细胞焦亡以及细胞焦亡相关炎症小体/因子与鼻咽癌关系的研究进展▲

罗云海 许玉锋 秦富豪 张语琪 文艺群 蔺 婷 王贤文 罗晶婧 何迎春1，2，

(湖南中医药大学1 中医药防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重点实验室，2 湖南省中医药防治眼耳鼻咽喉疾病与视功能保护工程技术研究中心，3 中西医结合学院，长沙市 410208，电子邮箱：1240989539@qq.com；4 湖南中医药大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈科，长沙市 410007；5 湖南中医药大学医学院，长沙市 410208)

【提要】 细胞焦亡是不同于细胞坏死、凋亡、自噬的一种细胞程序性死亡的新形式，其与鼻咽癌等多种疾病的发生、发展密切相关。故本文对细胞焦亡、细胞焦亡相关炎症小体或炎症因子与鼻咽癌之间关系进行综述，为鼻咽癌的防治提供新思路。

鼻咽癌是头颈部最常见的恶性肿瘤之一。2020年全球新发鼻咽癌病例133 354例，我国病例主要集中在东南部省份，是一种具有明显民族和地理分布特征的疾病[1]。鼻咽癌的病因十分复杂，其中包括感染病毒、遗传因素和环境因素[2-3]，遗传易感性和EB病毒感染间复杂的相互作用是导致鼻咽癌发生的重要原因[4]。目前，鼻咽癌的治疗主要根据临床病理分期，以控制局部疾病并防止远处转移为目的开展手术、放射治疗、化学药物等治疗，但预后仍不尽如人意[5]。

细胞焦亡是细胞程序性死亡的方式之一，其会引起较强的炎症反应从而参与肿瘤的发生、发展。研究表明，肿瘤炎性小体通过募集中性粒细胞在调控细胞焦亡中起着关键作用，而含pyrin结构域的NLR家族蛋白3(NLR family pyrin domain-containing 3,NLRP3)、黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)和视黄酸诱导基因蛋白Ⅰ等炎性小体在EB病毒相关的鼻咽癌中呈高表达，同时肿瘤相关中性粒细胞的存在与鼻咽癌患者获得更好的生存情况显著相关，因此，肿瘤炎性小体是EB病毒相关鼻咽癌患者良好预后的标志和潜在的治疗靶点[6]。本文就细胞焦亡以及细胞焦亡相关炎症小体或炎症因子与鼻咽癌之间的关系展开综述。

1 细胞焦亡的概念

细胞焦亡最初发现于1992年，有学者发现感染弗氏志贺氏菌的巨噬细胞发生了裂解，由于当时对细胞程序性死亡的认识仅仅停留在细胞凋亡，因此认为这是细胞凋亡的一种类型[7]。直到2001年，细胞焦亡这个概念才被Cookson和Brennan首次提出，他们将这种含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)-1依赖性的细胞死亡与一般的细胞意外死亡区分开，并命名为细胞焦亡[8]。细胞焦亡和细胞凋亡、细胞坏死在形态学上有着不同，细胞焦亡同时会引发局部及全身炎症反应，这是因为细胞膜完整性丧失后，胞内容物被释放，最终导致了炎性反应的发生，而细胞凋亡不会引起炎性反应。但是，三者之间也有一些相似的特点，例如细胞焦亡和细胞凋亡都会发生核固缩、染色质DNA断裂等。

2 细胞焦亡的分子机制

Caspase蛋白家族是一种高度保守的天冬氨酸特异性半胱氨酸家族，目前发现的Caspase家族成员共有15种，主要分布在哺乳类动物中，其中主要与炎性反应相关的成员有Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11，而Caspase-2、Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10主要与细胞凋亡相关[9]。在2018年细胞死亡命名委员会提出的最新定义中，细胞焦亡被定义为是一种由炎性的Caspase蛋白(如Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11)活化介导的调节性细胞死亡，其关键过程是由消皮素蛋白家族成员执行的质膜孔形成[10]。细胞焦亡的启动依赖于特定的Caspase蛋白，根据细胞接受刺激、信号转导等方面的不同，细胞焦亡又被分为Caspase-1主导的经典途径和Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11主导的非经典途径[11]。

2.1 细胞焦亡的经典途径 Caspase-1依赖性途径被称为细胞焦亡的经典途径。正常情况下Caspase-1是以无活性的酶原形式(pro-Caspase-1)存在于细胞质中，当经典的炎性小体发挥作用后才被激活。当模式识别受体接收到危险信号分子刺激之后，会通过接头蛋白ASC来招募pro-Caspase-1，以组装形成炎性小体，然后激活Caspase-1分子，进一步切割下游消皮素D的目的蛋白,使其被切割成两端，包括N-末端域和C-末端域。这些步骤会致使细胞膜上形成有活性的孔隙，水分子等物质会顺利进入细胞内并引起细胞的肿胀与裂解，最终导致细胞焦亡[12-13]。

消皮素D作为Caspase-1的下游靶蛋白参与经典的细胞焦亡途径。消皮素D蛋白是消皮素家族中最常见的成员，该蛋白是细胞焦亡中最不可缺少的一环[14]，同时也是被研究最多的一个细胞焦亡相关蛋白。人类的消皮素D蛋白由242个氨基酸的氨基末端结构域、43个氨基酸的中间连接部分和199个氨基酸的具有自动抑制N端活性的羧基末端结构域共同组成[15]。当发生细胞焦亡时，消皮素D被活化的Caspase-1和Caspase-11切割分为N端和C端，其中消皮素D-N端作为主要的功能域参与细胞焦亡，而消皮素D-C端则可以起到自体抑制功能[16-17]。消皮素D被切割之后，消皮素D-N端会移除消皮素D-C端的抑制性结构域，使自身从单体变成寡聚物转移至细胞膜；消皮素D-N端会与细胞膜上磷脂酰肌醇、磷脂酸和磷脂酰丝氨酸连接并发生低聚化，产生直径大多在10～14 nm之间的气孔，直径大小为4.5 nm的白细胞介素(interleukin,IL)-18很容易通过这些气孔，导致促炎症因子的释放，随之细胞肿胀并破裂，最终发生细胞焦亡[13,17]。

2.2 细胞焦亡的非经典途径 细胞焦亡的非经典途径不依赖于Caspase-1，而是主要依赖于Caspase-4/5/11的激活。小鼠的Caspase-11以及在人体内的对应的Caspase-4/5与脂多糖的保守结构脂质A在被细胞内的脂多糖刺激后直接被激活。当Caspase-4/5/11被活化后，消皮素D蛋白被切割并最终导致细胞焦亡的发生[18-19]。2016年之后，一些新的细胞焦亡分子机制逐渐被发现：Pannexin-1是细胞上一个控制小分子物质进出的通道蛋白，其在非经典细胞焦亡途径的脂多糖免疫应答过程中起十分重要的作用。细胞焦亡过程中，由Pannexin-1蛋白断裂形成通路释放的三磷酸腺苷会一直刺激嘌呤能离子通道型受体7通道，使细胞内钾离子、钠离子、钙离子外流，细胞膜内外离子的平衡被打乱，细胞肿胀并破裂，最终导致细胞焦亡[20]。

3 细胞焦亡与鼻咽癌

随着研究的深入，炎症细胞在肿瘤微环境中的作用机制逐渐被人们认识。最近研究表明，卵巢癌、头面部鳞状细胞癌、乳腺癌等肿瘤的发生、发展与各种致炎因子水平的升高密切相关[21]。在鼻咽癌微环境中也可以见到大量炎症细胞浸润，鼻咽癌的发生和发展与炎症反应密切相关[22]。鼻咽组织细胞长期暴露在炎症环境中会发生癌变，而各类炎症小体是引起细胞焦亡的关键物质。然而，目前鼻咽癌、炎症、细胞焦亡三者之间的关系及相互作用机制还需进一步研究[6,23]。

3.1 炎症小体与鼻咽癌 炎症小体是一种细胞内大分子量的多蛋白复合体，包括类型识别受体[NLRP3、含Caspase 募集结构域(Caspase recruitment domain,CARD)的NLR家族蛋白4、AIM2等]、接头蛋白ASC及Caspase-1蛋白，它们作为天然免疫系统的一部分发挥作用[24]。炎症小体能识别病原相关分子模式或者宿主来源的损伤相关分子模式，并且在细胞焦亡中发挥生物学效应[25]。NLR蛋白家族中含有Pyrin结构域的蛋白亚家族被称为NLRP，其中NLRP3是该家族中最具有特征性的亚型之一，也是被研究的最多的一个蛋白。NLRP3组成的多蛋白复合体，即NLRP3炎性小体，主要由NLRP3蛋白、ASC及pro-Caspase-1蛋白三部分组成[26]，这些蛋白在炎症反应与细胞焦亡中各司其职：当宿主受到损伤时，NLRP3炎性小体被激活，同时ASC和Caspase-1被募集，NLRP3蛋白和ASC共同激活Caspase-1；而pro-Caspase-1蛋白通过CARD与ASC结合，组成一个大的胞质复合体，Caspase-1在它们的协同作用下被激活；同时IL-1β前体和IL-18前体也会被激活的Caspase-1切割成IL-1β和IL-18，这些细胞因子共同发挥作用来促进促炎细胞因子、趋化因子和生长因子的表达，最终诱发炎症和细胞焦亡，并招募和激活其他免疫细胞[27]。

NLRP3炎症小体及其参与的细胞焦亡在多种肿瘤和自身免疫性疾病中都发挥着重要的作用，其中NLRP3的激活与鼻咽癌的发生、发展密切相关[27]。有学者研究发现，NLRP3激活释放的IL-1β、IL-18参与了鼻咽部的炎症，并诱发细胞焦亡[28]。汤俊照等[25]研究发现，NLRP3炎症小体在鼻咽癌组织中的表达明显升高，并且鼻咽癌患者的无复发生存率和无瘤生存率与NLRP3表达情况密切相关。此外，Chung等[29]研究表明，线粒体OxPhos组分的高水平表达会激活NLRP3炎性小体，并引发细胞焦亡，这或将成为鼻咽癌治疗与预防复发的一个新靶点。由此可见，研究NLRP3炎性小体以及其参与的细胞焦亡，对于解释鼻咽癌的发生、发展具有重大意义，但炎性小体、细胞焦亡与鼻咽癌之间的具体相互作用还需要进一步研究。

3.2 促炎因子与鼻咽癌 IL-1β、IL-18属于IL-1家族，均为促炎因子，是炎症反应以及肿瘤的发生、发展中不可缺少的一部分。IL-1β和IL-18都可以由巨噬细胞生成，但是两者的区别在于IL-1β同时也可以由单核细胞生成，而IL-18可以由树突细胞和上皮细胞分泌。

研究表明，IL-1β可在组织受到感染和损伤之后在体内发挥促炎作用并诱发细胞焦亡：组织受到感染或损伤后，IL-1β前体被诱导转录，同时在与其相关联的NACHT结构域的诱导下，与Caspase-1发生寡聚化并促进Caspase-1的激活；激活的Caspase-1剪切IL-1β前体，使其转变为成熟的IL-1β，最终被分泌到细胞外，与相应受体结合，促进了白细胞募集、释放炎性介质，导致炎性反应发生，进而诱发细胞焦亡[28]。IL-1β的生成受到两个步骤的严格管控：核因子κB介导的非分泌型IL-1β前体的转录诱导，以及炎性小体介导的IL-1β前体裂解为分泌型的IL-1β。其中，核因子κB通路可活化IL-1β，进而招募大量的肿瘤相关性中性粒细胞，这些中性粒细胞可以抑制细胞焦亡，最终抑制鼻咽癌的发展[6]。Cai等[30]研究发现，鼻咽癌细胞中表达的EB病毒潜伏膜蛋白1(latent membrane protein 1,LMP1)与炎症相关基因的表达及抗原提呈有关。LMP1与细胞外信号因子配合发挥作用，激活细胞的糖酵解过程，糖酵解生成的丙酮酸可活化pro-Caspase、IL-1β前体和NLRP3炎症小体，启动细胞焦亡；同时，丙酮酸可以激活核因子κB信号通路和骨髓来源的抑制性细胞，起到抑制肿瘤细胞发生的作用，并可下调细胞抗肿瘤的免疫应答[31]，但其主效应还有待进一步研究。

IL-18是在脂多糖导致休克的小鼠肝脏中提取出的一种多肽，能够诱导γ干扰素的产生[31]，其作为促炎因子诱发的炎症反应在细胞焦亡的经典途径发挥重要作用。Liou等[32]对50例鼻咽癌标本进行分析，发现鼻咽癌微环境中IL-18水平明显高于正常组织；还有研究表明，IL-18在鼻咽癌的发生中起到了重要作用[22]。但IL-18参与的细胞焦亡在鼻咽癌发病中的作用有待进一步研究。

4 中医药干预细胞焦亡在鼻咽癌中的应用价值

中国传流医学并没有鼻咽癌的病名，但根据鼻咽癌的症状，可以发现现代鼻咽癌与《外科正宗》之言“失荣”、《医宗金鉴·外科心法要诀》之言“石疽”、《诸病源候论·卷五十》之言“恶核”近似[33]。有学者认为，鼻咽癌的主要病机为“气虚染毒”，可能是人体鼻咽癌上皮细胞某些缺陷提高了局部甚至全身相关细胞对致癌因素的易感性[34]。有研究表明，中药及其有效成分或者是一些组方对细胞焦亡参与的疾病有着明确的调控作用，例如三草降压汤(由夏枯草、龙胆草、益母草三草以及芍药甘草组成)可以通过调节核因子κB/NLRP3/IL-1β信号通路抑制细胞焦亡[35]，灯盏乙素可以抑制细胞内Caspase-11的活化和消皮素d N端的生成，抑制细胞焦亡的发生[36]。Jiang等[37]研究发现，从紫云英提取出来的干酪素可以抑制酪蛋白诱导的鼻咽癌5-8F细胞Caspase-1炎症小体的形成和炎性细胞因子的释放，最终达到抗鼻咽癌的作用，而Caspase-1炎症小体和炎性细胞因子与细胞焦亡密切相关。因此，通过中医药干预细胞焦亡或对鼻咽癌的治疗具有潜在的应用价值。

5 结 语

综上所述，细胞焦亡是主要由炎性Caspase介导的一种细胞程序性死亡。NLRP3炎症小体可以激活Caspase-1，而Caspase-1则会使pro-IL-1β及pro-IL-18形成成熟的IL-1β及IL-18并引发细胞炎症；同时，Caspase-1切割下游因子消皮素D，这些行为会在细胞膜上形成活性孔隙，导致细胞焦亡发生。鼻咽癌的发生、发展与炎症反应密切相关，故炎症小体/因子所引起的细胞焦亡可能在鼻咽癌中发挥重要作用。多种中药成分以及组方对细胞焦亡具有调控作用，随着研究的深入，中医药调控细胞焦亡或将用于鼻咽癌的防治。