細(xì)胞焦亡與腫瘤疾病的研究進(jìn)展

耿依珂，佘炘錦，吳秋燁，楊洋，2

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西南寧530200；2.廣西高發(fā)傳染病中西醫(yī)結(jié)合轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530200）

細(xì)胞焦亡（Pyroptosis）是由半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（Caspase）介導(dǎo)的細(xì)胞炎性死亡，是機(jī)體的自然免疫反應(yīng)，具有促炎性和程序性，已知的細(xì)胞死亡模式有兩種：程序性和非程序性［1-3］。程序性細(xì)胞死亡模式又分3種類型：細(xì)胞自噬（autophagy）、細(xì)胞凋亡（apoptosis）及細(xì)胞焦亡，前兩者是非炎癥性的，而細(xì)胞焦亡是炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的［4］。細(xì)胞焦亡的特點(diǎn)是被Gasdermin蛋白介導(dǎo)，細(xì)胞膜裂開后，細(xì)胞內(nèi)容物和促炎因子釋放到細(xì)胞外，最終造成細(xì)胞死亡。目前形成共識的細(xì)胞焦亡有兩條通路，一條為非經(jīng)典通路，由Caspase-4/5/11介導(dǎo)；另一條為經(jīng)典通路，為Caspase-1活化。目前研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞焦亡通路中的要害物質(zhì)炎癥小體在多種腫瘤細(xì)胞中都有發(fā)現(xiàn)，并且在各種腫瘤細(xì)胞中炎癥小體的相干蛋白表現(xiàn)出有利和不利于腫瘤發(fā)生的雙向作用［5］。此外，細(xì)胞焦亡通路中的其他關(guān)鍵成分如Gasdermin蛋白和促炎細(xì)胞因子等與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移有很大相關(guān)性［6］。本文就細(xì)胞焦亡的機(jī)制及其與腫瘤的關(guān)系進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，旨為臨床治療腫瘤疾病提供思路。

1 細(xì)胞焦亡的機(jī)制

1.1 細(xì)胞焦亡的經(jīng)典通路細(xì)胞焦亡的經(jīng)典通路是由Caspase-1介導(dǎo)產(chǎn)生的。首先由炎性小體感受風(fēng)險(xiǎn)，召集并激活Caspase-1，炎癥小體也同時(shí)活化作用于Gasdermin-D（GSDMD），造成細(xì)胞膜產(chǎn)生直徑為10～14 nm大小的膜孔，同時(shí)還能加工細(xì)胞因子前體使之變成熟，此后炎癥因子穿過細(xì)胞膜膜孔，細(xì)胞免疫被過度激活［7］，使其最終分裂解體。

1.2 細(xì)胞焦亡的非經(jīng)典通路非經(jīng)典模式主要是Caspase-4、Caspase-5和Caspase-11路徑［8］。通過脂多糖等致炎因素直接活化Caspase-4/5/11，不需要炎癥小體的分子平臺作用，隨后剪切激活GSDMD產(chǎn)生GSDMD-NT，最終使細(xì)胞膜破裂、水腫、細(xì)胞解體［8］。

經(jīng)典模式和非經(jīng)典模式的不同在于Caspase-4/5/11無法激活致炎介質(zhì)，不能使腫瘤細(xì)胞成熟和分泌［9］。但二者間又有關(guān)聯(lián)，經(jīng)典模式可被非經(jīng)典模式激活誘導(dǎo)產(chǎn)生。非經(jīng)典模式催化了經(jīng)典模式中的重要致炎介質(zhì)和半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-1同時(shí)產(chǎn)生致炎因子，這種方式能夠更快地使細(xì)胞焦亡［10］。最近還有學(xué)者提出了Caspase-3通路，此通路具有伴發(fā)性、迥異性，激活后的Caspase-3可作用于Gasdermins家族的一種蛋白E，后者可被進(jìn)一步催化為激活狀態(tài)的蛋白，這種物質(zhì)也可導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂、胞質(zhì)釋放，最后發(fā)展為細(xì)胞死亡［11-12］。SARHAN等［13］研究發(fā)現(xiàn)，耶爾森氏鼠疫桿菌效應(yīng)蛋白YopJ可抑制TAK1，進(jìn)而激活半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-8，活化的半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-8可以作用于GSDMD，從而誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。KAMBARA等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在老化的中性粒細(xì)胞中，不只是半胱天冬酶能介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，絲氨酸蛋白酶也可以作用于GSDMD，進(jìn)而介導(dǎo)中性粒細(xì)胞的焦亡。

綜上所述，細(xì)胞焦亡為新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，其發(fā)生機(jī)制有以下幾種：由Caspase（Caspase-1，4，5，11）誘導(dǎo)切割GSDMD，進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞焦亡；由Caspase-3誘導(dǎo)切割Gasdeimin-E（GSDME），進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡；由Caspase-8誘導(dǎo)切割GSDMD，進(jìn)而誘發(fā)的細(xì)胞焦亡；以及由絲氨酸蛋白酶誘導(dǎo)切割GSDMD，進(jìn)而誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞焦亡。盡管誘導(dǎo)作用的Gasdermin有差別，但誘導(dǎo)形成肽段，造成胞膜裂開介導(dǎo)焦亡的方式?jīng)]有很大差別。另外，同時(shí)誘導(dǎo)兩種細(xì)胞因子前體并切割是兩條通路相同的特性，隨后形成成熟的細(xì)胞因子，并且釋放到細(xì)胞外面，引發(fā)炎性反應(yīng)。

2 焦亡與腫瘤的關(guān)系

腫瘤的發(fā)生原因眾多，正常的組織如果長期受炎癥的刺激，極大可能會發(fā)生腫瘤。細(xì)胞焦亡引起的炎性反應(yīng)釋放出的炎性介質(zhì)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和腫瘤的耐藥性息息相關(guān)。最近有研究發(fā)現(xiàn)，在沒有感染的情況下，腫瘤細(xì)胞也會發(fā)生焦亡［15］。LIU等［16］研究指出，腫瘤的發(fā)生與炎性反應(yīng)有關(guān)，細(xì)胞焦亡的促炎本質(zhì)又與許多慢性炎癥性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，因此可以認(rèn)為細(xì)胞焦亡可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。GAO等［17］進(jìn)行非小細(xì)胞型肺癌動物造模，研究表明，這種類型肺癌的焦亡相關(guān)蛋白的活性激活率高于病灶周圍的組織，經(jīng)臨床數(shù)據(jù)分析，患者腫瘤體積與較高水平的GSDMD表達(dá)呈正相關(guān)，且晚期的腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移受GSDMD蛋白表達(dá)水平影響，敲低GSDMD表達(dá)后小鼠腫瘤的生長被抑制。WANG等［18］研究顯示，通過抑制STAT3、ERK和PI3K通路，焦亡的關(guān)鍵蛋白GSD?MD可能負(fù)性作用于CyclinA2/CDK2復(fù)合物，滯礙細(xì)胞分裂間期的DNA合成期和DNA合成后期，繼而限制胃癌的進(jìn)展。PIZATO等［19］研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)二十二碳六烯酸處理后的乳腺癌細(xì)胞可引發(fā)細(xì)胞焦亡，這種物質(zhì)可以作用于細(xì)胞焦亡通路中的關(guān)鍵物質(zhì)，并刺激分泌更多的細(xì)胞焦亡相關(guān)細(xì)胞因子。CHEN等［20］研究發(fā)現(xiàn)，洛鉑通過半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-3介導(dǎo)的信號通路作用于鼻咽癌細(xì)胞，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞焦亡。

α-NETA是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的可以誘導(dǎo)上皮性卵巢癌（epithelial ovarian cancer，EOC）癌細(xì)胞發(fā)生焦亡的分子，它的作用是使腫瘤細(xì)胞進(jìn)行GSDMD/Caspase-4途徑的焦亡，敲低Caspase-4或GSDMD會降低癌細(xì)胞對α-NETA的反應(yīng)性，這也驗(yàn)證了這種新型分子是通過作用于細(xì)胞焦亡相關(guān)過程來發(fā)揮作用的［21］。YANG等［22］實(shí)驗(yàn)研究表明分解代謝物基因激活蛋白（CAP）與腫瘤的預(yù)后息息相關(guān)，其通過作用于GSDME和介導(dǎo)相關(guān)途徑，如JNK、Caspase-9、Caspase-3和細(xì)胞色素C，在高表達(dá)GSDME的腫瘤細(xì)胞系中發(fā)揮重要作用。結(jié)果顯示CAP可引發(fā)腫瘤細(xì)胞的焦亡，并且具有劑量依賴性，提示可以考慮將GSDME作為CAP治療癌癥預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物。YU等［23］實(shí)驗(yàn)研究表明，eEF-2K沉默可導(dǎo)致癌細(xì)胞的焦亡作用增強(qiáng)，加強(qiáng)了黑色素瘤細(xì)胞對阿霉素敏感性，提示在未來腫瘤化療的研究中，可以通過靶向eEF-2K來提高阿霉素的抗腫瘤作用。XIA等［24］研究發(fā)現(xiàn)，化療藥物發(fā)揮抗癌作用的重要機(jī)制有賴于Caspase-3/Gasdermin-E通路介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，但同時(shí)焦亡往往難以被激活，因?yàn)楫?dāng)GSDME存在于腫瘤細(xì)胞中時(shí)，這種物質(zhì)的mRNA易甲基化，繼而使其常常低水平表達(dá)。另外，WANG等［11］研究表明，化療藥物產(chǎn)生不良反應(yīng)的機(jī)制很可能就是GSDME介導(dǎo)的焦亡造成的。

3 小結(jié)

細(xì)胞焦亡作為一種近來新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，主要依賴于Caspase-1、Caspase-4/5/11或Caspase-3介導(dǎo)的通路作用于GSDMD或GSDME而實(shí)現(xiàn)。通過近幾年的研究來看，有關(guān)焦亡的特征和機(jī)制已取得重大突破，尤其是對于焦亡的特征已經(jīng)形成了一定的共識。對腫瘤而言，焦亡的促進(jìn)和抑制作用同時(shí)存在，且存在于各種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程。但不同類型腫瘤的細(xì)胞焦亡發(fā)生原理具體是什么，尤其是與腫瘤相關(guān)的上下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路蛋白的關(guān)系尚未明確，有待進(jìn)一步深入研究。