細(xì)胞焦亡在婦科惡性腫瘤中的研究進(jìn)展*

徐漢杰，張丹婭，李 飛，魏 睿，周 穎，奚 玲

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢 430030)

細(xì)胞死亡方式可分為壞死(necrosis)和程序化細(xì)胞死亡(programmed cell death,PCD)，后者主要分為凋亡(apotosis)、壞死性凋亡(necroptosis)、自噬(autophagy)和焦亡(pyroptosis)[1]。細(xì)胞焦亡不同于凋亡、壞死等其他細(xì)胞死亡方式，其最具特征的表現(xiàn)為觸發(fā)炎癥反應(yīng)，并與炎癥性疾病、腫瘤等多種疾病密切相關(guān)[1]。隨著對(duì)細(xì)胞焦亡研究的不斷深入，其在子宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌等婦科惡性腫瘤中的相關(guān)作用以及抗腫瘤治療效應(yīng)也逐漸被發(fā)現(xiàn)。本文擬對(duì)細(xì)胞焦亡在婦科惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用及其抗腫瘤效應(yīng)進(jìn)行綜述，以期為婦科惡性腫瘤的治療提供新的策略。

1 細(xì)胞焦亡的發(fā)現(xiàn)

細(xì)胞焦亡(pyrotosis)是希臘語(yǔ)“pyro”(意為fire)和“ptosis”的結(jié)合，是一種新定義的炎性程序性細(xì)胞死亡[2]。早在1990s，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)福氏志賀氏菌或沙門氏菌感染能夠引起小鼠或人巨噬細(xì)胞的死亡[3-4]。1997年，Arturo Zychlinsky實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，福氏志賀氏菌可激活宿主細(xì)胞的caspase-1，2年后，該實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)敲除caspase-1可阻斷福氏志賀氏菌誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[5-6]。2001年，Brad Cookson實(shí)驗(yàn)室闡明這種細(xì)菌感染引起的細(xì)胞死亡方式是一種不同于細(xì)胞凋亡的死亡方式，并將此caspase-1依賴的程序化死亡方式命名為細(xì)胞焦亡[2]。在細(xì)胞焦亡被正式定義之前，人們對(duì)細(xì)胞焦亡這一復(fù)雜通路了解唯一清楚的是caspase-1激活后可活化白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)，并引起細(xì)胞死亡，而對(duì)于引起caspase-1激活的上游通路以及caspase-1激活后引起細(xì)胞焦亡的下游通路均不清楚。

2002年，Martinon等首次提出炎癥小體(inflammasome)這一概念，他們發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)受體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白-1(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain-containing 1,NLRP1)與凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)和caspase-1可組成復(fù)合體(即炎癥小體)，參與caspase激活，此后，不同受體組成的經(jīng)典炎癥小體相繼被發(fā)現(xiàn)[7]。2015年，邵峰課題組發(fā)現(xiàn)gasdermin-D(GSDMD)蛋白在正常微環(huán)境處于自抑制狀態(tài)，經(jīng)caspase-1剪切后產(chǎn)生N端和C端兩個(gè)肽段，N端肽段在細(xì)胞膜形成質(zhì)膜孔，至此明確GSDMD蛋白為細(xì)胞焦亡的執(zhí)行蛋白[8]。GSDM家族的其他成員，包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、DFNA5/GSDME以及DFNB59，也具有膜穿孔活性，能在細(xì)胞膜上形成質(zhì)膜孔，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生，尤其2017年發(fā)現(xiàn)caspase-3剪切GSDME誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，是細(xì)胞焦亡研究的又一里程碑(圖1)[9-10]。

2 細(xì)胞焦亡的機(jī)制

2.1 焦亡的經(jīng)典途徑 細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑由caspase-1炎癥小體激活。當(dāng)細(xì)胞感知外源性的病原體或內(nèi)源性損傷(細(xì)菌感染、病毒、毒素等)，NOD樣受體(NOD-like receptor,NLR)、ASC和caspase-1組成多蛋白復(fù)合物(即炎癥小體)，該炎癥小體通過(guò)caspase-1的自我剪切激活caspase-1，此步驟為細(xì)胞焦亡進(jìn)程的關(guān)鍵步驟，激活的caspase-1直接剪切GSDMD產(chǎn)生GSDMD-NT(N端片段的GSDMD)和GSDMD-CT(C端片段的GSDMD)，前者插入細(xì)胞膜脂質(zhì)形成大小約18nm的質(zhì)膜孔，該質(zhì)膜孔致使炎性因子和危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)的釋放，并導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加，致使細(xì)胞腫脹、裂解，殺傷細(xì)胞同時(shí)擴(kuò)大免疫炎性反應(yīng)；激活的caspase-1同時(shí)促進(jìn)IL-1β和白細(xì)胞介素-18(interleukin-18,IL-18)的成熟，并通過(guò)質(zhì)膜孔釋放到細(xì)胞外，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用(圖2)[11]。

2.2 焦亡的非經(jīng)典途徑 與經(jīng)典途徑不同的是，非經(jīng)典途徑的關(guān)鍵步驟是caspase-4/5/11的激活，此步驟不需要炎癥小體而是在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)等炎性因素的刺激下被直接激活，激活的caspase-4/5/11剪切GSDMD，剪切后產(chǎn)生的GSDMD-NT形成質(zhì)膜孔，致使細(xì)胞腫脹、破裂死亡(圖2)[11]。有研究提示，caspase-11還可通過(guò)非典型炎癥小體激活NLRP3，誘導(dǎo)IL-1β和IL-18的成熟[12]。

順鉑、阿霉素等多種化療藥物可激活caspase-3，通過(guò)激活的caspase-3剪切GSDME，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生(圖2)[10]。Caspase-3介導(dǎo)的GSDME焦亡路徑并不需要炎癥小體，但GSDME-NT的產(chǎn)生可激活經(jīng)典的炎癥小體通路，促進(jìn)IL-1β和IL-18的成熟、釋放[10,13]。由此不難看出，caspase-3并不是細(xì)胞凋亡獨(dú)有的蛋白酶，在GSDME蛋白存在的情況下，caspase-3可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡向細(xì)胞焦亡轉(zhuǎn)換。

最近有研究表明，顆粒酶也可通過(guò)引起特定GSDM家族成員的剪切，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。顆粒酶A(granzyme A,GZMA)、顆粒酶B(granzyme B,GZMB)分別引起GSDMB和GSDME的裂解，剪切后的GSDM蛋白N端，在細(xì)胞膜上形成質(zhì)膜孔，引起細(xì)胞焦亡[14-15]。

3 細(xì)胞焦亡與婦科惡性腫瘤

細(xì)胞焦亡在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中扮演著雙重角色：一方面，可激活某些信號(hào)通路或釋放炎性介質(zhì)促進(jìn)腫瘤發(fā)展以及增加腫瘤對(duì)化療藥物的耐藥性；另一方面，作為一種程序化細(xì)胞死亡方式，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的死亡，發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[11]。

3.1 細(xì)胞焦亡與子宮頸癌 Zhou等自TCGA和UCSC Xena數(shù)據(jù)庫(kù)獲得子宮頸癌數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)、CASP3、GSDMB、GSDMC、GZMB等多種細(xì)胞焦亡相關(guān)基因在子宮頸癌中高表達(dá)。進(jìn)一步進(jìn)行生存分析發(fā)現(xiàn)，低表達(dá)IL-1β和高表達(dá)PRKACA患者的預(yù)后較好，并鑒定出子宮頸癌細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵基因GZMB，預(yù)測(cè)通過(guò)GZMB/miR-378a/TRIM52-AS1信號(hào)通路促進(jìn)子宮頸癌的進(jìn)展，但該研究結(jié)果缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證[16]。

眾所周知，高危型HPV持續(xù)感染與子宮頸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。研究證實(shí)，HPV E7蛋白可通過(guò)促進(jìn)E3泛素連接酶三結(jié)構(gòu)域蛋白21(TRIM21)介導(dǎo)的γ-干擾素誘導(dǎo)蛋白16 (interferon-gamma inducible protein 16,IFI16)炎癥小體的泛素化及降解，抑制細(xì)胞焦亡的發(fā)生，引起HPV的免疫逃逸，促進(jìn)子宮頸癌的進(jìn)展。這一研究結(jié)果證實(shí)，細(xì)胞焦亡參與調(diào)控HPV感染免疫逃逸機(jī)制[17]。另一方面，AIM2作為分子識(shí)別受體識(shí)別到HPV dsDNA后，與ASC及caspase-1形成超分子炎癥小體，激活細(xì)胞焦亡經(jīng)典途徑，誘導(dǎo)焦亡的發(fā)生，抑制子宮頸癌進(jìn)展[18]。HPV感染的子宮頸癌乙?；? (sirtuin 1,SIRT1)高表達(dá)，SIRT1可通過(guò)調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)的基因轉(zhuǎn)錄功能，干擾AIM2 mRNA的表達(dá)，抑制AIM2炎癥小體及其介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，促進(jìn)子宮頸癌的進(jìn)展[19]。

3.2 細(xì)胞焦亡與卵巢癌 自GTEx和TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)獲取88個(gè)正常卵巢上皮組織以及379個(gè)卵巢癌組織的RNA表達(dá)數(shù)據(jù)，分析33個(gè)細(xì)胞焦亡相關(guān)基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)31個(gè)基因表達(dá)具有差異性，PRKACA、GSDMB等13個(gè)基因表達(dá)下調(diào)，caspase-3、GSDMA等18個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，進(jìn)一步通過(guò)Cox回歸分析，篩選出AIM2、caspase-3以及GSDMA等7個(gè)細(xì)胞焦亡相關(guān)基因，建立卵巢癌預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，結(jié)果顯示細(xì)胞焦亡相關(guān)基因在卵巢癌進(jìn)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用，能夠用來(lái)預(yù)測(cè)卵巢癌患者的預(yù)后[20]。

caspase-1、IL-1β以及IL-18在卵巢癌組織中的表達(dá)明顯高于正常卵巢組織[21]。在另一研究中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈非編碼RNA生長(zhǎng)停滯特異性轉(zhuǎn)錄本5(long non-coding RNA growth arrest-specific transcript 5,lncRNA GAS5)在卵巢癌細(xì)胞中低表達(dá)，而高表達(dá)lncRNA GAS5誘導(dǎo)炎癥小體的形成，繼而介導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞發(fā)生焦亡[22]。這些研究結(jié)果表明，細(xì)胞焦亡與卵巢癌進(jìn)展密切相關(guān)。

3.3 細(xì)胞焦亡與子宮內(nèi)膜癌 Zhang等通過(guò)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞焦亡相關(guān)基因ELANE、GPX4、GSDMD及TIRAP參與腫瘤免疫微環(huán)境形成，且與子宮內(nèi)膜癌患者的預(yù)后密切相關(guān)[23]。已有研究提示，lncRNAs通過(guò)細(xì)胞焦亡參與子宮內(nèi)膜癌的進(jìn)展，并成功鑒別出AC087491.1、 AL353622.1等9個(gè)細(xì)胞焦亡相關(guān)的lncRNAs，據(jù)此能預(yù)測(cè)子宮內(nèi)膜癌患者的預(yù)后及免疫治療療效[24]。已有研究結(jié)果顯示，NLRP3、GSDMD、caspase-1及IL-1β等細(xì)胞焦亡相關(guān)因子在子宮內(nèi)膜癌組織中的表達(dá)高于正常子宮內(nèi)膜組織，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3、GSDMD、caspase-1表達(dá)與子宮內(nèi)膜癌患者的預(yù)后密切相關(guān)，提示細(xì)胞焦亡參與子宮內(nèi)膜癌的進(jìn)展過(guò)程[25]。

4 細(xì)胞焦亡在婦科惡性腫瘤治療中的作用

細(xì)胞焦亡與婦科惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且利用其抗腫瘤的作用機(jī)制取得了極大進(jìn)展。在傳統(tǒng)手術(shù)、放療、化療等無(wú)法取得滿意療效的情況下，細(xì)胞焦亡具有雙重抗腫瘤作用：一方面,直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡；另一方面,腫瘤細(xì)胞發(fā)生焦亡過(guò)程中，釋放多種炎性介質(zhì)、ATP以及腫瘤相關(guān)抗原等，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生較強(qiáng)的抗腫瘤免疫作用，使其成為治療惡性腫瘤的有效策略[26]。見(jiàn)表1。

4.1 細(xì)胞焦亡在子宮頸癌中的治療 已有研究表明，順鉑、阿霉素等多種化療藥物，通過(guò)激活caspase-3剪切GSDME致使子宮頸癌HeLa細(xì)胞焦亡，發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[10]。第三代鉑類抗腫瘤藥物洛鉑，同樣可激活caspase-3，剪切GSDME，促使子宮頸癌細(xì)胞發(fā)生焦亡[27]。從丹參中提取的丹參酮ⅡA，具有抗炎、抗腫瘤、抗菌等多種生物活性[28]。Tong等研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮ⅡA可抑制子宮頸癌HeLa細(xì)胞的增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮ⅡA可通過(guò)調(diào)控miR-145/GSDMD信號(hào)通路，誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用[29]。

4.2 細(xì)胞焦亡在卵巢癌中的治療 α-NETA是一種穩(wěn)定的、非競(jìng)爭(zhēng)性的乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶抑制劑，其半抑制濃度IC50為9μmol/L[30]。使用a-NETA 處理Ho8910、A2780等卵巢癌細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)膜出泡等焦亡特征，且Werstern blot結(jié)果顯示caspase-4、GSDMD表達(dá)升高，而敲除caspase-4或GSDMD能抑制α-NETA誘導(dǎo)卵巢癌發(fā)生細(xì)胞焦亡的能力，提示α-NETA通過(guò)GSDMD/caspase-4通路誘導(dǎo)焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了α-NETA對(duì)卵巢癌的治療療效[31]。Nobiletin 是一種來(lái)自柑橘皮的聚甲氧基黃酮。已有大量文獻(xiàn)證實(shí)，nobiletin具有抗腫瘤、抗氧化等多種生物活性[32]。Liao 等使用nobiletin對(duì)A2780、OVCAR3卵巢癌細(xì)胞進(jìn)行處理，處理后的腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡現(xiàn)象，繼續(xù)進(jìn)行機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，nobiletin通過(guò)誘導(dǎo)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生及調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，引起GSDMD、GSDME發(fā)生剪切，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[33]。蛇床子素(osthole)是一種天然抗組胺藥替代試劑，也可通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞焦亡執(zhí)行蛋白GSDME，誘導(dǎo)A2780、OVCAR3卵巢癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡[34]。

4.3 細(xì)胞焦亡在子宮內(nèi)膜癌中的治療 已有研究結(jié)果顯示，在HEC1A 、AN3CA等子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞系中，氫可提高細(xì)胞內(nèi)ROS水平，促進(jìn)NLRP3炎癥小體的形成，激活caspase-1，剪切GSDMD蛋白，繼而介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，敲除GSDMD，可抑制氫介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，在小鼠子宮內(nèi)膜癌皮下瘤腫瘤模型也證實(shí)氫可誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜癌焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用，這一發(fā)現(xiàn)為子宮內(nèi)膜癌的臨床治療提供了新方向[25]。

表1 細(xì)胞焦亡在婦科惡性腫瘤中的治療

5 展望

細(xì)胞焦亡在婦科腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起著重要作用，其對(duì)婦科惡性腫瘤的治療作用也已得到研究證實(shí)，未來(lái)極有可能被運(yùn)用到婦科惡性腫瘤的臨床治療中。但此前仍有許多問(wèn)題亟需解決，如順鉑、阿霉素等常用的化療藥物通過(guò)caspase-3/GSDME非經(jīng)典途徑誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用，但大部分腫瘤細(xì)胞由于DFNA5基因甲基化致使GSDME蛋白表達(dá)水平低于正常細(xì)胞，以GSDME為焦亡執(zhí)行蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，可能存在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡能力弱及較強(qiáng)的化療副反應(yīng)等問(wèn)題，這些都需要我們繼續(xù)深入研究進(jìn)行解決。同時(shí)，以細(xì)胞焦亡相關(guān)的炎癥小體、caspase家族蛋白、GSDM家族蛋白及相關(guān)信號(hào)通路為基礎(chǔ)，積極尋找可靠有效的治療靶點(diǎn)，也可為婦科腫瘤的治療提供新的治療方法。

細(xì)胞焦亡在惡性腫瘤的治療中具有廣泛的應(yīng)用前景，將給婦科惡性腫瘤的治療帶來(lái)突破性的進(jìn)展，鑒于細(xì)胞焦亡的炎性特征，其與免疫檢查點(diǎn)抑制劑等其他免疫治療手段聯(lián)合應(yīng)用，也將會(huì)為婦科惡性腫瘤的治療帶來(lái)更優(yōu)策略。