程序性坏死在肺部疾病中作用的研究进展

杜学柯，潘灵辉

(广西医科大学附属肿瘤医院麻醉科，南宁 530021)

细胞坏死是指由生物、化学或物理等伤害性刺激引起的细胞死亡，被认为是被动、无序和不可逆的，传统上称为非程序性细胞死亡。此外，细胞还存在由基因编码和调节的坏死，即程序性坏死。程序性坏死是指依赖受体相互作用蛋白激酶(receptor interacting protein kinase,RIPK)3的坏死性细胞死亡，在心肌梗死、动脉粥样硬化、缺血再灌注损伤、炎性肠病和老年痴呆的病理生理中起重要作用[1-5]。有研究表明，程序性坏死在肺部疾病(肺部炎症和败血症等)的发病过程中也起重要作用[6]。程序性坏死与细胞凋亡、自噬之间存在相互作用和影响[7]。细胞凋亡和程序性坏死均受几个共有的上游调控序列调控，它们对各自死亡途径的敏感性受调控分子的重叠性控制。自噬通过溶酶体降解细胞吞噬坏死或多余的细胞质和细胞器，以维持细胞稳态，故自噬可能调节程序性坏死。目前，线粒体自噬、依赖自噬消除的线粒体调节程序性坏死已被证实有助于解释慢性阻塞性肺疾病的发病机制[8]。现就程序性坏死的主要组成部分及其在肺部疾病中的发病机制予以综述，为程序性坏死在肺部疾病的防治提供新思路。

1 程序性坏死的机制

目前，研究主要集中于从肿瘤坏死因子-α、RIPK3和胱天蛋白酶8探讨程序性坏死的分子机制。调控程序性坏死的特定受体包括肿瘤坏死因子超家族受体、Toll样受体和干扰素受体等。基于驱动因素的不同，程序性坏死可以分成三类：①由肿瘤坏死因子-α引起的外始式程序性坏死；②由活性氧类引起的内始式程序性坏死；③缺血诱导的内始式程序性坏死。其中，肿瘤坏死因子-α介导的程序性坏死是一种经典的程序性坏死，其与互补受体结合形成短暂膜信号复合体，其复合物包含Fas相关死亡结构域蛋白、RIPK1、肿瘤坏死因子受体相关因子2/5和凋亡抑制因子1/2等，此膜信号复合体可分别调控核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶信号转导途径参与细胞存活的调节，是细胞存活和坏死的重要调节点。

经典的程序性坏死，坏死复合物通过受体相互作用蛋白同型反应模体的磷酸化将RIPK3 和RIPK1连接起来。而Toll样受体3/4、β干扰素TIR结构域衔接蛋白和DNA依赖的干扰素调节因子激活物也含有受体相互作用蛋白同型反应模体结构域，故其能通过受体相互作用蛋白同型反应模体结构域构建坏死复合物[9]。其中，Toll样受体3/4可以启动β干扰素TIR结构域衔接蛋白和RIPK3诱导的程序性坏死，依赖β干扰素TIR结构域衔接蛋白的程序性坏死需要受体相互作用蛋白同型反应模体结构域与RIPK3相互作用，而在此过程中RIPK1的作用尚不清楚。

此外，细胞自噬被也认为参与程序性细胞死亡，其通过自噬溶酶体系统清除亚细胞碎片和异物以维持细胞的完整性和稳态[10]。然而自噬性细胞死亡不属于程序性坏死的范畴，其特征胞质中出现的大量自噬小体和自噬溶酶体，最后由自噬溶酶体内的溶酶体降解，既不激活程序性细胞坏死相应的酶，也不形成坏死体。早期研究表明，用非特异性胱天蛋白酶抑制剂zVAD处理L929细胞，导致细胞自噬激活及L929细胞死亡，这种细胞死亡过程需要RIPK1，表明自噬可能参与程序性坏死[11]。研究发现，脑缺血再灌注损伤可以激活程序性坏死，此过程可能由细胞自噬触发，表明在缺血性脑卒中中自噬、程序性坏死和凋亡存在相互联系[12-13]。程序性坏死的特异性抑制剂不仅可以抑制细胞程序性坏死，还可以抑制自噬。这些研究均表明程序性坏死与自噬存在关联，但两者之间的具体相关机制目前尚不清楚，仍需进一步研究明确。

2 程序性坏死与肺部疾病

程序性坏死是以细胞膜肿胀破裂、细胞器溢出为主要特征的细胞死亡方式，其具有高度的促炎特性，在许多临床疾病中可激活免疫系统发挥重要作用。程序性坏死在肺部疾病的发生发展过程中起一定作用，既可促使炎症的发生，表现为细胞死亡激发免疫系统，引起炎症反应，肺内细胞发生程序性坏死，导致肺内细胞屏障被破坏，微生物的浸入引起肺部相关炎症反应；也可以加重肺部炎症反应的程度，表现为既有的炎症反应导致肺内细胞死亡，细胞死亡导致细胞内损伤相关分子模式释放，损伤相关分子模式激活免疫系统，加重炎症反应的程度。正常情况下，程序性坏死对维持机体稳态具有重要作用，但调控功能异常时会导致疾病病情加重。

2.1程序性坏死与慢性阻塞性肺疾病 在全球范围内，慢性阻塞性肺疾病死亡率占第四位[14]，但其发病机制仍不清楚。研究发现，线粒体自噬调节的程序性坏死参与慢性阻塞性肺疾病的发病[8]。在慢性阻塞性肺疾病中，细胞通过线粒体自噬影响线粒体的完整性来调节程序性坏死。研究发现，当细胞暴露于香烟烟雾提取物时，线粒体显著去极化和线粒体自噬激活，线粒体分裂/线粒体自噬抑制剂Mdivi-1可抑制人混合系列蛋白激酶样结构域磷酸化，使细胞受香烟烟雾诱导程序性死亡[15]。Mizumura等[16]研究发现，小鼠线粒体调节肿瘤抑制基因(人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因-诱导激酶1)缺陷可防止线粒体功能障碍、空域扩大和暴露于香烟烟雾期间纤毛清除中断。以上研究提示，在慢性阻塞性肺疾病过程中存在细胞自噬和程序性坏死，其调控与多种因素相关。

研究表明，神经酰胺介导线粒体自噬可能诱导癌细胞死亡[17]。鉴于鞘氨醇类似物可调节程序性坏死，这可能是线粒体自噬通过神经酰胺调节程序性坏死的相关机制。虽然神经酰胺上调导致肺上皮细胞凋亡和肺气肿，但在慢性阻塞性肺疾病中神经酰胺与程序性坏死的关系尚未被广泛研究。香烟烟雾诱导的线粒体自噬在慢性阻塞性肺疾病中可能调节细胞衰老。虽然线粒体自噬调节程序性坏死与衰老之间关系的机制尚不明确，但存在一个潜在机制即依赖细胞损伤的程度。研究发现，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的激动剂可通过调节自噬和程序性坏死来抑制香烟烟雾诱导的炎症和肺气肿[18]。这提示，程序性坏死的调控异常与慢性炎症反应的发生发展相关。因此，探讨如何调控程序性坏死，程序性坏死与其他细胞死亡方式的关系将有助于更好地理解程序性坏死在慢性阻塞性肺疾病中的作用，从而为临床治疗提供新思路。

2.2程序性坏死与肺癌 凋亡、程序性坏死和自噬存在于肿瘤的发生发展过程中，抗肿瘤药物可通过激活相关激酶启动癌细胞程序性坏死[19]。在肺癌治疗中，硒代缩氨基脲金属络合物和蛋白质二硫键异构酶与调节程序性坏死有密切联系。新的硒代缩氨基脲金属络合物在人类肺腺癌上皮细胞中通过诱导程序性坏死已被证明有助于抗增殖活性[20]。长期使用顺铂治疗可促进癌细胞抵抗，蛋白质二硫键异构酶、蛋白二硫化物异构酶A6在非小细胞肺癌化疗耐药中呈过表达，介导对顺铂-诱导非规范化细胞死亡途径的抵抗，并具有一些坏死特征。达沙替尼可以增强紫杉醇诱导的肺腺癌细胞的程序性坏死，其机制可能是通过胱天蛋白酶8的磷酸化抑制RIPK1与RIPK3的结合，从而抑制程序性坏死[21]。在肿瘤研究中发现，紫草醌诱导的自噬与紫草醌诱导的程序性坏死密切相关，程序性坏死可通过影响自噬来增强肿瘤的免疫监视[10]。以上研究提示，程序性坏死与肺癌相关。

与常规放疗相比，大分割放疗对肺癌肿瘤细胞的损伤作用更明显，肺癌细胞受到照射后，其死亡方式主要有细胞凋亡与细胞坏死，细胞坏死可以通过RIPK1/RIPK3信号通路调控，而大分割放疗后，肺癌细胞发生RIPK1/RIPK3信号通路调控的程序性坏死，并与分割剂量呈正相关[22]。因此，更好地掌握程序性坏死在肺癌中的作用可为肺癌治疗提供新方案。

2.3程序性坏死与肺损伤 程序性坏死是引起急性肺损伤/呼吸窘迫综合征的重要机制之一，不同致病因素引起程序性坏死和肺损伤的机制也不同[23]。对大鼠模型进行研究发现，急性肾损伤后全身炎症反应导致的急性肺损伤可能与骨桥蛋白有关，骨桥蛋白调控程序性坏死，从而影响大鼠同种异体肾移植后所导致的肺损伤[24]。另有研究发现，呼吸机相关性肺损伤患者的血浆RIPK3水平高于正常人[25]；在动物研究中，RIPK3缺失的小鼠发生呼吸机相关性肺损伤的可能性较小，提示RIPK3参与了呼吸机相关性肺损伤发生[26]。但以上研究仅提示RIPK3的存在与呼吸机相关性肺损伤相关，呼吸机相关性肺损伤属于无菌性炎症反应，程序性坏死是启动还是加重无菌性炎症尚不清楚，因此程序性坏死在呼吸机相关性肺损伤中的作用及相关机制需进一步研究。

关于新生儿败血症的研究发现，通过抑制程序性坏死可以减轻新生儿败血症导致的肺损伤，提高新生儿败血症的存活率[27]。在脂多糖肺损伤中，脂多糖诱导肺上皮细胞和血管内皮细胞Fas受体表达上调，肺损伤严重程度与Fas受体表达呈正相关；而应用Fas-Fas配体信号通路抑制剂P2抗体可导致程序性坏死激活受到抑制并减轻肺损伤[28]。研究表明，呼吸机相关性肺损伤或脂多糖肺损伤患者血清及肺泡灌洗液中肿瘤坏死因子-α及其受体表达明显上调，且存在肿瘤坏死因子-α依赖性的程序性坏死[29-30]。此外在有菌性肺部炎症过程中，阻断程序性坏死可以减轻肺损伤程度，表明程序性坏死在其中起重要作用[31-32]。但由于程序性坏死特异的标志物还没有确定，所以通过程序性坏死治疗肺损伤这一策略很难实施。在肺移植过程中，肺保存时间长短与肺细胞死亡相关，肺细胞死亡过程由钙蛋白酶/信号转导及转录激活因子3/RIPK信号通路调控，故抑制RIPK和(或)钙蛋白酶可以减少细胞程序性坏死，从而有效减轻缺血再灌注导致的肺损伤[33]。可见，调控程序性坏死的程度可能是防治急性肺损伤/呼吸窘迫综合征的重要靶点。

2.4程序性坏死与哮喘 除细胞凋亡参与哮喘的发生发展外，细胞的程序性坏死也与哮喘的发生有关。在病毒诱导的哮喘动物模型中，肺内程序性坏死的标志物RIPK3和磷酸化混合系列蛋白激酶样结构域水平升高，且重度哮喘时，气道中的各种细胞(粒细胞和上皮细胞)均可能会发生程序性坏死[34]。目前研究显示，在重度哮喘中支气管上皮细胞可发生了程序性坏死，与哮喘程度有关，黏蛋白1下调可通过RIPK1/RIPK3信号通路调节促进肿瘤坏死因子-α诱导的人支气管上皮细胞程序性坏死，这为严重哮喘引起的程序性坏死提供了一个新机制[34]。气道上皮细胞特异性细胞自噬相关基因5可以调控程序性坏死相关受体相互作用蛋白的表达，影响程序性坏死的发生，从而抑制哮喘起到减轻炎症的作用。嗜酸粒细胞溶解后再释放出嗜酸粒细胞颗粒可引起气道炎症，这种嗜酸粒细胞死亡的机制尚不清楚，但程序性坏死已被认为参与此过程，因为RIPK3的抑制剂可减少嗜酸粒细胞溶解[35]。然而，RIPK3缺陷的小鼠对变应原引起的哮喘无抵抗力。因此，RIPK3相关程序性坏死在哮喘中起一定作用，它还受其他机制调节，有待进一步研究和探讨。

3 小 结

程序性坏死的细胞死亡通路已经基本建立，RIPK1、RIPK3、混合系列蛋白激酶样结构域和其他相关蛋白在程序性坏死过程中起重要作用，在正常情况下，程序性坏死对机体抵御病原微生物的侵入和维持机体内环境的稳定有利，而研究证实程序性坏死在肺部疾病发病机制中也发挥巨大作用[8]。因此，深入探讨程序性坏死的调控和阻断机制，阐明程序性坏死与其他程序性细胞死亡的关系，将有助于探讨程序性坏死在肺部疾病中的具体作用，这不仅对细胞死亡体系是一个重要的补充，还为肺部疾病的治疗提供了新方向。但未来关于程序性坏死仍有许多问题需要探讨，如程序性坏死RIPK1和RIPK3的基因多态性问题，程序性坏死特异性敏感性标志物尚未完全建立等。