細(xì)胞死亡抑制藥物及其在疾病治療中的應(yīng)用

孫東杰，雷連成,2，張付賢*

(1.長江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，湖北荊州 434023；2.吉林大學(xué)動物醫(yī)學(xué)學(xué)院，吉林長春 130062)

細(xì)胞死亡是生命現(xiàn)象不可逆停止及生命的結(jié)束，正常的組織中經(jīng)常發(fā)生細(xì)胞死亡，是維持組織機能和形態(tài)所必須的[1]。細(xì)胞遭遇到異常的物理、化學(xué)及生物因素等各種因素也可導(dǎo)致細(xì)胞意外死亡或非典型性死亡。細(xì)胞非典型性死亡常伴有代謝性疾病、退行性疾病、組織纖維化以及自身免疫性疾病等多種疾病的發(fā)生，具有發(fā)病率高、發(fā)病機制復(fù)雜的特點，且無特異性治療方法，針對細(xì)胞死亡機制的研究成為近年來的研究熱點[2]。細(xì)胞死亡方式多樣，通路機制繁雜，使得疾病治療難度加大，在臨床上急需闡明細(xì)胞死亡的機制及藥物發(fā)揮作用的機理，為抗細(xì)胞死亡藥物的研發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。近些年來，隨著科學(xué)工作者對細(xì)胞死亡研究的深入，不斷有新的細(xì)胞死亡方式被發(fā)現(xiàn)[3-4]，也研發(fā)了一系列針對不同細(xì)胞死亡方式的抑制藥物，并應(yīng)用于與多種疾病相關(guān)的細(xì)胞死亡的臨床治療，具有良好的效果[5-6]。本文對細(xì)胞死亡方式、細(xì)胞死亡抑制藥物的種類和作用機制以及細(xì)胞死亡抑制藥物在臨床治療中的應(yīng)用進(jìn)行簡要的概述，對細(xì)胞死亡抑制藥物的研究和推廣具有重要意義。

1 細(xì)胞死亡的方式

常見的細(xì)胞死亡方式通常分為凋亡、自噬、壞死、焦亡、鐵死亡等。

1.1 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞本身發(fā)生的程序性的主動死亡過程，屬于非炎癥性細(xì)胞死亡方式[1]，是細(xì)胞的一種生理性、主動性的“自覺自殺行為”，主要涉及一系列半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶 (cysteine-dependent aspartate-specific proteases,Caspase)的水解、活化及信號傳遞過程。凋亡主要有細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)兩種方式，細(xì)胞外主要是通過死亡受體途徑，細(xì)胞內(nèi)主要是通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑和線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。

1.2 自噬

自噬是維持細(xì)胞正常代謝所必需的生理過程[7]，其可以去除損傷的細(xì)胞器與蛋白質(zhì)聚集體，過度自噬則可能會引起細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)蛋白的過度降解而促進(jìn)細(xì)胞死亡[6]。自噬流的受阻或過度活化參與了包括代謝性疾病、退行性疾病、組織纖維化、自身免疫性疾病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生[8]。

1.3 細(xì)胞壞死

細(xì)胞壞死是指在種種不利因素作用下，使得細(xì)胞的正常代謝活動受損或者中斷而造成的細(xì)胞損傷和死亡，通常是由腫瘤壞死因子 (tumour necrosis factor,TNF)、白介素1(interleukin 1,IL-1)及Ⅰ型干擾素 (typeⅠinterferons,IFNs) 等調(diào)控，這些細(xì)胞因子不僅可以誘導(dǎo)細(xì)胞壞死，在一定條件下也可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，此外受體相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting protein kinase 1,RIPK1)、受體相互作用蛋白激酶3(receptor-interacting protein kinase 3,RIPK3)、磷酸化混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白(mixed-lineage kinase domain-like protein,MLKL)在細(xì)胞壞死中也發(fā)揮重要作用[2]。通常機械性因素、理化因素、生物學(xué)因素、神經(jīng)營養(yǎng)性疾病和免疫性疾病等在達(dá)到一定的時間或強度時均會造成細(xì)胞的壞死。

1.4 細(xì)胞焦亡

焦亡作為一種新的細(xì)胞死亡方式，近年來有研究表明膜穿孔蛋白(gasdermins,GSDM)家族是焦亡的直接執(zhí)行者[4]，在病原微生物病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和非感染性刺激損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)作用下使炎性體中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)樣受體(NOD-like receptors,NLRs)或者黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)激活，并與特定區(qū)域的無活性的半胱氨酸蛋白酶1前體結(jié)合使其活化成半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶-1(cysteine-dependent aspartate-specific proteases-1,caspase-1),而caspase-1能夠裂解gasdermin D(GSDMD)和IL-1,GSDMD-N端能夠插入細(xì)胞膜中形成細(xì)胞膜孔道，從而誘導(dǎo)焦亡的發(fā)生[9]。

1.5 鐵死亡

鐵死亡也是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型的細(xì)胞死亡方式，是指鐵離子依賴性非凋亡性細(xì)胞過度氧化壞死，其發(fā)生主要是由于鐵離子沉積引發(fā)膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及過度氧化應(yīng)激，進(jìn)一步導(dǎo)致選擇透過性損壞質(zhì)膜，最終形成細(xì)胞死亡[3]。

2 細(xì)胞死亡抑制藥物的種類及作用機制

細(xì)胞死亡信號的抑制或上調(diào)均可影響疾病的發(fā)生與發(fā)展，隨著近些年研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列不同種類的抑制細(xì)胞死亡藥物，如中藥、小分子抑制劑、化學(xué)合成藥物等，藥物通過不同的作用機制阻止與多種疾病相關(guān)的細(xì)胞死亡，為疾病的治療提供潛在的靶點及指導(dǎo)。

2.1 中藥

近年來研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)方中藥及單體在抗細(xì)胞死亡等方面發(fā)揮一定的保護(hù)作用。如參葵通脈顆?？山档托呐K組織中白細(xì)胞介素1β (interleukin-1β,IL-1β)、caspase-1蛋白水平，調(diào)控心肌細(xì)胞的焦亡，發(fā)揮治病作用[10]。京尼平苷通過激活腺苷酸激活蛋白激酶α抑制心肌活性氧的積累，阻斷NOD樣受體家族3(NOD-like receptor 3,NLR3)炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡[11]；白芍總苷化合物可有效的改善缺血再灌注模型中的心臟功能，減少心臟梗死面積[12]；阿膠作為一味傳統(tǒng)中藥，在氧化應(yīng)激壓力下，對RAW264.7細(xì)胞具有抗凋亡作用[5]。

2.2 小分子抑制劑

RIPK1、RIPK3、MLKL是肝臟細(xì)胞壞死的幾個關(guān)鍵因子，近年來在抗細(xì)胞死亡的研究中發(fā)現(xiàn)了一些通過抑制RIPK1、RIPK3、MLKL的作用而發(fā)揮抗細(xì)胞死亡的抑制劑。壞死性凋亡抑制劑壞死抑素-1(necrostatin-1,Nec-1)作為RIPK1抑制劑，通過與RIPK1結(jié)合來抑制RIPK1與RIPK3結(jié)合，從而抑制死亡小體形成，進(jìn)而發(fā)揮抑制細(xì)胞死亡的作用[13]；GSK840、GSK843、GSK872是3種RIPK3的抑制劑[14]，通過競爭性的與RIPK3受體結(jié)合抑制RIPK3的作用，進(jìn)而發(fā)揮抑制細(xì)胞壞死的作用；GW806742X是MLKL的抑制劑，通過抑制MLKL的假激酶結(jié)合位點，進(jìn)而抑制RIPK1與RIPK3的結(jié)合發(fā)揮抗細(xì)胞死亡的作用[15]。

非吞噬細(xì)胞氧化酶Nox2和Nox4作為還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(triphosphopyridine nucleotide,NADPH)氧化酶的成員，參與了缺血/再灌注(I/R)引起的腦損傷；Wang J J等[16]通過用Nox2的抑制劑gp91ds-tat(Anaspec.63855)、Nox4的抑制劑GKT137831(MedChem Express.HY-12298) 處理大鼠，研究發(fā)現(xiàn)gp91ds-tat和GKT137831有效抑制了I/R誘導(dǎo)的活性氧(reactive oxygen species,ROS) 水平升高，明顯減輕了血腦屏障的損傷。

膽堿酯酶抑制劑利斯的明可提高腦內(nèi)乙酰膽堿，保護(hù)阿爾茨海默病患者的內(nèi)皮細(xì)胞[17]。蛋白水解酶抑制劑Z-Asp-cmk在缺血再灌注損傷治療中降低血清轉(zhuǎn)氨酶的含量及半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶-3等凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)量[13]；腫瘤抑制因子p53和親環(huán)素D復(fù)合物p53-PPIF的小分子抑制劑T4-79、T6-26、A3-49、A3-66均能顯著提高HK-2細(xì)胞在過氧化氫誘導(dǎo)下的細(xì)胞活力[18]。

鐵中毒是一種依賴于鐵的程序性細(xì)胞死亡，不同于其他形式的細(xì)胞死亡，許多的神經(jīng)退行性疾病都與鐵中毒有關(guān)。Chu J等[19]在谷氨酸誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中發(fā)現(xiàn)，鐵中毒抑制劑ferrostatin-1處理減少了HT-22細(xì)胞乳酸脫氫酶的釋放和線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷，降低活性氧和丙二醛水平，增強了超氧化物歧化酶的活性，顯著降低谷氨酸鹽對HT-22細(xì)胞的影響，提高細(xì)胞的存活率。

Hu J J等[20]確定了FDA批準(zhǔn)的雙硫侖可阻斷GSDMD孔的形成來抑制焦亡的發(fā)生，作為GSDMD的孔隙形成抑制劑，雙硫侖可阻斷細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞因子和脂多糖誘導(dǎo)的膿毒性死亡，納摩爾濃度下，阻止孔的形成，防止IL-1β釋放，為重新利用這種安全藥物來對抗炎癥提供了新的治療適應(yīng)癥。

2.3 天然肽激素

Serelaxin，人類內(nèi)源性松弛素 (relaxin,RLX)-2的重組形式，是一種天然肽激素，可以顯著改善臨床急性衰竭的癥狀，防止心力衰竭惡化。Diez J[21]通過現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Serelaxin的臨床作用可能歸因于其多種作用的潛在組合，如改善心臟、腎臟等的血流動力學(xué)，通過抗炎、抗細(xì)胞死亡等作用，使細(xì)胞與器官免受損害。

2.4 化學(xué)合成藥物

奧拉西坦可改善因自身自發(fā)性疾病或外傷所導(dǎo)致的記憶力衰退患者的學(xué)習(xí)功能和記憶，臨床上主要適用于老年癡呆、輕中度血管性癡呆及腦外傷等引起的記憶與智能障礙的治療。在腦創(chuàng)傷的保護(hù)作用試驗中，奧拉西坦治療組小鼠的腦水腫減輕、細(xì)胞膜皺縮減輕，細(xì)胞形態(tài)逐漸恢復(fù)，對創(chuàng)傷小鼠發(fā)揮了腦保護(hù)作用[22]。在抑制細(xì)胞死亡作用的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)梯度給藥后，氯喹對H5N1病毒感染A549細(xì)胞導(dǎo)致的細(xì)胞死亡具有非常顯著的挽救效果[23]。

3 細(xì)胞死亡抑制藥物在疾病治療中的應(yīng)用

3.1 細(xì)胞死亡抑制藥物與阿爾茲海默病

近年來，研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)退行性疾病在發(fā)生過程中往往伴隨著大量的相關(guān)細(xì)胞的死亡，因而細(xì)胞死亡抑制藥物的研發(fā)是預(yù)防與治療該類疾病的重要解決方法。Lecca D等[24]在評估phenserine tartrate(Phen T)介導(dǎo)減輕創(chuàng)傷性腦損傷誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙的研究中發(fā)現(xiàn)，Phen T治療組小鼠的海馬CA1區(qū)以及大腦皮層中退化細(xì)胞數(shù)均減少，且5 mg/kg劑量的Phen T處理后，退化細(xì)胞數(shù)減少最為明顯，證明了Phen T的抗凋亡潛能；曲唑酮 (trazodone,TRZ) 作為一種選擇性血清素再攝取抑制劑，具有抗抑郁和鎮(zhèn)靜作用。Akbari V等[25]研究發(fā)現(xiàn)TRZ不僅能影響微觀相關(guān)蛋白Tau蛋白原纖維的形成，而且能減弱SH-SY5Y細(xì)胞系中Tau蛋白的低聚化，使細(xì)胞存活率提高。同時，TRZ也降低了Tau聚集物的破膜活性，顯示出治療阿爾茲海默病的巨大潛力。

3.2 細(xì)胞死亡抑制藥物與糖尿病

糖尿病是最常見的慢性疾病，表現(xiàn)的臨床綜合征主要是紊亂的水代謝、紊亂的電解質(zhì)、蛋白質(zhì)代謝以及紊亂的糖脂代謝等，導(dǎo)致較高的致死率和致殘率[26]。高雨桐等[27]研究楊桃根活性成分2-十二烷基-6-甲氧基-2,5-二烯-1,4-環(huán)己二酮(2-dodecyl-6-methoxycyclohexa-2,5-diene-1,4-dione,DMDD)對高糖誘導(dǎo)H9c2心肌細(xì)胞損傷的改善作用及機制發(fā)現(xiàn)，高糖組細(xì)胞存活率、谷胱甘肽過氧化物酶活性、B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl)蛋白表達(dá)水平均顯著降低，表現(xiàn)出明顯的凋亡狀態(tài)，而DMDD處理組以上細(xì)胞指標(biāo)活性及水平均顯著逆轉(zhuǎn)，細(xì)胞形態(tài)較完整，表明DMDD可改善高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷。

3.3 細(xì)胞死亡抑制藥物與腦損傷

程偉能[28]研究發(fā)現(xiàn)，栝樓桂枝湯可明顯減小缺血腦組織梗死體積，改善缺血側(cè)皮層神經(jīng)細(xì)胞的病理狀態(tài)，促進(jìn)腦缺血損傷后神經(jīng)和運動功能的恢復(fù)，對腦缺血再灌注損傷具有較好的治療作用；秦榮等[29]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠在創(chuàng)傷性腦損傷后出現(xiàn)不同程度的認(rèn)知功能障礙時，通過褪黑素治療可降低海馬組織中IL-1β、TNF-α、IL-6等炎性因子的表達(dá)，改善創(chuàng)傷性腦損傷后認(rèn)知功能損傷。林巍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，玉米肽能不同程度的減少細(xì)胞中活性氧含量和下調(diào)促炎因子水平，進(jìn)而減輕酒精對小鼠腦組織的損傷作用。

3.4 細(xì)胞死亡抑制藥物與視網(wǎng)膜變性

在東亞，槭屬(槭樹科)中的多種植物常被用作治療肝病、外傷性出血等各種疾病的中草藥。Kim K Y等[31]研究雞爪槭的乙醇提取物KIOM-2015E時發(fā)現(xiàn)，其通過調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜外核層的蛋白表達(dá)和厚度來防止N-乙基-N-亞硝基脲(N-ethyl-N-nitrosourea,ENU)誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜變性，改善視網(wǎng)膜的功能。

3.5 細(xì)胞死亡抑制藥物與心血管疾病

心血管疾病是慢性腎臟疾病患者死亡的主要原因，主動脈平滑肌細(xì)胞凋亡可促進(jìn)心血管疾病的發(fā)生。Liu Y J等[32]在用甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)刺激人主動脈平滑肌細(xì)胞的試驗中發(fā)現(xiàn)，PTH可以下調(diào)成肌細(xì)胞去乙?；?(sirtuin1,SIRT1)和Bcl-2的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而白藜蘆醇作為一種SIRT1激動劑，抑制了PTH誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡并且恢復(fù)了Bcl-2的表達(dá)。Guo G L等[33]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素通過抑制MicroRNA-199a(miR-199a)的表達(dá)來恢復(fù)SIRT1水平、加強腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)的磷酸化來減輕缺氧引起的細(xì)胞損傷和凋亡。Liu B等[34]發(fā)現(xiàn)在異丙腎上腺素(isoprenaline,ISO)處理的類鐵質(zhì)性H9c2細(xì)胞模型中，葛根素抑制了H9c2細(xì)胞在ISO孵育下鐵超載和脂質(zhì)過氧化的增加，在抑制心力衰竭時心肌細(xì)胞損失方面發(fā)揮了作用，提示了葛根素在治療心力衰竭的潛在新機制。缺血/再灌注損傷在很大程度上是通過打開線粒體通透性轉(zhuǎn)變孔(permeability transition pore,PTP)介導(dǎo)的，Antonucci S等[35]研究出不針對親環(huán)素D(cyclophilin D,CyPD)的PTP小分子抑制劑63和TR002，發(fā)現(xiàn)這兩種化合物均表現(xiàn)出對分離線粒體中PTP開放的劑量依賴性抑制，阻止了新生大鼠心室肌細(xì)胞中Ca2+超載和活性氧誘導(dǎo)的PTP開放和線粒體去極化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這兩種化合物在亞微摩爾濃度下都可以阻止心室肌細(xì)胞中缺氧/復(fù)氧損傷引起的細(xì)胞死亡、收縮功能障礙和心肌紊亂，提示化合物63和TR002是一種新型的心臟保護(hù)劑。

3.6 細(xì)胞死亡抑制藥物與肝損傷

褪黑素是松果體產(chǎn)生的一種高效的抗氧化物質(zhì)，在對乙酰氨基酚誘導(dǎo)肝細(xì)胞死亡的研究中發(fā)現(xiàn)，褪黑素明顯降低了人肝細(xì)胞株HepaRG細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化物水平，對乙酰氨基酚誘導(dǎo)的肝細(xì)胞鐵死亡具有顯著抑制作用。此外，褪黑素還通過激活肝臟核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(NF-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)、還原型的醌氧化還原酶1(NAD(P)H quinone oxidoreductase,NQO1)和血紅素氧合酶1(heme oxygenase-1,HO-1) 通路抑制對乙酰氨基酚導(dǎo)致肝臟氧化應(yīng)激引發(fā)的鐵死亡，進(jìn)一步緩解肝損傷[36]。

3.7 細(xì)胞死亡抑制藥物與肺氣腫

通常缺氧誘導(dǎo)的肺細(xì)胞死亡及血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)與缺氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)和信號通路的損傷被認(rèn)為是肺氣腫肺泡結(jié)構(gòu)破壞和丟失的病理生物學(xué)機制。Truong T M等[37]研究咖啡酸硫酸脫氫聚合物CDSO3對肺氣腫抗細(xì)胞死亡活性和治療干預(yù)試驗時發(fā)現(xiàn)，CDSO3處理后凋亡性肺氣腫大鼠模型對運動耐力障礙、空氣空間擴(kuò)大和氧化性肺損傷產(chǎn)生了61%～77%的干預(yù)作用，凋亡標(biāo)記物歸一化，HIF-1和VEGF表達(dá)也升高。

4 結(jié)語

隨著對細(xì)胞死亡認(rèn)識的加深，發(fā)現(xiàn)機體中存在著多種反應(yīng)機制及調(diào)節(jié)因子誘導(dǎo)細(xì)胞的死亡，進(jìn)而參與機體的發(fā)病和免疫等過程，而細(xì)胞死亡方式及作用機制的研究可以為細(xì)胞死亡抑制藥物的研發(fā)提供精確的切入點。近年來雖然對細(xì)胞死亡機制的研究比較多，但是目前細(xì)胞死亡在一些疾病(如腦缺血、糖尿病以及神經(jīng)性疾病等)中的調(diào)節(jié)機制還有許多不明確的地方，需要更深一步的研究和闡明；同時細(xì)胞死亡抑制藥物在應(yīng)用過程中仍存在臨床效果不明顯、作用機制不清楚及治療周期長等缺陷，在一定程度上限制了其在臨床上的應(yīng)用和推廣[38]。雖然目前細(xì)胞死亡抑制藥物具有一定的不足，但其在特定疾病的治療中展現(xiàn)出一定的成效，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著細(xì)胞死亡機制研究的深入和越來越多細(xì)胞死亡抑制藥物作用機理的發(fā)掘，將會有更多高效、特異強的細(xì)胞死亡抑制藥物應(yīng)用于臨床，為疾病的治療和提高人類健康生活水平做出貢獻(xiàn)。