细胞焦亡在妇科恶性肿瘤中的研究进展

廖文欣，李洋,申复进

妇科恶性肿瘤是妇女癌症相关死亡的重要原因，严重威胁着全球女性健康[1]。虽然在妇科恶性肿瘤治疗领域不断有新的治疗策略应用于临床，但主要仍是以手术联合放化疗为主的综合治疗，免疫治疗及靶向治疗效果虽然较好，但获益人群相对有限。因此探索不同细胞死亡途径，靶向抑制肿瘤细胞是治疗恶性肿瘤的研究方向[2]。大量研究表明，细胞焦亡在肺癌[3]、乳腺癌[4]、肝癌[5]等恶性肿瘤的发展或转归中具有重要作用，而在妇科恶性肿瘤中，细胞焦亡参与肿瘤的进展或治疗也被越来越多的研究证实，这些发现为治疗妇科恶性肿瘤提供了新思路。

1 细胞焦亡概述

细胞焦亡现象在1992年首次被观察到，直到2001年才确定用“焦亡”来描述这一促炎性程序性细胞死亡[6]。细胞焦亡是由gasdermis家族蛋白(GSDMs)介导的细胞程序性死亡，当机体受到侵入性病原体、化疗药物、毒素等攻击时，GSDMs被caspase家族的蛋白水解酶裂解激活，释放出一个N末端片段，该片段可以在膜中组装以形成GSDM孔，该孔破坏了细胞膜的完整性，使细胞内炎症介质IL-1β和IL-18等内容物流出，触发炎性反应[7-8]。此时细胞形态也迅速发生明显的变化，焦亡细胞膜形成大的气球状结构，细胞核基本保持完整，焦亡的细胞由于质膜渗漏而导致细胞变平，然而随着水分子通过孔隙进入细胞内，使细胞肿胀、渗透裂解[8-9]。

2 细胞焦亡的分子机制

2.1 细胞焦亡相关分子

细胞焦亡过程中，GSDMs是成孔的关键性物质，GSDMs在正常细胞中调节细胞的增殖和分化[10]，其有6个同源基因编码的蛋白家族：GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME(DFNA5)和DFNB59(Pejvakin,PJVK)[7]。除Pejvakin外，GSDMs蛋白均由N端成孔域(pore-forming domain,PFD)和C端阻遏域(repressor domain,RD)两个结构域组成，二者由可变接头分隔。正常情况下，C端RD可以与N端PFD结合抑制N端PFD的成孔活性[8,11]。Caspase是半胱天冬酶家族相关的蛋白水解酶，包括caspase-1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12/14家族成员，其参与肿瘤发生、炎症反应、自身免疫等过程[12]，caspase-1介导细胞焦亡的经典途径，而最近的研究表明，caspase-3/4/5/6/8/9/11蛋白也会引起不同途径的细胞焦亡[8]。此外，在经典的细胞焦亡途径还有炎症小体参与，炎症小体是多蛋白复合物，包括NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2、pyrin，它们的模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)可以识别病原体相关分子模式、危险相关分子模式使PRRs被激活，导致炎症和细胞焦亡[13-14]。

2.2 经典的细胞焦亡途径

经典的细胞焦亡途径主要由炎症体复合物诱导，当机体受到损伤时，炎性小体可以感知致病信号的刺激，激活的PRRs结合适配器凋亡相关点样蛋白(ASC)和pro-caspase-1形成炎症体复合物，炎症体复合体激活caspase-1使其切割GSDMD，使GSDMD的N端PFD释放，在膜中寡聚形成孔触发细胞焦亡。同时，激活的caspase-1切割并激活pro-IL-18和pro-IL-1β，最终出现细胞质肿胀、膜破裂和炎症因子IL-18和IL-1β释放到细胞外环境等特征性形态变化，直接放大全身免疫反应[13-15]。

2.3 非经典的细胞焦亡途径

在非经典的细胞焦亡途径中，人caspase-4/5和小鼠caspase-11可以通过直接与细胞内脂多糖(LPS)结合而被激活，使GSDMD释放N端PFD触发细胞焦亡，caspase-4/5/11不能切割pro-IL-1β和pro-IL-18，但是它们可以通过NLRP3/caspase-1通路介导IL-1β和IL-18的成熟和分泌[7,13,15]。

2.4 其他细胞焦亡途径

除上述经典和非经典的细胞焦亡途径外，还存在其它Gasdermins蛋白激活途径。化疗药物诱导后，caspase-3可以切割GSDME诱导肿瘤细胞焦亡[16]。Caspase-8也可特异性裂解GSDMC，在细胞膜上成孔诱导细胞焦亡[17]。还有研究报道，存在不依赖于caspase激活的颗粒酶介导的细胞焦亡途径[8]。

3 细胞焦亡参与肿瘤的发生

随着对细胞焦亡的深入研究，在不同的肿瘤类型当中，细胞焦亡促进或者抑制肿瘤的增殖、侵袭或转移。在食管鳞状细胞癌中，光动力疗法可通过抑制丙酮酸激酶M2活性，使caspase-8和caspase-3激活，二者裂解释放GSDME的N端PFD，触发食管鳞状细胞癌的细胞焦亡，为光动力疗法在食管鳞状细胞癌治疗中的临床应用提供理论依据[18]。在肝细胞癌中，长链非编码RNA SNHG7通过抑制miR-34a而增强SIRT1在肝细胞癌中的表达，SIRT1抑制NLRP3炎症小体诱导的caspase-1裂解和IL-1β释放，从而抑制肝癌细胞的细胞焦亡，因此SNHG7可能通过抑制肝癌中的焦亡而发挥致癌作用[5]。在炎症性肠病中，GSDME介导的细胞焦亡触发持续性慢性炎症，使细胞内释放HMGB1增加促进结直肠癌的发展，抑制GSDME介导的细胞焦亡可能是未来治疗结直肠癌的新策略[19]。基于细胞焦亡在恶性肿瘤中的上述研究，在妇科恶性肿瘤中，我们也应越来越重视细胞焦亡的重要作用，积极探索妇科肿瘤治疗的焦亡作用新靶点。

4 细胞焦亡与妇科恶性肿瘤

4.1 卵巢癌与细胞焦亡

我国2020年卵巢癌新增病例约55 000例，死亡约38 000例，致死率居女性生殖系统肿瘤首位，卵巢癌具有早期不易发现、复发率高、5年存活率低的特点[20-21]。因此细胞焦亡介导的肿瘤机制及靶向治疗思路，是我们不容忽视的一个热点，这对于卵巢癌的治疗具有重要意义。

4.1.1 lncRNA参与卵巢癌的细胞焦亡 长链非编码RNA(lncRNA)调控多种癌症的增殖过程。最近研究发现，lncRNA HOTTIP是卵巢癌的不良预后标志物，其表达水平升高与卵巢癌患者的FIGO分期和淋巴结转移相关[22]。Tan C等[23]通过体外实验发现，HOTTIP在卵巢癌组织和细胞系中高表达，沉默HOTTIP显著增加了IL-18、IL-1β、NLRP1和caspase-1的表达水平，这表明HOTTIP在体外可能抑制细胞焦亡促进细胞增殖。他们进一步研究证实，HOTTIP通过负调节miR-148a-3p，靶向促进AKT2表达，进而抑制ASK1/JNK(ASK1/JNK是与细胞焦亡相关的信号通路)信号传导，使NLRP1炎症体复合物形成受阻，细胞焦亡介导的肿瘤抑制途径受抑制，因此lncRNA HOTTIP通过抑制细胞焦亡途径促进卵巢癌细胞增殖[23]。Li J等[24]也通过体内外实验证明，lncRNA GAS5在卵巢癌组织中显著低表达，在正常组织中lncRNA GAS5高表达时诱导了ASC、caspase-1和IL-1β的时间依赖性激活，使炎症体复合物形成,激活细胞焦亡，抑制肿瘤的发生，因此当lncRNA GAS5表达降低时可能通过抑制细胞焦亡促进肿瘤增殖过程。由此可知，在上述卵巢癌细胞焦亡的经典途径中，lncRNA HOTTIP高表达抑制细胞焦亡促进肿瘤发生，lncRNA GAS5高表达促进细胞焦亡抑制肿瘤发生，lncRNA介导的细胞焦亡在癌症发生过程中是把双刃剑，作为有希望诊断和治疗卵巢癌的潜在靶点，准确检测和正确调控卵巢癌中lncRNA的表达量是利用细胞焦亡治疗卵巢癌的关键，这为卵巢癌治疗提供了新思路。

4.1.2 药物成分参与卵巢癌细胞焦亡 研究表明，多种药物如二甲双胍[25]，化疗药物顺铂和紫杉醇[26]，靶向药物PD-1[25]等参与肿瘤细胞的细胞焦亡。在卵巢癌中，Liang J等[27]研究发现，蛇床子素可以抑制卵巢癌细胞增殖，用蛇床子素处理A2780和OVCAR3两个卵巢癌细胞系，C-GSDME(带有C端的GSDME)在这两个细胞系中均增加，表明蛇床子素可以触发卵巢癌细胞中GSDME依赖性细胞焦亡，从而抑制肿瘤增殖。Zhang R等[28]发现，川陈皮素具有抗卵巢癌活性，川陈皮素通过降低线粒体膜电位，诱导活性氧生成，从而引起GSDMD/GSDME介导的卵巢癌细胞的焦亡，同时川陈皮素也可通过诱导细胞自噬使人卵巢癌细胞发生细胞焦亡，从而发挥抗癌作用。卵巢癌化疗耐药是患者重要死亡原因，Qiao L等[29]发现α-NETA作为一种潜在的新型抗肿瘤剂，可以诱导GSDMD/caspase-4介导的细胞焦亡抑制卵巢癌上皮细胞增殖，小鼠体内给与α-NETA也明显抑制肿瘤生长，因此以诱导焦亡为基础的α-NETA药物可能是未来卵巢癌化疗耐药患者替代治疗的新选择。然而，Beesetti SL等[30]也证实了穿心莲内酯作为天然抗癌药物成分，并未通过诱导caspase-1介导的细胞焦亡发挥抗卵巢癌作用。综合上述研究表明，药物成分可以诱导卵巢癌细胞焦亡，同时细胞焦亡与自噬等其他程序性死亡也密切相关，未来研究可从其他程序性死亡路径入手探索焦亡新机制，也可以化疗耐药、靶向药物等为切入点，为老药新用、新药开发提供新的临床思路，进一步探索肿瘤治疗新策略。

4.1.3 生物信息学分析与卵巢癌细胞焦亡 生物信息学分析是肿瘤数据挖掘的另一热点方向。Berkel C等[31]利用生物信息学分析发现，在浆液性卵巢癌中，GSDMD和GSDMC高表达，GSDME和PJVK低表达，GSDMA表达水平没有明显变化。在上皮性卵巢癌中，GSDMB和GSDMD的表达差异有统计学意义，即在黏液性组织型中GSDMB高表达，在透明细胞和浆液性组织型中GSDMD高表达。同时他们还发现在TP53突变的浆液性卵巢癌患者中，GSDMD和GSDMC高表达降低了患者的无进展生存期(PFS)，导致该组织类型的患者死亡率升高。最近一项生物信息学分析表明，AIM2、PJVK、CASP3、CASP6、PLCG1、ELANE和GSDMA是卵巢癌焦亡相关的关键差异基因，上述基因在卵巢癌中具有不同的预后价值和免疫作用，可作为卵巢癌的生物标志物[32]。生物信息学分析有助于我们更好地了解不同类型的卵巢癌发生和进展中有哪些GSDMs参与细胞焦亡，这可能对卵巢癌的早期检测、准确靶向GSDMs进行治疗及疾病随访很有价值。同时利用生物信息学分析挖掘焦亡靶基因、预测焦亡相关调控分子、聚焦焦亡信号通路，从这些角度出发都可以探寻出卵巢癌焦亡新机制，对癌症治疗新方法的挖掘具有重要启发作用。

因此，从上面的研究中我们可以得知，细胞焦亡参与卵巢癌的发生发展被越来越多的证据证实，细胞焦亡在卵巢癌细胞增殖、预测癌症进展以及疾病随访方面都具有重要价值，靶向细胞焦亡可能是未来卵巢癌治疗的一个新的治疗方向。

4.2 宫颈癌与细胞焦亡

宫颈癌是全球女性第四大恶性肿瘤，居女性妇科恶性肿瘤首位，严重威胁着女性健康[33]。目前晚期转移性、复发性宫颈癌诊治效果较差，我们需要探寻一条宫颈癌治疗新路径。细胞焦亡参与癌症的发生发展已十分明确，探索细胞焦亡参与宫颈癌的发病机制，将是我们未来研究新方向。

4.2.1 细胞焦亡参与宫颈癌的发病机制 在卵巢癌细胞焦亡中，细胞焦亡的经典途径上文已阐述。在宫颈癌中，细胞焦亡的非经典途径被You L等[34-35]报道，HMGB1是一种DNA结合的核蛋白，与配体RAGE结合可以触发炎症反应。他们用LPS诱导宫颈上皮细胞后，HMGB1、RAGE和Ki-67表达增加，说明细胞的炎症反应和增殖能力增强。同时LPS诱导后焦亡相关蛋白NLRP3、caspase-4和GSDMD的表达也增加，说明LPS刺激了宫颈上皮细胞炎症性细胞焦亡。而使用RAGE抑制剂后则表现出相反的趋势。因此抑制HMGB1/RAGE轴可以减轻LPS诱导的炎症和细胞焦亡，使宫颈上皮细胞的恶性转化受到限制。人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)感染诱发慢性炎症促进宫颈癌的发生[36]。Song Y等[37]发现HPV癌蛋白E7免疫逃逸新机制，它通过抑制宫颈癌细胞中caspase-1的激活和GSDMD的切割，使IL-18和IL-1β产生减少，肿瘤细胞焦亡受抑制从而促进癌症发生。因此找到HPV诱导的宫颈癌细胞焦亡机制，阻断HPV诱导的慢性炎症性焦亡，可能是治疗HPV感染宫颈癌的新策略。

4.2.2 药物成分参与宫颈癌细胞焦亡 在宫颈癌中，也有研究证实药物成分参与宫颈癌的细胞焦亡。Tong W等[38]用丹参酮IIA处理HeLa细胞后，随着丹参酮IIA的浓度增加，焦亡细胞的百分比增加，且GSDMD、IL-18和IL-1β的表达也相应增加，说明丹参酮IIA以剂量依赖形式激活HeLa细胞焦亡。将抗miR-145质粒转染到HeLa细胞中后，抗miR-145质粒显著逆转了丹参酮IIA诱导的细胞焦亡水平。因此，丹参酮IIA可能通过调节miR-145/GSDMD信号通路来抑制HeLa细胞的细胞增殖，促进HeLa细胞的焦亡，成为治疗宫颈癌的候选药物。Chen J等[39]用化疗药物洛铂处理宫颈癌细胞系后，发现caspase-3激活、GSDME裂解，细胞焦亡率增加，揭示了洛铂诱导宫颈癌细胞死亡的焦亡新机制。

4.2.3 宫颈癌细胞焦亡新靶点 宫颈癌焦亡研究中，不断有新的预测靶点出现。SIRT1是一种NAD+依赖性酶，可以调控细胞的增殖、侵袭和迁移[40]。So D等[41]研究发现，SIRT1在HPV感染的宫颈癌中高表达，宫颈癌细胞的存活和生长必须依赖SIRT的表达，其可能机制是SIRT1通过破坏RelB mRNA来抑制NF-κB介导的AIM2表达，使HPV感染的宫颈癌细胞中不发生炎症小体AIM2介导的细胞焦亡，从而促进肿瘤细胞的生长。当SIRT1低表达时，宫颈癌细胞由于炎症体AIM2诱导的细胞焦亡而大量死亡。因此，敲低SIRT1促进细胞焦亡从而抑制肿瘤增殖是治疗宫颈癌的潜在靶点。研究表明，二甲双胍激活AMPK/SIRT1/NF-κB通路驱动caspase3/GSDME介导的癌细胞焦亡[42]。若我们继续探索SIRT1上下游分子机制，开发相关靶向药物，这可能在传统手术和放化疗治疗晚期复发性、转移性宫颈癌宫颈癌效果不佳时，成为治疗宫颈癌的一个新方向。同样，利用生物信息学分析，Zhou C等[43]从癌症基因图谱(The Cancer Gene Atlas，TCGA)筛选出GPX4、GSDME、GZMA、GZMB、IL1B、NOD1、PRKACA、TNF 8个有预后价值的宫颈癌焦亡相关基因，这些基因所构建的预后模型能很好地预测患者的生存状况和生存率，并且这些基因影响着肿瘤免疫微环境，免疫评分越高患者预后越好。

以上研究从焦亡机制、药物成分、分子信号通路靶点以及生物信息学分析入手，从不同角度反映了细胞焦亡途径参与宫颈癌的增殖过程。若能探索出宫颈癌细胞焦亡新路径并将其应用于临床，有可能提高宫颈癌患者的治疗效果和生存率。

4.3 子宫内膜癌与细胞焦亡

子宫内膜癌也是常见的妇科恶性肿瘤之一，居女性生殖道恶性肿瘤第二位[20]。大量研究表明，氢治疗作为一种新型抗肿瘤剂在多种癌症中发挥抗癌作用[44]。Yang Y等[45]研究证实，子宫内膜癌组织中高表达NLRP3、caspase-1、GSDMD等焦亡相关蛋白，因此子宫内膜癌患者确实处于炎症应激状态，体内存在细胞焦亡现象。氢治疗后在Ishikawa和HEC1A子宫内膜癌细胞系中NLRP3、ASC、pro-caspase-1、caspase-1和GSDMD过表达，用活性氧阻断剂后结果相反，这表明氢通过ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD途径介导子宫内膜癌细胞焦亡。在子宫内膜肿瘤的异种移植物中，氢治疗后上述焦亡相关蛋白也过表达，且移植物的体积和重量减轻，因此，氢治疗介导的细胞焦亡可能是治疗子宫内膜癌有前景的一种治疗方式。Zhang X等[46]从TCGA数据库中筛选出ELANE、GSDMD、GPX4和TIRAP 4个子宫内膜癌焦相关预后基因，GPX4和GSDMD在癌症高表达，TIRAP和ELANE则低表达，当它们低表达时患者具有较好的生存预后。Liang D等[47]也通过TCGA数据鉴定出9个子宫内膜癌细胞焦亡相关lncRNA(AC087491.1、AL353622.1、AL035530.2、LINC02036、AL021578.1、AL390195.2、AC009097.2、AC004585.1、AC244517.7)，它们可能预测子宫内膜癌预后，并成为免疫治疗的潜在标志物。由于细胞焦亡是近年来新的程序性死亡方式，其在子宫内膜癌中研究还相对较少，但是上述研究证实了焦亡参与子宫内膜癌的增殖过程，结合焦亡在卵巢癌、宫颈癌中的研究，从靶向药物、焦亡分子机制、焦亡靶点预测、生物信息分析等角度出发，还有很大空间值得我们探索。

5 总结与展望

细胞焦亡作为一种新的癌症相关死亡方式，在全身各个系统的癌症中均有研究。在妇科恶性肿瘤中，虽然有部分研究已经确定细胞焦亡参与卵巢癌、宫颈癌、子宫内膜癌的发生，但是研究相对较少且尚不深入，其参与妇科恶性肿瘤的机制有待进一步探讨。但可以明确的是，细胞焦亡这一死亡方式有助于我们进一步了解妇科恶性肿瘤的作用机制，以及焦亡途径下肿瘤细胞死亡的相互关系和作用网络，对我们深入了解妇科肿瘤的发生发展有新的指导意义，同时焦亡可以作为妇科恶性肿瘤研究的新方向，开发焦亡相关的靶向药物也将成为治疗妇科恶性肿瘤的新策略。