細(xì)胞焦亡及其在肝細(xì)胞癌中作用的研究進(jìn)展

常鈺玲，牛亞倩 綜述，陳徹 審校

甘肅中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000

近年來，細(xì)胞焦亡（pyroptosis）引起了廣泛關(guān)注，其可能對抗癌治療提供有益作用，并且癌癥治療的失敗很大程度上歸因于對凋亡（apoptosis）相關(guān)藥物的耐受性［1］，因此，探究細(xì)胞焦亡與癌癥之間的內(nèi)在聯(lián)系有利于發(fā)現(xiàn)治療癌癥的新藥物。肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是世界范圍內(nèi)癌癥死亡的第二大原因，其發(fā)病率在發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家均呈上升趨勢。盡管目前在肝癌的診斷和治療方面取得了進(jìn)步，但由于其轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)迅速，預(yù)后極差［2?3］。文獻(xiàn)表明，焦亡的激活可促進(jìn)肝癌細(xì)胞死亡，從而發(fā)揮抗癌特性［4］。因此，促進(jìn)肝癌細(xì)胞焦亡可能是一個(gè)具有良好治療應(yīng)用前景的新靶點(diǎn)，可作為一種治療HCC的方法。本文主要對細(xì)胞焦亡的形態(tài)特點(diǎn)、發(fā)生機(jī)制及其在HCC 發(fā)生發(fā)展中的作用以及基于細(xì)胞焦亡對肝癌的治療作一綜述。

1 細(xì)胞焦亡發(fā)生機(jī)制

1.1 細(xì)胞焦亡的特點(diǎn) 細(xì)胞焦亡與其他形式的程序性死亡不同，發(fā)生焦亡時(shí)，細(xì)胞滲透勢消失，發(fā)生腫脹，細(xì)胞膜上形成孔隙，失去完整性，釋放內(nèi)容物，引起炎癥反應(yīng)［5］。相比于凋亡，細(xì)胞焦亡發(fā)生的更快，并且細(xì)胞核完整性得以維持。此時(shí)，細(xì)胞核位于中央，隨著形態(tài)學(xué)的改變，細(xì)胞核固縮，DNA 斷裂［6］。細(xì)胞凋亡、自噬、壞死和焦亡之間的比較見表1［4，7］。

表1 細(xì)胞凋亡、自噬、壞死和焦亡之間的比較Tab.1 Comparison between apoptosis，autophagy，necrosis and pyroptosis

1.2 細(xì)胞焦亡的信號通路 細(xì)胞焦亡的信號通路主要包括依賴于caspase?1 激活的典型通路和依賴于caspase?4／5／11的非典型通路。在經(jīng)典途徑中，細(xì)胞內(nèi)的炎性小體包括NLRP3、AIM2 和pyrin 在外源性病原體和內(nèi)源性危險(xiǎn)信號的刺激下被激活。活化的炎性小體通過結(jié)合pro?caspase?1 與下游含有caspase?1激活和募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白結(jié)合而激活caspase?1，形成多蛋白復(fù)合物。激活的caspase?1 裂解GSDMD（GasderminD）的N?端，在細(xì)胞膜上形成小孔，促進(jìn)胞漿內(nèi)容物IL?1β 和 IL?18 等釋放，從而誘導(dǎo)炎癥效應(yīng)［8?10］。在非經(jīng)典途徑中，革蘭陰性菌細(xì)胞壁的成分脂多糖直接與巨噬細(xì)胞caspase?4／5／11結(jié)合。激活的caspase?11／4／5裂解GSDMD，直接引發(fā)細(xì)胞焦亡，同時(shí)GSDMD 激活的NLRP3 炎性小體誘導(dǎo)IL?1β和IL?18的釋放［11］。

1.3 細(xì)胞焦亡的效應(yīng)器GSDMD GSDMD 蛋白屬于Gasdermin 結(jié)構(gòu)域蛋白家族，與許多疾?。ㄈ缍@、脫發(fā)、腫瘤、免疫疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病）的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［12］。GSDMD 是 Gasdermin 家族中調(diào)節(jié)細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵底物，含484 個(gè)氨基酸，包括含242 個(gè)氨基酸的氨基末端（N?末端）結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域與羧基末端（C?末端）結(jié)構(gòu)域通過連接子連接。N?末端結(jié)構(gòu)域能使細(xì)胞膜形成孔，稱為成孔區(qū)域（pore forming domain，PFD），但其活性受C?末端域（control domain，RD）控制［7，13］。在caspase?1等的刺激下，連接子裂解后，RD 與PFD 分離，釋放出的PFD 整合到細(xì)胞膜中。破壞了質(zhì)膜的正常滲透屏障，最重要是破壞了整個(gè)細(xì)胞膜上鈉和鉀的正常流動(dòng)，鈉離子進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)水分增加，細(xì)胞體積不斷增加。一旦體積超過膜容量，質(zhì)膜破裂，釋放胞質(zhì)內(nèi)容物，引起細(xì)胞焦亡［14］。

2 細(xì)胞焦亡與肝癌

2.1 細(xì)胞焦亡與肝癌發(fā)生 細(xì)胞焦亡可誘發(fā)肝炎，作為世界上最常見的病毒性肝炎，乙型和丙型肝炎已被證明與細(xì)胞焦亡有關(guān)。YU 等［15］研究表明，HBV可通過抑制NF?κb 信號通路和活性氧（reactive oxy?gen species，ROS）的產(chǎn)生，抑制脂多糖（lipopolysac?charide，LPS）誘導(dǎo)的NLRP3 和IL?1β 表達(dá)。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，HBcAg 誘導(dǎo)了另一種細(xì)胞凋亡的標(biāo)志物IL?18的分泌。對于丙型肝炎，已證實(shí)HCV可誘導(dǎo)由caspase?1 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡。在HCV 感染或正常細(xì)胞中均顯示出caspase?1介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡與丙型肝炎的發(fā)病機(jī)理密切相關(guān)［16?17］。

細(xì)胞焦亡也可誘導(dǎo)肝纖維化，研究發(fā)現(xiàn)，纖維化相關(guān)蛋白的主要來源肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cells，HSC）被激活后，可通過細(xì)胞焦亡作用使膠原蛋白沉積［18?19］。除 HSC 外，嗜酸性粒細(xì)胞也誘導(dǎo) IL?1β 和IL?18 的分泌，甚至導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡，從而誘導(dǎo)肝纖維化［20］。在小鼠肝纖維化模型中，GSDMD?／?小鼠的α?平滑肌肌動(dòng)蛋白（α?smooth muscle actin，α?SMA）和轉(zhuǎn)化生長因子?β1（transforming growth factor?β1，TGF?β1）基因表達(dá)水平低于野生型小鼠，羥脯氨酸含量也明顯減少，表明GSDMD 在誘導(dǎo)肝纖維化過程中起重要作用［14］。此外，Il?1β 能誘使微血管內(nèi)皮細(xì)胞等轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致膠原組織增生，還可直接活化HSC，促進(jìn)腫瘤壞死因子?α（tumor necrosis factor?α，TNF?α）等炎癥因子的表達(dá)，激發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，使得肝臟逐漸發(fā)展為肝纖維化甚至肝硬化，進(jìn)而形成肝癌［21］。

2.2 細(xì)胞焦亡與肝癌進(jìn)展 研究表明，細(xì)胞焦亡在癌癥生物學(xué)中起負(fù)調(diào)控作用，可抑制惡性腫瘤進(jìn)展，但細(xì)胞焦亡的缺乏是人類惡性腫瘤的特征［1］。HU等［22］報(bào)道，caspase?1 能夠直接促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和存活。此外，其研究還表明，caspase?1敲低的大腸癌模型與野生型相比，腫瘤的增殖明顯加快。在前列腺癌中，還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞色素P450抑制劑對caspase?1的上調(diào)會(huì)抑制前列腺癌細(xì)胞的增殖和遷移［23］。

HCC是全球最常見的惡性腫瘤之一，與癌旁組織相比，肝癌組織中caspase?1、IL?1β 和IL?18 的mRNA表達(dá)均較低［24］。黃連素是一種天然的異喹啉生物堿，可激活caspase?1 誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞焦亡，對肝癌細(xì)胞的增殖和遷移在很大程度上具有抑制作用［25］。WEI等［26］發(fā)現(xiàn)，NLRP3在肝癌組織中的表達(dá)顯著下調(diào)甚至完全缺失，且其表達(dá)與HCC 的病理分級和臨床階段呈負(fù)相關(guān)。他們還發(fā)現(xiàn)，17β?雌二醇發(fā)揮抗癌作用，這歸因于其通過激活NLRP 炎性小體而引發(fā)細(xì)胞焦亡的能力。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，AIM2炎癥小體可通過阻滯mTOR?S6K1 信號通路，使雷帕霉素靶蛋白（ma?mmalian target of rapamycin，mTOR）對S6K1蛋白的激活作用減弱，從而抑制肝癌細(xì)胞生長、增殖，且AIM2炎癥小體的堆積會(huì)使肝癌細(xì)胞發(fā)生焦亡，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)［27］。因此，通過誘導(dǎo)AIM2炎癥小體表達(dá)，增強(qiáng)細(xì)胞焦亡效應(yīng)，可能延緩肝癌的進(jìn)展。

綜上所述，細(xì)胞焦亡在肝癌發(fā)生、發(fā)展過程中的不同階段其功能不同。在肝炎、肝纖維化、肝硬化和癌前病變期，炎癥小體及炎癥因子的堆積會(huì)加劇肝硬化向HCC轉(zhuǎn)變；而在形成肝癌后，癌細(xì)胞焦亡往往作為一種保護(hù)機(jī)制發(fā)揮作用，但該階段細(xì)胞焦亡反而被抑制，形成一種內(nèi)在惡性腫瘤微環(huán)境，阻滯癌細(xì)胞死亡且加速原發(fā)性肝癌向惡性程度進(jìn)展。

2.3 細(xì)胞焦亡與肝癌的治療及預(yù)后 目前有兩種主要的通過細(xì)胞焦亡治療肝癌的策略：一種是藥物調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞焦亡，如NLRP3 抑制劑MCC950 可有效減輕肝臟損傷和炎癥［28］，Ⅰ型干擾素通過產(chǎn)生一氧化氮或 IL?10 轉(zhuǎn)錄抑制 NLRP3 活化［29］，此外，抑制NLRP3 激活后的下游信號 caspase?1 和 GSDMD 等也可調(diào)節(jié)細(xì)胞焦亡；另一種是通過微小RNA（microRNA，miRNA）等調(diào)控肝癌細(xì)胞焦亡。miRNA 是包含約22個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA，可調(diào)節(jié)多個(gè)靶基因的表達(dá)。一些功能類似于腫瘤抑制基因的miRNA 可下調(diào)癌基因的表達(dá)并誘導(dǎo)癌細(xì)胞焦亡，從而抑制腫瘤的生長［30?31］。在肝癌中，WAN 等［32］研究表明，microRNA?223?3p 可通過抑制 NLRP3 炎性體誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡來促進(jìn)肝癌Hep3B 細(xì)胞焦亡，并抑制其增殖，miRNA?30a?3p 也可通過調(diào)控 caspase?1 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡抑制肝癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移［33］。

3 小結(jié)與展望

細(xì)胞焦亡是一種新的細(xì)胞程序性死亡方式，雖然有關(guān)腫瘤細(xì)胞焦亡的研究已引起關(guān)注，焦亡發(fā)生與炎性小體及caspase?1 的激活相關(guān)性已被證實(shí)，但在此過程中還有很多細(xì)胞因子及其作用途徑尚不明確。而現(xiàn)有的研究表明，調(diào)控細(xì)胞焦亡的炎性小體在腫瘤免疫過程中起著“雙刃劍”的作用。因此，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡雖是抗腫瘤的一條新途徑，但如何充分利用炎性小體的雙刃劍作用，使其既能達(dá)到抗腫瘤效應(yīng)，又能保持有利于這種效應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)仍值得探索。近來，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡被認(rèn)為是根除癌細(xì)胞的新策略。盡管大量研究表明，細(xì)胞焦亡和炎癥微環(huán)境在HCC的發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵調(diào)控作用，但僅在細(xì)胞與動(dòng)物模型中研究了細(xì)胞焦亡與HCC 之間的相關(guān)性，在患者中的研究則很少。進(jìn)一步探索肝癌細(xì)胞中細(xì)胞焦亡的發(fā)生機(jī)制，以及與信號通路上游、下游有關(guān)蛋白質(zhì)調(diào)控作用和有關(guān)因素（如miRNA）對肝癌細(xì)胞焦亡的調(diào)節(jié)，可為治療相關(guān)腫瘤提供新的思路。因此，需更多的實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)來探索HCC中對細(xì)胞焦亡的調(diào)節(jié)以及基于細(xì)胞焦亡的抗癌治療的潛在應(yīng)用。