外研究證明，caspase-1特異性抑制劑Ac-YVAD-CMK可以抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠ALI/ARDS模型中肺泡中巨噬細(xì)胞的焦亡及炎癥因子的釋放［27］。在ARDS患者中檢測(cè)到不同數(shù)量的裂解的p30 GSDMD，并且證實(shí)了GSDMD和caspase-1包裹成的微粒在血管內(nèi)皮細(xì)胞焦亡的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用；Kerr等［44］的研究還表明，將顱腦外傷患者血清來(lái)源的細(xì)胞外囊泡傳遞給人肺內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致caspase-1活化和GSDMD裂解，說(shuō)明焦亡在顱腦外傷誘發(fā)的肺損傷中至關(guān)重要。因此，進(jìn)一步研究焦亡與肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的關(guān)系，能夠增加人們對(duì)ALI/ARDS的認(rèn)識(shí)，為診療提供幫助。

2.4 細(xì)胞焦亡與肺纖維化肺纖維化是一種慢性肺間質(zhì)炎癥及纖維化為主的疾病，主要是由肺泡上皮損傷引起的細(xì)胞外基質(zhì)膠原蛋白沉積，從而導(dǎo)致不可逆性損傷的纖維化疾?。?5-46］。研究顯示，炎癥小體的活化能夠?qū)е路紊掀ぜ?xì)胞焦亡，并能進(jìn)一步誘發(fā)肺部炎癥及肺纖維化［30］。

肺組織損傷時(shí)，壞死的肺血管內(nèi)皮細(xì)胞能募集巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞，導(dǎo)致其分泌IL-18及IL-1β，甚至死亡，同時(shí)進(jìn)一步誘發(fā)肺內(nèi)皮細(xì)胞死亡、周圍組織炎癥及肺纖維化進(jìn)展。體外實(shí)驗(yàn)證明，caspase-1抑制劑（Ac-YVAD-CMK和VX-765）具有緩解肺纖維化的能力，并可逆轉(zhuǎn)肺動(dòng)脈高壓引起的肺纖維化［23-24，47］。此外，Hussain等［48］證實(shí)，多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotube，MWCNT）誘導(dǎo)的支氣管上皮細(xì)胞焦亡通過(guò)激活NLRP3炎癥小體來(lái)啟動(dòng)纖維化反應(yīng)；在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的纖維化模型中，Nlrp3-/-小鼠肺中性粒細(xì)胞流入減少，IL-1β水平降低，而普伐他汀作用于P2X7受體，可增強(qiáng)炎癥小體的活化，從而增加肺纖維化風(fēng)險(xiǎn)［49-50］。所以，調(diào)控炎癥小體的形成可能成為緩解肺纖維化的一個(gè)突破點(diǎn)。

2.5 細(xì)胞焦亡與肺癌肺癌作為全球范圍內(nèi)嚴(yán)重威脅人類健康的惡性腫瘤之一，在組織學(xué)上分為小細(xì)胞肺癌（small-cell lung cancer，SCLC）和非小細(xì)胞肺 癌（non-small-cell lung cancer，NSCLC），其 中NSCLC約占85%。在過(guò)去的幾十年中，靶向治療是肺癌的重要治療手段之一。焦亡作為一種新檢測(cè)到的程序性細(xì)胞死亡形式，可能成為除細(xì)胞自噬和凋亡之外的新的肺癌治療方法。Wang等［8］報(bào)道了辛伐他汀可以通過(guò)激活caspase-1誘導(dǎo)的焦亡來(lái)抑制異種移植小鼠模型中NSCLC腫瘤的生長(zhǎng)。Song等［51］觀察到氧化鋅納米顆粒處理可誘導(dǎo)A549細(xì)胞焦亡。Duan［52］報(bào)道了let-7a-5p相關(guān)靶基因的異常表達(dá)改變了肺癌細(xì)胞的生存能力，而它并沒(méi)有改變肺癌細(xì)胞的凋亡/焦亡，但其他文獻(xiàn)證明NSCLC中的ROS產(chǎn)生促進(jìn)了焦亡。在肺腺癌和鱗癌相關(guān)的淋巴細(xì)胞中觀察到GSDMD高表達(dá)，且被激活的caspase分割［53-55］。Xie等［28］證明槐耳清膏通過(guò)激活經(jīng)典焦亡途徑來(lái)抑制NSCLC的進(jìn)展，提示細(xì)胞焦亡可能參與肺癌發(fā)生機(jī)制的調(diào)節(jié)，促進(jìn)炎癥小體形成及GSDMD表達(dá)有助于肺癌的預(yù)防及治療。

3 結(jié)語(yǔ)

肺臟作為人體重要的器官之一，長(zhǎng)期吸煙及不健康的生活方式會(huì)導(dǎo)致COPD、哮喘及ALI的發(fā)生，加上全球氣候日益變暖，大氣污染日益加重，肺臟的健康狀況受到了極大的挑戰(zhàn)。如果缺乏有效的治療及干預(yù)措施，這些疾病的發(fā)生將趨于年輕化。焦亡作為一種機(jī)體免疫方式，具有提呈及抗病原體的作用，然而過(guò)度的焦亡在肺臟血管內(nèi)皮細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞及淋巴細(xì)胞等細(xì)胞中卻促進(jìn)了呼吸系統(tǒng)疾病的進(jìn)展?，F(xiàn)有研究顯示焦亡主要通過(guò)裂解gasdermin蛋白家族而形成膜孔，從而釋放炎癥因子，部分因子如TXNIP可能在焦亡發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮作用。然而，影響呼吸系統(tǒng)疾病的焦亡相關(guān)具體通路機(jī)制尚未被完全闡釋，深入探究其通路機(jī)制，是開(kāi)展以焦亡為靶點(diǎn)的臨床治療的關(guān)鍵。