胡凌煜，吳 斌，鐘征翔

(1.嘉興市第二醫(yī)院肝膽外科，浙江 嘉興 314000；2.蚌埠醫(yī)學(xué)院研究生院，安徽 蚌埠 233000)

惡性腫瘤是人類(lèi)面臨的最為棘手的疾病之一，近年來(lái)發(fā)病率逐年增高。惡性腫瘤無(wú)法根治，消耗了大量的社會(huì)醫(yī)療資源，國(guó)內(nèi)外大量的研究者為此致力于癌癥研究。腫瘤有許多的表型它們是導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)，抵抗細(xì)胞死亡是其的重要表型之一[1-2]。正常細(xì)胞的增殖和死亡是相對(duì)平衡的，而腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)是不受控制的，以往研究認(rèn)為腫瘤中的細(xì)胞凋亡(Apoptosis)出現(xiàn)了問(wèn)題。細(xì)胞凋亡作為程序性細(xì)胞死亡的一種形式，其自主的細(xì)胞裂解不會(huì)引起炎癥，并積極參與腫瘤細(xì)胞的生死平衡過(guò)程。在之前的幾十年間，凋亡在腫瘤領(lǐng)域被廣泛研究報(bào)道，近年來(lái)出現(xiàn)一種新的細(xì)胞死亡方式—細(xì)胞焦亡(Pyroptosis)。細(xì)胞焦亡被認(rèn)為是一種全新的程序性細(xì)胞死亡方式，1992年巴斯德研究所在福氏志賀菌感染的巨噬細(xì)胞中首次觀察到這種特殊現(xiàn)象。2000年，Brennan等研究發(fā)現(xiàn)沙門(mén)氏菌通過(guò)一種依賴于caspase-1介導(dǎo)的炎性壞死機(jī)制引起巨噬細(xì)胞死亡，并提出了“細(xì)胞焦亡”這一概念。2018年，細(xì)胞死亡命名委員會(huì)(NCCD)正式建議將細(xì)胞焦亡定義為調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡(Regulated cell death，RCD)的一種形式。相比于細(xì)胞凋亡，細(xì)胞焦亡的發(fā)生更快、更劇烈，并伴隨大量促炎癥因子的釋放。因此，深入研究這種死亡效應(yīng)有助于從新的角度揭示腫瘤細(xì)胞死亡機(jī)制，對(duì)于開(kāi)發(fā)腫瘤治療新策略具有重要意義。本文就細(xì)胞焦亡及其在腫瘤中的相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述，以期能夠?yàn)槟[瘤治療提供新思路。

1 細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡的異同

雖然細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡存在一些類(lèi)似的形態(tài)學(xué)特征，如DNA損傷、核固縮、Tunel和Annexin-V染色陽(yáng)性等，但是它們之間也存在許多不同。首先，細(xì)胞焦亡的DNA損傷形式非常特殊，焦亡細(xì)胞雖然經(jīng)歷染色質(zhì)凝結(jié)和DNA斷裂，但它的細(xì)胞核仍保持完整，細(xì)胞膜上形成眾多1～2 nm的孔隙，使細(xì)胞膜失去完整性，破壞了膜兩側(cè)的離子平衡，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜溶解，釋放出細(xì)胞內(nèi)容物。當(dāng)細(xì)胞受到內(nèi)源危險(xiǎn)信號(hào)時(shí),Caspase-1由NLRP1、NLRP3、和Pyrin等典型的炎性小體激活,一方面,通過(guò)切割Gasdermin家族蛋白使其N(xiāo)-、C-兩端的結(jié)構(gòu)域分開(kāi),進(jìn)而釋放N-端的片段在膜上寡聚化穿孔,導(dǎo)致細(xì)胞滲透壓變化、胞膜破裂和內(nèi)容物釋放,發(fā)生焦亡并啟動(dòng)炎癥反應(yīng)的發(fā)生;另一方面,Caspase-1切割pro-IL-1β和pro-IL-18,形成IL-1β和IL-18釋放到胞外，誘發(fā)劇烈的炎癥反應(yīng)。而在細(xì)胞凋亡中DNA的損傷依賴于caspase-3 激活的DNA酶—CAD(caspase-activated DNase)與其抑制劑ICAD的結(jié)合，這在細(xì)胞焦亡中是不需要的，直接通過(guò)Caspase-1即可裂解CAD。近期有研究報(bào)道,凋亡過(guò)程中Caspase介導(dǎo)質(zhì)膜上的pannexin-1通道的開(kāi)放會(huì)釋放一些代謝產(chǎn)物，Caspase也能抑制炎性蛋白質(zhì)的翻譯和一些炎性因子的分泌,從而抑制炎癥反應(yīng)，并促進(jìn)傷口愈合[3]。但是在某些情況下,凋亡過(guò)程中,會(huì)伴隨炎性因子的釋放,從而引發(fā)機(jī)體炎癥發(fā)生，這類(lèi)炎癥反應(yīng)通常并不劇烈[4]。Caspase作為一組在胞質(zhì)中具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的蛋白酶，廣泛參與了細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化調(diào)節(jié)。其既能介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，又能介導(dǎo)細(xì)胞焦亡。研究表明細(xì)胞凋亡依賴caspase-6/7介導(dǎo)，而細(xì)胞焦亡則依賴caspase-1/4/5(人體內(nèi))和caspase-11(小鼠體內(nèi))介導(dǎo)。此外，細(xì)胞凋亡受ATP水平的影響，DNA修復(fù)酶(Poly ADP-ribose polymerase，PARP)可被DNA損傷激活，引發(fā)ATP的消耗。在細(xì)胞凋亡過(guò)程中可以通過(guò)抑制caspase-1影響PARP，以調(diào)控ATP水平，但細(xì)胞焦亡不受PARP激活調(diào)控[5]。

2 細(xì)胞焦亡的相關(guān)分子機(jī)制

細(xì)胞焦亡是程序性細(xì)胞死亡的一種炎癥形式，由gasdermin蛋白家族所介導(dǎo)，目前在人類(lèi)中有6個(gè)同源基因即GSDMA，GSDMB，GSDMA，GSDMD，GSDME(也被稱為DFNA5)和PJVK(也被稱為DFNB59)，被caspase-1/4/5/11激活并并切割。以GSDMD為例，其可被可被成兩部分：位于N端的GSDMD-N和C端的GSDMD-C。GSDMD-N與細(xì)胞膜上的磷脂酰肌醇、磷脂酸和磷脂酰絲氨酸連接，從而觸發(fā)聚集，導(dǎo)致孔隙的形成[6-7]。據(jù)報(bào)道，孔隙的內(nèi)徑約為15 nm，外徑約為32 nm，而IL-18的直徑約為4.5 nm，因此其可以順利通過(guò)這些孔隙[8]。這些孔隙導(dǎo)致細(xì)胞膜兩側(cè)離子濃度平衡性被打破，細(xì)胞腫脹，質(zhì)膜溶解，染色質(zhì)碎裂和細(xì)胞內(nèi)促炎成分的釋放后導(dǎo)致死亡，即發(fā)生焦亡。目前，研究較多的是依賴caspase-1的經(jīng)典通路和依賴caspase-4/5/11的非經(jīng)典通路。

2.1 依賴caspase-1的經(jīng)典通路在依賴caspase-1的經(jīng)典通路中，炎性小體通過(guò)模式識(shí)別受體(Pattern recognition receptors，PRRs)識(shí)別病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)和損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)并激活caspase-1。經(jīng)典的炎性小體包括NLRP1/3，NLRC4和AIM2，它們都具有位于N端的熱蛋白結(jié)構(gòu)域(PYD)或位于C端的半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域(CARD)。凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC)利用PYD和CARD結(jié)構(gòu)域同源蛋白相互作用來(lái)招募NOD樣受體(NOD-like receptors，NLRs)和pro-caspase-1，從而組裝成炎性小體。ASC在這個(gè)過(guò)程中聚集形成大分子二聚體—ASC斑點(diǎn)(ASC-speck)，ASC斑點(diǎn)招募pro-caspase-1并激活caspase-1，活化的caspase-1切割焦亡執(zhí)行蛋白GSDMD，切割產(chǎn)生的GSDMD-N在細(xì)胞膜上打孔形成非選擇性通道，破壞細(xì)胞膜兩側(cè)離子的平衡，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、裂解并最終死亡。此外，活化的caspase-1也可切割和加工pro-IL-18和pro-IL-1β(IL-18和IL-1β的前體)，將成熟體IL-18和IL-1β分泌至細(xì)胞外，介導(dǎo)炎癥性死亡即細(xì)胞焦亡。有研究表明，GSDMD也可影響成熟的IL1β的分泌。

2.2 依賴caspase-4/5/11的非經(jīng)典通路在非經(jīng)典通路中，作為革蘭陰性菌的細(xì)胞壁成分的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是激活 caspase-4/5/11非經(jīng)典通路的關(guān)鍵，被激活的caspase-11(小鼠體內(nèi))/ caspase-4/5(人體內(nèi))可通過(guò)裂解GSDMD形成GSDMD-N在細(xì)胞膜上打孔形成非選擇性通道，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。隨著研究的深入，有報(bào)道發(fā)現(xiàn)活化的 caspase-4/5/11 也可通過(guò)活化 Pannexin-1 等通道來(lái)調(diào)控炎性介質(zhì)分泌至細(xì)胞外。

2.3 執(zhí)行蛋白及caspase-3/8介導(dǎo)的通路Caspase-3則長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的重要標(biāo)志。然而最近，Wang等發(fā)現(xiàn)caspase-3可以影響和激活GSDME促進(jìn)焦亡的發(fā)生。在GSDME高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞系中，化療藥物可誘導(dǎo)caspase-3活化并裂解GSDME，產(chǎn)生的GSDME-N可在細(xì)胞膜上打孔引起腫瘤細(xì)胞焦亡[5]。Sarhan等研究報(bào)道了致病性耶爾森氏菌通過(guò)效應(yīng)因子YopJ抑制TAK1的過(guò)程中caspase-8可切割GSDMD(鼠巨噬細(xì)胞中為GSDME)，介導(dǎo)了細(xì)胞焦亡發(fā)生[9]。

2.4 絲氨酸蛋白酶GZMA介導(dǎo)的通路最近，紹峰課題組首次發(fā)現(xiàn)gasdermin可在非Asp位點(diǎn)經(jīng)絲氨酸蛋白酶GZMA水解執(zhí)行打孔功能，并將經(jīng)細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡證明為焦亡，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)改寫(xiě)了焦亡只能經(jīng)Caspase活化的定論。細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞(如CTLs，NK細(xì)胞等)中的絲氨酸蛋白酶Granzyme A可以經(jīng)穿孔素(perforin)進(jìn)入靶細(xì)胞，通過(guò)水解Gasdermin B(GSDMB)分子Lys229/Lys244位點(diǎn)誘導(dǎo)靶細(xì)胞發(fā)生焦亡。GSDMB存在組織特異性表達(dá)，并在消化系統(tǒng)上皮細(xì)胞源腫瘤細(xì)胞中呈高表達(dá)，而通過(guò)GSDMB誘導(dǎo)焦亡將增強(qiáng)抗腫瘤免疫，將成為這些腫瘤治療潛在靶點(diǎn)[10]。

3 細(xì)胞焦亡在腫瘤中的相關(guān)研究進(jìn)展

3.1 胃癌及食管癌研究發(fā)現(xiàn)，胃癌細(xì)胞中的GSDMD表達(dá)量較臨近的正常組織細(xì)胞少，這可能促進(jìn)了癌細(xì)胞的增殖。Wang等的研究發(fā)現(xiàn)GSDMD通過(guò)抑制胃癌(GC)細(xì)胞中的ERK1/2、STAT3和PI3K/AKT，從而使得Cyclin A2和Cyclin Dependent Kinase(CDK2)的表達(dá)降低。因此GC細(xì)胞中GSDMD表達(dá)量的減低，使得Cyclin/CDK復(fù)合物作為調(diào)控細(xì)胞周期的物質(zhì)表達(dá)增加，促進(jìn)S期向G2期過(guò)渡，加速GC細(xì)胞增殖[11]。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)GSDME也是Gasdermin超家族成員之一，化療作用時(shí)與GSDMD具有相同的孔隙形成作用的GSDME可被caspase-3激活。Yin B等研究報(bào)道，用5-氟尿嘧啶(5-FU)處理GC細(xì)胞(SGC-7901和MKN-45)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞活力明顯下降。5-FU處理后的細(xì)胞膜上有大的氣泡吹出，caspase-3激活使GSDME裂解，GC細(xì)胞發(fā)生焦亡[12]。細(xì)胞焦亡在食管癌中也有報(bào)道。Wang,F.等報(bào)道了酒精誘發(fā)食管炎并通過(guò)細(xì)胞焦亡參與了食管癌的發(fā)生和發(fā)展，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)caspase-1的抑制劑Ac-YVAD-CMK在體內(nèi)和體外均可有效抑制IL-1β和IL-18的表達(dá)，減少炎癥反應(yīng)，有望成為抑制食管炎向食管癌進(jìn)展的藥物[13]。最近Wu,M.等的一項(xiàng)研究表明GSDME在食管癌細(xì)胞中的表達(dá)高于正常細(xì)胞，GSDME高表達(dá)和焦亡發(fā)生相關(guān)[14]。研究中PLK1抑制劑BI2536通過(guò)誘導(dǎo)膿毒癥，增加了食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)細(xì)胞對(duì)順鉑(DDP)的敏感性。低劑量的BI2536與DDP結(jié)合后，激活了細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白BAX和caspase-3，導(dǎo)致GSDME的裂解，增加了DNA損傷，誘導(dǎo)焦亡。

3.2 結(jié)直腸癌結(jié)直腸癌方面，Derangere,V.等首次報(bào)道了在LXR激動(dòng)劑的介導(dǎo)下，LXRβ能與pannexin-1結(jié)合并觸發(fā)其開(kāi)放，導(dǎo)致ATP的分泌。細(xì)胞外的ATP可聚集炎性小體NLRP3，隨后通過(guò)P2X7受體(一種ATP門(mén)控離子通道)途徑激活caspase-1，導(dǎo)致結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生焦亡。Ma,Y.等前期研究表明LncRNA RP1-85F18.6在結(jié)直腸癌中高表達(dá)，可在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上調(diào)控ΔNp63(其作用與p53相反)，從而參與了結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、侵襲、存活、轉(zhuǎn)移過(guò)程，包括抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡。值得注意的是，LncRNA RP1-85F18.6還參與了結(jié)直腸癌細(xì)胞的焦亡過(guò)程。LncRNA RP1-85F18.6下調(diào)通過(guò)沉默ΔNp63以及裂解GSDMD，誘導(dǎo)CRC細(xì)胞的焦亡發(fā)生。最近，Yu J.等研究發(fā)現(xiàn)洛鉑可誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞激活caspase-3/9，通過(guò)GSDME介導(dǎo)的ROS/JNK/Bax-線粒體凋亡途徑使細(xì)胞發(fā)生焦亡。在洛鉑誘導(dǎo)激活HT-29和HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞中的caspase-3/9后，GSDME被裂解，誘導(dǎo)活性氧物種(ROS)升高和JNK磷酸化。激活的JNK將Bax招募到線粒體，從而刺激細(xì)胞色素c釋放到細(xì)胞質(zhì)，使腫瘤細(xì)胞發(fā)生焦亡。進(jìn)一步研究洛鉑通過(guò)這種途徑殺死腫瘤細(xì)胞的機(jī)制，可能對(duì)化療藥物的臨床應(yīng)用具有重要意義[15]。

3.3 肝癌Chu,Q.等研究發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞系 Bel-7402 和 HepG2 中caspase-1的表達(dá)顯著低于正常肝細(xì)胞系HL-7702。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)焦亡通路激活對(duì)肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲具有抑制作用，而Ac-YVAD-CMK(caspase-1抑制劑)可削弱該作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)小檗堿(一種黃連中提取的生物堿)可以通過(guò)上調(diào)caspase-1，促進(jìn)IL-1β表達(dá)，進(jìn)而抑制肝癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。Wei,Q.等報(bào)道了雌二醇(E2)誘導(dǎo)的NLRP3炎性體激活可能在HCC進(jìn)展中起到抑制作用，可能的機(jī)制是觸發(fā)細(xì)胞焦亡并抑制保護(hù)性的細(xì)胞自噬發(fā)生。E2誘導(dǎo)的NLRP3炎性體激活通過(guò)E2/ERβ/AMPK/mTOR通路觸發(fā)細(xì)胞焦亡從而在HCC進(jìn)展中起到抑制作用。3-甲基腺嘌呤(3-MA)可明顯增強(qiáng)E2誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡現(xiàn)象在，而在Ac-YVAD-CMK治療下焦亡則被抑制，這表明caspase-1依賴性細(xì)胞焦亡受自噬的負(fù)調(diào)控[16]。

3.4 肺癌焦亡在肺癌的研究中，Gao等研究發(fā)現(xiàn)GSDMD在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)中相較癌旁正常組織高表達(dá)，研究表明敲除GSDMD在NSCLC細(xì)胞系和異種移植小鼠模型中能抑制腫瘤的生長(zhǎng)，通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞焦亡向凋亡轉(zhuǎn)化和抑制非小細(xì)胞肺癌NSCLC中的EGFR / Akt信號(hào)傳導(dǎo)而減弱了腫瘤的增殖[17]。Wang等研究報(bào)道，抗高脂血癥藥物辛伐他汀可在NSCLC細(xì)胞系和異種移植小鼠模型中通過(guò)激活NLRP3來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，從而抑制了腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移。此項(xiàng)研究表明，辛伐他汀有可能成為一種新型治療NSCLC的藥物，有較大的應(yīng)用前景。

3.5 胰腺癌胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)是一種預(yù)后極差的疾病，其發(fā)病率逐年上升，目前胰腺癌中的焦亡研究較少 。Cui,J.等報(bào)道了哺乳動(dòng)物STE20樣激酶1(MST1)在PDAC中的表達(dá)量較低，同時(shí)MST1的表達(dá)促進(jìn)了PDAC細(xì)胞死亡，并通過(guò)caspase-1誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡抑制PDAC的增殖、遷移、侵襲。而ROS抑制劑(N-acetyl-cysteine)可抑制MST1 激活caspase-1，以及減弱MST1對(duì)PDAC細(xì)胞死亡、增殖、遷移和侵襲的影響。研究表明MST1將是一個(gè)潛在的預(yù)后和治療PDAC的靶點(diǎn)，對(duì)胰腺癌的治療具有重要意義[18]。

3.6 乳腺癌乳腺癌的焦亡研究中，Omega-3脂肪酸可以調(diào)節(jié)炎癥并發(fā)揮抗癌作用，促進(jìn)癌細(xì)胞死亡。二十二碳六烯酸(DHA)是一種具有抗腫瘤作用的Omega-3脂肪酸。Pizato等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DHA處理的乳腺癌細(xì)胞與未處理的細(xì)胞相比，DHA處理的乳腺癌細(xì)胞caspase-1被激活，gasdermin D被裂解，IL-1β分泌增強(qiáng)，高遷移率族蛋白B1(HMGB1)向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，膜孔形成，證明DHA可以誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡。另外，Draganov等報(bào)道了伊維菌素通過(guò)介導(dǎo)P2X4/P2X7-門(mén)控的Pannexin-1通道調(diào)節(jié)細(xì)胞外ATP和HMGB1的敏感性，激活caspase-1誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和焦亡。Kolb等發(fā)現(xiàn)NLRC4炎癥小體在肥胖乳腺癌患者的乳腺癌組織中相對(duì)過(guò)表達(dá)，肥胖的乳腺癌小鼠模型的腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)腫瘤浸潤(rùn)性髓樣細(xì)胞增加，激活NLRC4炎性小體，進(jìn)而激活I(lǐng)L-1β，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，并通過(guò)脂肪細(xì)胞介導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(VEGFA)表達(dá)和新生血管生成，從而促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展[19]。

3.7 宮頸癌So等報(bào)道，與正常宮頸癌細(xì)胞相比，SIRT1在HPV感染的宮頸癌細(xì)胞中的表達(dá)量更高，且促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖。SIRT1在宮頸癌細(xì)胞中的表達(dá)通過(guò)干擾黑素瘤缺乏因子2(AIM2)基因轉(zhuǎn)錄因子RelB的mRNA，抑制了NF-κB誘導(dǎo)的AIM2基因的轉(zhuǎn)錄。然而，敲除SIRT1可上調(diào)AIM2炎性小體相關(guān)基因，增強(qiáng)RelB的穩(wěn)定性，從而介導(dǎo)了AIM2炎性小體依賴性細(xì)胞焦亡發(fā)生[20]。另外也有文獻(xiàn)報(bào)道，AIM2作為一種受體識(shí)別細(xì)胞膜雙鏈脫氧核糖核酸(dsDNA)，具有包括HPV在內(nèi)的細(xì)胞膜dsDNA的功能，能與ASC形成大分子復(fù)合物，激活caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，這在結(jié)腸癌中也有類(lèi)似的報(bào)道。由此可見(jiàn)，AIM2可能在宮頸癌等腫瘤中起潛在的治療靶標(biāo)作用。

4 展望

越來(lái)越多的研究關(guān)注于腫瘤中的焦亡現(xiàn)象，目前研究主要集中在激活NLRP1/3、NLRC4和AIM2等炎性小體并促進(jìn)細(xì)胞焦亡的化合物或分子，它們有希望成為治療腫瘤的新藥物。然而，我們對(duì)這些分子如何影響腫瘤細(xì)胞焦亡的機(jī)制通路還沒(méi)有完全了解。未來(lái)朝著闡明焦亡的發(fā)生機(jī)制研究，將有助于我們提高對(duì)腫瘤細(xì)胞焦亡的理解，有助于開(kāi)發(fā)出基于細(xì)胞焦亡的抗腫瘤藥物。同時(shí)也需要更多的臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證焦亡在腫瘤治療中的價(jià)值。