细胞焦亡与肿瘤疾病的研究进展

耿依珂，佘炘锦，吴秋烨，杨洋，2

（1.广西中医药大学，广西南宁530200；2.广西高发传染病中西医结合转化医学重点实验室，广西南宁530200）

细胞焦亡（Pyroptosis）是由半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶（Caspase）介导的细胞炎性死亡，是机体的自然免疫反应，具有促炎性和程序性，已知的细胞死亡模式有两种：程序性和非程序性［1-3］。程序性细胞死亡模式又分3种类型：细胞自噬（autophagy）、细胞凋亡（apoptosis）及细胞焦亡，前两者是非炎症性的，而细胞焦亡是炎症反应介导的［4］。细胞焦亡的特点是被Gasdermin蛋白介导，细胞膜裂开后，细胞内容物和促炎因子释放到细胞外，最终造成细胞死亡。目前形成共识的细胞焦亡有两条通路，一条为非经典通路，由Caspase-4/5/11介导；另一条为经典通路，为Caspase-1活化。目前研究发现，细胞焦亡通路中的要害物质炎症小体在多种肿瘤细胞中都有发现，并且在各种肿瘤细胞中炎症小体的相干蛋白表现出有利和不利于肿瘤发生的双向作用［5］。此外，细胞焦亡通路中的其他关键成分如Gasdermin蛋白和促炎细胞因子等与肿瘤的发生、发展、侵袭和转移有很大相关性［6］。本文就细胞焦亡的机制及其与肿瘤的关系进行文献综述，旨为临床治疗肿瘤疾病提供思路。

1 细胞焦亡的机制

1.1 细胞焦亡的经典通路细胞焦亡的经典通路是由Caspase-1介导产生的。首先由炎性小体感受风险，召集并激活Caspase-1，炎症小体也同时活化作用于Gasdermin-D（GSDMD），造成细胞膜产生直径为10～14 nm大小的膜孔，同时还能加工细胞因子前体使之变成熟，此后炎症因子穿过细胞膜膜孔，细胞免疫被过度激活［7］，使其最终分裂解体。

1.2 细胞焦亡的非经典通路非经典模式主要是Caspase-4、Caspase-5和Caspase-11路径［8］。通过脂多糖等致炎因素直接活化Caspase-4/5/11，不需要炎症小体的分子平台作用，随后剪切激活GSDMD产生GSDMD-NT，最终使细胞膜破裂、水肿、细胞解体［8］。

经典模式和非经典模式的不同在于Caspase-4/5/11无法激活致炎介质，不能使肿瘤细胞成熟和分泌［9］。但二者间又有关联，经典模式可被非经典模式激活诱导产生。非经典模式催化了经典模式中的重要致炎介质和半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-1同时产生致炎因子，这种方式能够更快地使细胞焦亡［10］。最近还有学者提出了Caspase-3通路，此通路具有伴发性、迥异性，激活后的Caspase-3可作用于Gasdermins家族的一种蛋白E，后者可被进一步催化为激活状态的蛋白，这种物质也可导致细胞膜破裂、胞质释放，最后发展为细胞死亡［11-12］。SARHAN等［13］研究发现，耶尔森氏鼠疫杆菌效应蛋白YopJ可抑制TAK1，进而激活半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-8，活化的半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-8可以作用于GSDMD，从而诱导细胞焦亡。KAMBARA等［14］研究发现，在老化的中性粒细胞中，不只是半胱天冬酶能介导细胞焦亡，丝氨酸蛋白酶也可以作用于GSDMD，进而介导中性粒细胞的焦亡。

综上所述，细胞焦亡为新发现的细胞死亡方式，其发生机制有以下几种：由Caspase（Caspase-1，4，5，11）诱导切割GSDMD，进而诱发细胞焦亡；由Caspase-3诱导切割Gasdeimin-E（GSDME），进而诱导细胞焦亡；由Caspase-8诱导切割GSDMD，进而诱发的细胞焦亡；以及由丝氨酸蛋白酶诱导切割GSDMD，进而诱导中性粒细胞焦亡。尽管诱导作用的Gasdermin有差别，但诱导形成肽段，造成胞膜裂开介导焦亡的方式没有很大差别。另外，同时诱导两种细胞因子前体并切割是两条通路相同的特性，随后形成成熟的细胞因子，并且释放到细胞外面，引发炎性反应。

2 焦亡与肿瘤的关系

肿瘤的发生原因众多，正常的组织如果长期受炎症的刺激，极大可能会发生肿瘤。细胞焦亡引起的炎性反应释放出的炎性介质与肿瘤的发生、发展和肿瘤的耐药性息息相关。最近有研究发现，在没有感染的情况下，肿瘤细胞也会发生焦亡［15］。LIU等［16］研究指出，肿瘤的发生与炎性反应有关，细胞焦亡的促炎本质又与许多慢性炎症性疾病的发病机制有关，因此可以认为细胞焦亡可以促进肿瘤的发生发展。GAO等［17］进行非小细胞型肺癌动物造模，研究表明，这种类型肺癌的焦亡相关蛋白的活性激活率高于病灶周围的组织，经临床数据分析，患者肿瘤体积与较高水平的GSDMD表达呈正相关，且晚期的肿瘤淋巴结转移受GSDMD蛋白表达水平影响，敲低GSDMD表达后小鼠肿瘤的生长被抑制。WANG等［18］研究显示，通过抑制STAT3、ERK和PI3K通路，焦亡的关键蛋白GSD⁃MD可能负性作用于CyclinA2/CDK2复合物，滞碍细胞分裂间期的DNA合成期和DNA合成后期，继而限制胃癌的进展。PIZATO等［19］研究发现，经二十二碳六烯酸处理后的乳腺癌细胞可引发细胞焦亡，这种物质可以作用于细胞焦亡通路中的关键物质，并刺激分泌更多的细胞焦亡相关细胞因子。CHEN等［20］研究发现，洛铂通过半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-3介导的信号通路作用于鼻咽癌细胞，可实现细胞焦亡。

α-NETA是一个新发现的可以诱导上皮性卵巢癌（epithelial ovarian cancer，EOC）癌细胞发生焦亡的分子，它的作用是使肿瘤细胞进行GSDMD/Caspase-4途径的焦亡，敲低Caspase-4或GSDMD会降低癌细胞对α-NETA的反应性，这也验证了这种新型分子是通过作用于细胞焦亡相关过程来发挥作用的［21］。YANG等［22］实验研究表明分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与肿瘤的预后息息相关，其通过作用于GSDME和介导相关途径，如JNK、Caspase-9、Caspase-3和细胞色素C，在高表达GSDME的肿瘤细胞系中发挥重要作用。结果显示CAP可引发肿瘤细胞的焦亡，并且具有剂量依赖性，提示可以考虑将GSDME作为CAP治疗癌症预后的潜在生物标志物。YU等［23］实验研究表明，eEF-2K沉默可导致癌细胞的焦亡作用增强，加强了黑色素瘤细胞对阿霉素敏感性，提示在未来肿瘤化疗的研究中，可以通过靶向eEF-2K来提高阿霉素的抗肿瘤作用。XIA等［24］研究发现，化疗药物发挥抗癌作用的重要机制有赖于Caspase-3/Gasdermin-E通路介导的细胞焦亡，但同时焦亡往往难以被激活，因为当GSDME存在于肿瘤细胞中时，这种物质的mRNA易甲基化，继而使其常常低水平表达。另外，WANG等［11］研究表明，化疗药物产生不良反应的机制很可能就是GSDME介导的焦亡造成的。

3 小结

细胞焦亡作为一种近来新发现的细胞死亡方式，主要依赖于Caspase-1、Caspase-4/5/11或Caspase-3介导的通路作用于GSDMD或GSDME而实现。通过近几年的研究来看，有关焦亡的特征和机制已取得重大突破，尤其是对于焦亡的特征已经形成了一定的共识。对肿瘤而言，焦亡的促进和抑制作用同时存在，且存在于各种肿瘤的发生、发展过程。但不同类型肿瘤的细胞焦亡发生原理具体是什么，尤其是与肿瘤相关的上下游信号转导通路蛋白的关系尚未明确，有待进一步深入研究。