黃潤(rùn)芝 曹長(zhǎng)青 李宇寧

1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院兒科，甘肅蘭州 730000

缺氧缺血性腦病是新生兒常見的神經(jīng)系統(tǒng)病變之一，圍生期窒息是其發(fā)病的主要原因[1]。在全球范圍內(nèi)，每年大約有120 萬新生兒患者，是新生兒健康的重大威脅。新生兒缺氧缺血性腦病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前臨床上尚無特異性治療方法，部分患者療效不佳，并且存在不良的臨床結(jié)局，如腦癱、癲癇、發(fā)育異常、認(rèn)知功能障礙等，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致死亡[1]。因此，研究探索新生兒缺氧缺血性腦病發(fā)生及發(fā)展的具體機(jī)制，為該病的預(yù)防及臨床治療提供靶點(diǎn)顯得十分重要。

細(xì)胞焦亡是近年來提出的一種全新的細(xì)胞死亡機(jī)制，它與傳統(tǒng)的細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬性死亡及細(xì)胞壞死均不同[2]。20 世紀(jì)90 年代，科學(xué)家們首次在巨噬細(xì)胞中觀察到了細(xì)胞焦亡的現(xiàn)象[3]，然而，由于技術(shù)的限制，人們對(duì)其機(jī)制了解并不清楚。近年來，在眾多科學(xué)家們的努力下[4]（我國(guó)邵峰教授在細(xì)胞焦亡領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)[5-7]），細(xì)胞焦亡的生物學(xué)過程逐漸被揭示：細(xì)胞焦亡是一種程序性細(xì)胞死亡，主要通過炎癥小體介導(dǎo)多種含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）（主要是caspase-1）的激活，進(jìn)而引起GSDM 家族蛋白，特別是GSDMD 的剪切和多聚化，剪切后的GSDM 蛋白會(huì)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜上，造成細(xì)胞穿孔，導(dǎo)致細(xì)胞的腫脹和死亡[2]。

細(xì)胞焦亡是機(jī)體重要的應(yīng)激及免疫調(diào)節(jié)過程，在感染性疾病[8]、代謝性疾病[9]、腫瘤[10]及神經(jīng)系統(tǒng)疾病[11]中扮演重要角色。越來越多的證據(jù)表明細(xì)胞焦亡與新生兒缺氧缺血性腦病存在密切聯(lián)系，本文主要圍繞細(xì)胞焦亡與新生兒缺氧缺血性腦病的關(guān)系展開系統(tǒng)綜述，以期為該病的臨床治療提供啟示。

1 細(xì)胞焦亡信號(hào)通路

細(xì)胞焦亡現(xiàn)象最初由Brennan 和Cookson 發(fā)現(xiàn)，他們觀察到傷寒沙門菌可以通過caspase-1 介導(dǎo)巨噬細(xì)胞死亡，該現(xiàn)象被命名為細(xì)胞焦亡[2]。細(xì)胞焦亡過程最顯著的特點(diǎn)為細(xì)胞膜受損形成孔洞，細(xì)胞腫脹破裂，進(jìn)而釋放大量的炎癥細(xì)胞因子。研究表明，焦亡過程中細(xì)胞膜孔洞的形成是由GSDM 家族蛋白介導(dǎo)的。當(dāng)GSDM 家族成員被蛋白酶切割，釋放N 端結(jié)構(gòu)域后會(huì)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜，在胞膜上形成孔洞，導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性改變、細(xì)胞腫脹和細(xì)胞死亡[2,12]。

根據(jù)GSDM 蛋白激活方式的差異，細(xì)胞焦亡分為經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路、非經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路和caspase-3 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡通路[2]。經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路由caspase-1 介導(dǎo)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的炎性復(fù)合物NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）感知到病原體信號(hào)后，會(huì)激活caspase-1，促進(jìn)caspase-1 對(duì)GSDMD 的切割。切割后的N-GSDMD 蛋白隨后轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜上觸發(fā)細(xì)胞焦亡[13]。非經(jīng)典的細(xì)胞焦亡通路由caspase-4/5/11 這3 種酶介導(dǎo)。在非典型細(xì)胞焦亡途徑中，活化的caspase-4/5/11 切割GSDMD 形成N-GSDMD，觸發(fā)細(xì)胞焦亡[14]。細(xì)胞中還存在caspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，caspase-3 是凋亡信號(hào)通路的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)源性和外源性凋亡均可以激活caspase-3。而活化的caspase-3 可以切割GSDME 生成N-GSDME，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡[7]。近年來，隨著細(xì)胞焦亡的具體機(jī)制被逐漸揭開，細(xì)胞焦亡逐漸成為各個(gè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，人們也發(fā)現(xiàn)細(xì)胞焦亡在多個(gè)疾病中扮演重要作用，包括新生兒缺氧缺血性腦損傷，但是，其具體的作用機(jī)制及臨床意義仍需深入探索。

2 新生兒缺氧缺血性腦病與炎癥

缺氧缺血性腦損傷是新生兒死亡和長(zhǎng)期神經(jīng)功能障礙的主要原因，該病和致殘率和死亡率高，疾病負(fù)擔(dān)較重[15]。有確切的證據(jù)表明，神經(jīng)炎癥反應(yīng)是新生兒缺氧缺血性腦病的關(guān)鍵發(fā)病機(jī)制，各種原因引起的腦組織缺氧缺血可以觸發(fā)大腦中免疫細(xì)胞的強(qiáng)烈激活，進(jìn)而觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[16]。

在所有引發(fā)缺氧缺血后神經(jīng)炎癥的免疫細(xì)胞中，小膠質(zhì)細(xì)胞扮演主要角色[17]。當(dāng)受到缺氧缺血刺激后，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生并釋放一系列炎癥介質(zhì)，如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等。研究顯示，小膠質(zhì)細(xì)胞激活的分子機(jī)制多樣，細(xì)胞焦亡、Galectin-3信號(hào)通路、Notch 信號(hào)通路、Toll 樣受體信號(hào)通路等均參與到小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和炎癥因子的產(chǎn)生[17]。其中，細(xì)胞焦亡處于中心環(huán)節(jié)。多種上游信號(hào)均可與細(xì)胞焦亡相互作用，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜孔洞的形成和炎癥因子的大量釋放。

因此，深入探索細(xì)胞焦亡在小膠質(zhì)細(xì)胞中的激活過程，闡明細(xì)胞焦亡與新生兒缺氧缺血性腦病的關(guān)系是目前研究的熱點(diǎn)。

3 細(xì)胞焦亡與新生兒缺氧缺血性腦病

3.1 缺氧缺血與小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡

NOD 樣受體家族（NOD-like receptors，NLRs）是一種免疫系統(tǒng)的多蛋白復(fù)合物構(gòu)成的細(xì)胞感受器，是人體內(nèi)重要的炎癥反應(yīng)傳感器和效應(yīng)器之一，也是細(xì)胞焦亡通路激活的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而NLRP3 是NLRs的家族成員之一，與凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosisassociated speck-like protein containing a CARD，ASC）和caspase-1 組成炎癥小體，既往研究顯示，腦組織缺氧缺血后可以檢測(cè)到小膠質(zhì)細(xì)胞中NLRP3 炎癥小體的激活[18]。在小鼠缺氧缺血性腦損傷模型中，損傷4 h后NLRP3 表達(dá)即顯著上調(diào)[19]。NLRP3 被缺氧及炎癥因素激活后，會(huì)進(jìn)一步募集下游蛋白激活細(xì)胞焦亡通路，造成小膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞穿孔、死亡和炎癥的擴(kuò)散。另外，NLRP3 的激活也可以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞向M1 型極化狀態(tài)轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)其促炎能力[20]。有學(xué)者在缺氧缺血性腦損傷動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，使用紅景天苷抑制小膠質(zhì)細(xì)胞中NLRP3 炎癥小體的激活可以顯著抑制小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡和周圍神經(jīng)元損傷[21]。caspase-1/4/5/11 是細(xì)胞焦亡激活必不可少的蛋白酶，在腦損傷發(fā)生后，其表達(dá)量和活性會(huì)顯著升高[19]，促進(jìn)細(xì)胞焦亡的發(fā)生。此外，細(xì)胞焦亡的效應(yīng)蛋白GSDM 和效應(yīng)產(chǎn)物IL-1β、IL-18 的表達(dá)水平在缺氧缺血性腦損傷也顯著增加[22]，這些結(jié)果提示，細(xì)胞焦亡深度參與了新生兒缺氧缺血性腦病的發(fā)生和發(fā)展。

3.2 缺氧缺血觸發(fā)細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制

細(xì)胞焦亡在新生兒缺氧缺血性腦病的致病過程中扮演關(guān)鍵角色，進(jìn)一步明確細(xì)胞焦亡的激活過程有助于增進(jìn)對(duì)于該病的理解。目前多項(xiàng)研究針對(duì)缺氧缺血引起小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡的分子生物學(xué)機(jī)制展開了探索。

趨化因子是細(xì)胞因子的重要成員，是人體應(yīng)激及應(yīng)對(duì)感染的主要細(xì)胞因子的之一。Serdar 等[23]在新生小鼠缺氧缺血模型中發(fā)現(xiàn)，缺氧缺血發(fā)生24 h 內(nèi)，腦組織小膠質(zhì)細(xì)胞中的趨化因子C-X-C 基序趨化因子配體1（C-X-C motif chemokine ligand 1，CXCL1）和趨化因子受體C-X-C 基序趨化因子受體2（C-X-C motif chemokine receptor 2，CXCR2）的轉(zhuǎn)錄表達(dá)即顯著上調(diào)；CXCL1 的表達(dá)上調(diào)可以通過作用于趨化因子受體CXCR2 進(jìn)而激活整合素鏈接激酶（integrin-linked kinase，ILK），ILK 可以直接作用于NLPR3激活炎癥小體進(jìn)而促進(jìn)caspase-1 的活化[23]，最終誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生和炎癥因子的擴(kuò)散。

氧化應(yīng)激是新生兒缺氧缺血性腦病的關(guān)鍵致病因素，研究顯示，新生兒大腦由于多不飽和脂肪酸含量高、耗氧量高、游離鐵含量高等特點(diǎn)，對(duì)缺氧缺血極為敏感，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)[24]。氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）[24]，ROS 產(chǎn)生后，會(huì)通過觸發(fā)胞內(nèi)硫氧還蛋白（thioredoxin，TRX）和硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）復(fù)合物的解離。隨后游離的TXNIP 與NLRP3 的LRR 區(qū)域結(jié)合，最終導(dǎo)致NLRP3 激活和細(xì)胞焦亡的發(fā)生。同時(shí)，ROS 產(chǎn)生也會(huì)通過Keap1/Nrf2 通路促進(jìn)NLRP3 的構(gòu)象轉(zhuǎn)變從而直接激活NLRP3[25]，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞焦亡。

此外，TLR4/NF-κB 信號(hào)通路也在缺氧缺血后細(xì)胞焦亡激活的過程中扮演重要角色。TLR4 是Toll 樣受體家族的核心蛋白，主要表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞，在啟動(dòng)神經(jīng)炎癥反應(yīng)和介導(dǎo)神經(jīng)免疫方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。當(dāng)缺氧缺血發(fā)生后，TLR4 可會(huì)被內(nèi)源性（如纖連蛋白、熱休克蛋白等）或者外源性配體（如脂多糖）過度激活[26]，隨后以沉默髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依賴的方式促進(jìn)炎癥因子的表達(dá)和NF-κB 信號(hào)通路的激活，最終轉(zhuǎn)錄性的活化NLRP3，觸發(fā)細(xì)胞焦亡。

總之，新生兒缺氧缺血發(fā)生后觸發(fā)細(xì)胞焦亡的機(jī)制多樣，與趨化因子、氧化應(yīng)激反應(yīng)及TLR4/NF-κB均有關(guān)聯(lián)，還有研究顯示，絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路[27]及缺氧誘導(dǎo)因子-1α 信號(hào)通路[28]等也參與到缺氧缺血損傷后NLRP3 炎癥小體和細(xì)胞焦亡的激活。因此，細(xì)胞焦亡是新生兒缺氧缺血性腦病致?lián)p的下游信號(hào)通路和效應(yīng)器，靶向細(xì)胞焦亡可以有效地減輕神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)，是有臨床前景的治療手段之一。

3.3 細(xì)胞焦亡與新生兒缺氧缺血性腦病的治療

基于細(xì)胞焦亡在新生兒缺氧缺血性腦損傷中的關(guān)鍵作用，人們已經(jīng)開發(fā)出許多靶向焦亡通路的治療藥物。

在小鼠腦缺血模型中，使用NLRP3 抑制劑MCC950[29]和Bungeanum[30]抑制小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡可以顯著改善小鼠的認(rèn)知功能。姜黃素治療可以通過調(diào)節(jié)TREM2/TLR4/NF-κB 通路減少NLRP3 的激活[18]，進(jìn)而減少NLRP3 依賴性細(xì)胞焦亡來改善小鼠模型的臨床癥狀。此外，白藜蘆醇[31]、黃芩素[32]、槲皮素[33]和異甘草素[34]等天然藥物均被發(fā)現(xiàn)具有抑制NLRP3 炎癥小體的作用，有望為新生兒缺氧缺血性腦病的治療帶來益處。

人們還開發(fā)出一些靶向caspase 酶的治療藥物。AC-YVAD-CMK 是一種caspase-1 的選擇性抑制劑，被發(fā)現(xiàn)可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡并在小膠質(zhì)細(xì)胞中誘導(dǎo)抗炎表型，從而改善缺氧缺血后腦損傷的癥狀[35]。另一種caspase-1 的抑制劑VX765 被證實(shí)也可以顯著抑制細(xì)胞焦亡和TLR4/NF-κB 信號(hào)通路，有助于減輕神經(jīng)損傷[36]。芍藥苷等天然藥物可以通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞中caspase-11 依賴性焦亡信號(hào)通路減弱神經(jīng)炎癥反應(yīng)[37]。

靶向細(xì)胞焦亡的效應(yīng)器GSDMD 也是一種有效的抑制焦亡手段，靶向GSDMD 的策略有兩種：抑制其剪切或者抑制剪切后的N-GSDMD 蛋白。小分子藥物Mafenide 通過直接結(jié)合GSDMD-Asp275 位點(diǎn)抑制GSDMD 的剪切[38]，進(jìn)而抑制巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡。此外，小分子藥物Sulfa-4 和Sulfa-22 也可以靶向GSDMD 的剪切，抑制細(xì)胞焦亡和炎癥因子釋放，顯著減輕神經(jīng)炎癥的程度[39]。人們也發(fā)現(xiàn)，小分子藥物DMF 可以作為N 端GSDMD 蛋白的有效抑制劑，降低小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡和炎癥因子的釋放[40]，如IL-1和IL-18 等。值得注意的是，靶向細(xì)胞焦亡的藥物雖然比較多，但其基本都處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或者臨床試驗(yàn)階段，臨床應(yīng)用層面尚無與細(xì)胞焦亡有關(guān)的新生兒缺氧缺血性腦病治療方案，相信隨著研究的深入和更多藥物開發(fā)手段的改進(jìn)，未來必將探索出更多更為有效的抑制細(xì)胞焦亡的治療方法，也將為新生兒缺氧缺血性腦病的治療帶來曙光。

4 小結(jié)

新生兒缺氧缺血性腦病是新生兒常見的神經(jīng)系統(tǒng)病變，也是嬰幼兒死亡和致殘的重要原因。多項(xiàng)研究顯示，作為炎癥激活和擴(kuò)散的核心環(huán)節(jié)，細(xì)胞焦亡在新生兒缺氧缺血性腦病中扮演關(guān)鍵角色，靶向抑制細(xì)胞焦亡的治療策略也顯示出良好的緩解神經(jīng)系統(tǒng)損傷的效果。此外，細(xì)胞焦亡受到多種因素的調(diào)控，如細(xì)胞凋亡、壞死性凋亡及細(xì)胞自噬等，深入研究缺氧缺血發(fā)生后細(xì)胞焦亡的激活過程和具體調(diào)控機(jī)制仍是基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。目前，部分天然藥物已被證明具有抑制細(xì)胞焦亡的效果，天然藥物安全性較高，價(jià)格低廉，具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但其特異性不強(qiáng)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)特異性靶向細(xì)胞焦亡的藥物將是未來研究的重點(diǎn)方向。相信隨著細(xì)胞焦亡研究的深入，人們將加深對(duì)于新生兒缺氧缺血性腦病的理解，也將為該病的治療帶來新希望。