基于細胞焦亡探討化瘀解毒法防治子宮內膜異位癥*

方婷,任存霞,楊嘉琳,張強

內蒙古醫(yī)科大學,內蒙古 呼和浩特 010059

細胞焦亡(pyroptosis)是細胞死亡的一種方式,而細胞死亡是機體特殊的一種生理或病理過程,對維持組織形態(tài)和功能運轉發(fā)揮著重要的作用[1]。細胞死亡的方式主要有程序性細胞死亡和細胞壞死兩種[2],細胞焦亡不同于以往傳統(tǒng)的細胞死亡,也與細胞凋亡不同,它是近年發(fā)現(xiàn)的一種由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate-specific proteinase,Caspase)介導的產(chǎn)生激烈炎癥反應的新型炎性細胞程序性死亡方式,現(xiàn)今已作為一種普遍的固有免疫效應機制而被學者廣泛深入的研究[3]。近年來,越來越多的研究證實,細胞焦亡參與了子宮內膜異位癥(endometriosis,EMS)的病理過程,可否將傳統(tǒng)中醫(yī)學與細胞焦點相結合將會是未來新的研究方向。本文就細胞焦亡機制、細胞焦亡在子宮內膜異位癥發(fā)病過程的作用、中醫(yī)對細胞焦亡與EMS的認識以及基于細胞焦亡中醫(yī)藥防治EMS的機制等進行闡釋。

1 細胞焦亡之途徑

細胞焦亡的整個過程是由炎性Caspase介導完成的,當機體細胞受到異物刺激后,首先細胞內支架蛋白、接頭蛋白、效應蛋白所組成的炎癥小體被觸發(fā),而后激活Caspase對消皮素(gasdermin,GSDM)家族蛋白進行切割,并與內膜脂質相結合形成膜孔,引起胞膜內外滲透壓改變失衡致使細胞腫脹、細胞膜破裂,大量細胞內容物和炎性因子被釋放,最終使細胞核濃縮,DNA斷裂發(fā)生炎性死亡。細胞焦亡的發(fā)生根據(jù)依賴介導物質不同而分為經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑[4-5],除此之外還有Caspase-3/GSDME、 Caspase-8/GSDMD/GSDMC和顆粒酶介導的焦亡途徑。

1.1 經(jīng)典途徑經(jīng)典細胞焦亡途徑是由各種炎性小體激活Caspase-1介導的通路[6]。當機體受到細菌、病毒等胞外和其他胞內危險信號如三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)的刺激后,胞質模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)包括核苷酸結合寡聚結構域樣受體、黑色素瘤缺失因子2(absent in melanoma 2,AIM2)和pyrin蛋白等,作為胞內分子感受器,首先接收危險信號后,通過接頭蛋白ASC(apoptosis-associated speck-like protein contain a CARD)與半胱氨酸蛋白酶-1的前體(pro-caspase-1)結合形成炎性小體,進而促進pro-caspase-1分化為有活性的Caspase-1,可以加入GSDMD的切割,消除GSDMD的C末端對N末端的抑制作用,使具有介導質膜成孔功能的N末端被釋放出來[7],發(fā)揮此功能的主要是具有細胞毒性的P30片段[8],此片段可誘導細胞膜穿孔形成直徑約10～16 nm的孔洞,使細胞內外滲透壓失去平衡,大量水分子進入細胞內,細胞腫脹、細胞膜破裂,大量炎癥因子釋放到細胞外,而使細胞焦亡發(fā)生。同時Caspase-1切割白細胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-18的前體,促使其形成具有活性IL-1β、IL-18,并分泌到細胞外,募集更多炎癥細胞,進而擴大炎癥反應[9]。整個過程中,可以說炎性小體是火源,Caspase-1是導火索,GSDMD是火藥,三者缺一不可。

1.2 非經(jīng)典途徑在應激條件下,Caspase-4,5,11的前體可以通過card N端結構域直接與革蘭陰性菌的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)結合并被激活為Caspase-4,5,11,進而表現(xiàn)出蛋白酶活性,然后可以直接切割 GSDMD成為GSDMD-N,GSDMD-N在細胞膜上形成質膜孔從而誘導細胞焦亡[10]。此外,不同于依賴Caspase-1的細胞焦亡經(jīng)典途徑,Caspase-4,5,11不可以直接對IL-1β和IL-18的前體進行切割,只能在某些細胞中通過NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)激活Caspase-1,進而切割IL-1β和IL-18的前體,促使其形成具有活性的IL-1β和IL-18,并分泌到細胞外,引起細胞炎癥性死亡[11],同時可通過刺激縫隙連接蛋白-1(Pannexin-1)通道開放,釋放ATP后致K+釋放也可以觸發(fā)NLRP3激活Caspase-1,最終導致IL-18和IL-1β成熟和釋放[12-13]。

1.3 其他途徑GSDME是GSDM蛋白家族中的一員,GSDME高表達的細胞經(jīng)過Caspase-3激活介導的GSDME活化可以誘導細胞焦亡發(fā)生[14]。研究發(fā)現(xiàn),在化療藥物的作用下,癌細胞中被激活的Caspase-3可誘導GSDME蛋白的裂解,形成具有活性的GSDME-N末端,隨后促進細胞發(fā)生焦亡[15-16]。有研究發(fā)現(xiàn),Caspase-8可以誘導GSDMD[17]和GSDMC[18]的切割以引發(fā)細胞焦亡,Caspase-6,7可以剪除GSDMB的C末端,進而釋放N末端,在細胞膜發(fā)揮穿孔作用,最終引起細胞焦亡[19]。

此外,還有一種由顆粒酶介導的細胞焦亡途徑。顆粒酶主要是由細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)和自然殺傷(natural killer,NK)細胞所釋放的一種蛋白酶,一般情況下正常人體內有5種顆粒酶,分別為顆粒酶A、B、H、K、M。Zhang等[20]發(fā)現(xiàn),顆粒酶B可以通過剪切GSDME使之成為GSDME-N于細胞膜打孔,最終使細胞腫脹破裂,發(fā)生細胞焦亡。

2 細胞焦亡與EMS的發(fā)生密切相關

EMS是指有活性的子宮內膜細胞種植在子宮腔內膜以外的部位,簡稱內異癥[21],其發(fā)病機制復雜,與惡性腫瘤有相似之處,包括附著和浸潤。由Sampson等[22]提出的經(jīng)血逆流種植學說被認為是本病發(fā)生的重要因素,逆流入盆腔經(jīng)血中的一些子宮內膜細胞和間質細胞可以觸發(fā)機體免疫系統(tǒng)而發(fā)生免疫炎癥反應,但是當免疫細胞不能及時徹底地清除異位子宮內膜細胞時,機體免疫系統(tǒng)長期處于激活狀態(tài)。因此,慢性炎癥反應一直伴隨EMS的整個病程。研究證實,EMS患者的體內炎性因子 IL-1β、IL-16水平明顯高于正常人,這些炎性因子可以通過刺激機體某些炎癥細胞進而釋放炎性小體,激活caspase-1而發(fā)生經(jīng)典細胞焦亡途徑,此途徑參與了EMS的發(fā)病過程[23]。Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn),在EMS慢性炎癥過程中,也可以通過激活caspase-3,之后在依賴caspase-3/GSDME介導的途徑下發(fā)生細胞焦亡。三重基序蛋白24 (tripartite motif containing 24,TRIM24)是炎癥反應的負調節(jié)劑[25-28]。有研究證實,TRIM24基因的缺失能促進NLRP3的泛素化,進而激活caspase-1介導的經(jīng)典細胞焦亡途徑,分泌IL-1β和 IL-18[23]。杭遠遠等[29]通過實驗研究發(fā)現(xiàn),大鼠子宮內膜異位癥模型組的子宮內膜組織中TRIM24明顯低于正常組,而NLRP3炎癥小體介導的細胞焦亡相關蛋白的表達明顯升高,IL-1β、IL-18 的濃度顯著升高。通過上述研究結果表明,細胞焦亡在子宮內膜異位癥中的發(fā)病過程中起到了促進炎癥反應發(fā)生的作用。

3 細胞焦亡為中醫(yī)學探討EMS發(fā)病機制提供新思路

EMS多見于中醫(yī)古籍關于“痛經(jīng)”“癥瘕”“月經(jīng)不調”和“不孕”等論述中?！督饏T要略方論》曰：“經(jīng)水不利,少腹?jié)M痛”“婦人年五十所……曾經(jīng)半產(chǎn),瘀血在少腹不去……”《評校柳選四家醫(yī)案》謂：“痛經(jīng)數(shù)年,不得孕育,經(jīng)水三日前必腹痛,腹中有塊凝滯……詢之閨閣之時無是病,既嫁之后有是疾?！碑愇缓蟮淖訉m內膜在體內相關激素的調控下發(fā)生規(guī)律性脫落、出血,但是由于血液無法排出體外,滯留于病灶而成為“離經(jīng)之血”。唐容川《血證論》云：“既是離經(jīng)之血,雖清血、鮮血,亦是瘀血?！薄梆觥笔荅MS發(fā)病的主要病機,瘀阻胞宮,血脈不通,不通則痛,發(fā)為痛經(jīng);瘀久成積,發(fā)為瘕;舊血不祛,新血不能歸經(jīng),則月經(jīng)失調;久之則阻礙精卵結合,難以受孕,為不孕。在一項Meta分析中發(fā)現(xiàn),活血化瘀法可顯著提高EMS的臨床治愈率、妊娠率,同時也可降低復發(fā)率,緩解痛經(jīng)程度[30]。“毒”為毒邪,這一概念在中醫(yī)學內涵頗廣,是指對機體產(chǎn)生危害的所有致病因素。姜良鐸等[31]提出了毒有內外之分,內毒是在機體臟腑受損,陰陽失調,氣血不暢的條件下產(chǎn)生的病理產(chǎn)物,這與EMS長期處于慢性炎癥狀態(tài)相符。連方等[32]根據(jù)多年臨床經(jīng)驗,結合國內外的研究,從毒論治,提出了血瘀蘊毒傷絡是引起EMS氣血陰陽失調的根本,二者關系密切,瘀之久可轉化為毒,毒蘊日久,新血不生則血瘀不消。因此,臨床治療EMS多以活血化瘀解毒為大法。

早期的經(jīng)血逆流種植學說被認為是EMS的主要發(fā)病機制,隨著科學研究及醫(yī)療能力的提升,越來越多的研究發(fā)現(xiàn),腹腔及盆腔微環(huán)境的改變才是此病發(fā)病的關鍵所在。維持微環(huán)境的穩(wěn)定離不開機體由各個系統(tǒng)分泌的細胞因子,人體是一個完整的整體,一旦某個微小環(huán)境異常,則易整體發(fā)生病理改變。“微環(huán)境的穩(wěn)定”可以認為是中醫(yī)的陰陽平衡,陰陽平衡則機體各項機能正常運轉,此為“陰平陽秘,精神乃治”。細胞焦亡具有雙重效應,從某種意義上來說,細胞焦亡本身可能處在一種動態(tài)的平衡之中,可使機體保持陰陽平衡[33]。近年來,有研究者提出細胞焦亡是氣虛、痰濁、血瘀理論在細胞層面上的微觀體現(xiàn),焦亡不足在微觀方面可能表現(xiàn)為陽氣虧虛,痰濁瘀血堆積;焦亡過度則炎性細胞浸潤、炎性因子增多而致炎癥狀態(tài)反復出現(xiàn)。由此可見,通過調節(jié)炎癥因炎性小體而抑制細胞焦亡達到減輕炎癥反應;誘導異位子宮內膜細胞焦亡可以縮小病灶而起到防治EMS的作用。

4 基于細胞焦亡淺析活血化瘀解毒類中藥防治EMS的作用機制

活血化瘀解毒是中醫(yī)防治EMS的主要治療原則,可能的作用機制為：(1)通過縮小異位病灶范圍,緩減盆腔粘連情況;(2)抑制炎癥因子的釋放,減少炎性細胞的浸潤而改善炎癥反應;(3)活血化瘀解毒中藥可能促進Caspase-3表達,進而誘導異位內膜細胞焦亡達到縮小異位病灶的作用[34]。這也說明活血化瘀解毒可以調控細胞焦亡。目前,也發(fā)現(xiàn)有很多中藥可以通過益氣活血、化痰解毒等方法而干預細胞焦亡[35]。

4.1 抑制正常子宮內膜細胞焦亡減輕炎癥反應桂枝茯苓丸是治療EMS的常用藥物[36],具有活血化瘀消癥的功效?！督饏T要略·婦人妊娠病脈并治》曰：“所以血不止者,其癥不去故也,當下其癥,桂枝茯苓丸主之?！?蔡小蓀教授在桂枝茯苓丸的基礎上酌情加入些許化結消癥之藥化裁為蔡氏內異方,用于治療EMS,結果發(fā)現(xiàn),本方可以增加TRIM24的表達,顯著抑制由NLRP3炎癥小體介導的細胞焦亡相關蛋白(NLRP3、Pro-Caspase-1、Caspase-1、Pro-IL-1β、IL-1β及GSDMD)的表達,減少炎性因子IL-1β和IL-18的釋放[29],進而治療EMS。梁文杰[37]通過實驗發(fā)現(xiàn),運用化瘀解毒中藥(由黃芪、醋鱉甲、僵蠶、烏梢蛇、地龍、赤芍、丹參、黃芩、金銀花、蒲公英、大黃組成)可以下調NLRP3表達從而抑制炎性因子分泌、并抑制Caspase-1介導的細胞焦亡。由此可見,這也是化瘀解毒藥通過減輕炎癥反應治療EMS的機制?；⒄染哂谢钛舛镜墓π?發(fā)揮此作用的主要成分為白藜蘆醇,它可通過肺腺癌轉移相關轉錄本-1抑制NLRP3炎癥小體的激活[38]。虎杖苷同樣是源于草本植物虎杖,具有抗感染效應[39]。Zou等[40]發(fā)現(xiàn),虎杖苷可下調細胞中NLRP3、ASC和caspase-1的表達水平。潘群玉等[41]通過實驗研究發(fā)現(xiàn),活血通絡解毒湯聯(lián)合孕三烯酮可顯著降低血瘀蘊毒型子宮內膜異位癥患者血清炎性因子水平,減輕炎癥反應。相關研究[42]發(fā)現(xiàn),中藥玫瑰花中含丁香油酚、香茅醇、橙花醇等成分,紅藤含β-谷甾醇、大黃素、大黃素甲醚等成分,金銀花含異綠原酸、綠原酸等成分,以上成分均有抗菌和抗感染作用,可減輕機體炎癥反應。發(fā)揮抑炎作用是否通過干預細胞焦亡引起,這是針對活血化瘀解毒法治療EMS值得研究的方向。丹參具有活血化瘀的功效,是治療EMS的藥物之一,丹參酮ⅡA和丹酚酸B是主要成分,有研究發(fā)現(xiàn),這兩種成分都可以通過下調NLRP3、Caspase-1、IL-1β的表達,進而抑制細胞焦亡[43-44],且與丹參酮ⅡA濃度呈正比。

4.2 誘導異位子宮內膜細胞焦亡抑制其遷移內異方由土茯苓、土鱉蟲、土貝母、鬼箭羽、大血藤、連翹、香附、黃芪、烏藥等藥物組成,具有活血化瘀、解毒通絡的功效。實驗研究發(fā)現(xiàn),內異方其可以促進EMS大鼠細胞增殖及凋亡,提高Caspase-3的表達[45],由此可見,本藥可誘導由Caspase-3介導的異位內膜細胞焦亡而縮小異位病灶。婦痛寧顆粒由血竭、莪術、三棱、穿山甲、丹參、鱉甲、皂角刺、海藻、薏苡仁組成,具有活血化瘀消癥的功效?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),婦痛寧顆?？梢悦黠@提高EMS大鼠NK細胞活性[46],而在顆粒酶B介導的細胞焦亡途徑中,NK細胞可以激活顆粒酶B進而促進GSDME活化發(fā)生異位內膜細胞的腫脹破裂,最終防治EMS。姜黃素是中藥姜黃的主要活性成分,具有行氣破瘀的功效,是治療EMS的藥物之一,可以通過促進GSDME蛋白活性,誘導細胞焦亡進而抑制異位子宮內膜細胞的浸潤和遷移[47]?！堆κ厢t(yī)案》曰：“人參但入肺經(jīng),助肺氣而通經(jīng)活血,乃氣中之血藥?！彪m為氣藥,但氣為血之帥,氣足則血行通暢,血瘀得化,EMS患者病久勢必氣虛,會進一步加重瘀血,人參具有補氣活血化瘀的功效,人參皂苷Rh2是其主要成分之一,實驗研究證實,人參皂苷Rh2可以通過增強caspase-3的表達誘導異位子宮內膜細胞焦亡而縮小病灶[48]。

5 小結

EMS是婦科疾病中的一種常見病、疑難病,具有易復發(fā)、并發(fā)癥較多的特點,對于婦女的正常生活有著不可小覷的影響。因此,尋找一種有效的治療手段極為重要。近年來,對于EMS的治療,西醫(yī)主要以激素類藥物及手術治療為主,但不良反應大且難以根治,中醫(yī)藥治療EMS療效確切且復發(fā)率低。

細胞焦亡是近些年發(fā)現(xiàn)的一種新型的細胞死亡方式,與多種系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切關系,如呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)及內分泌系統(tǒng)等。目前,關于細胞焦亡的研究多集中于動脈粥樣硬化、腫瘤、酒精性脂肪性肝病和梗阻性腎病等,而圍繞子宮內膜異位癥開展的關于細胞焦亡研究較少,尤其是通過誘導細胞焦亡防治子宮內膜異位癥方面,但也有部分研究已經(jīng)證實,細胞焦亡與子宮內膜異位癥炎癥反應及子宮內膜遷移關系密切,化瘀解毒類中藥如赤芍、丹參、金銀花、血竭、莪術等則具有抗感染和抑制子宮內膜細胞遷移的作用。因此,化瘀解毒類中藥是否通過基于細胞焦亡而發(fā)揮上述作用,最終達到治療子宮內膜異位癥的目的,將會成為今后新的研究方向,以便更深層次、更廣維度的基于細胞焦亡角度探討中醫(yī)防治子宮內膜異位癥的作用機制,將中醫(yī)學與現(xiàn)代醫(yī)學完美結合,為臨床防治子宮內膜異位癥提供理論依據(jù)。