细胞死亡抑制药物及其在疾病治疗中的应用

孙东杰，雷连成,2，张付贤*

(1.长江大学动物科学学院，湖北荆州 434023；2.吉林大学动物医学学院，吉林长春 130062)

细胞死亡是生命现象不可逆停止及生命的结束，正常的组织中经常发生细胞死亡，是维持组织机能和形态所必须的[1]。细胞遭遇到异常的物理、化学及生物因素等各种因素也可导致细胞意外死亡或非典型性死亡。细胞非典型性死亡常伴有代谢性疾病、退行性疾病、组织纤维化以及自身免疫性疾病等多种疾病的发生，具有发病率高、发病机制复杂的特点，且无特异性治疗方法，针对细胞死亡机制的研究成为近年来的研究热点[2]。细胞死亡方式多样，通路机制繁杂，使得疾病治疗难度加大，在临床上急需阐明细胞死亡的机制及药物发挥作用的机理，为抗细胞死亡药物的研发和应用奠定基础。近些年来，随着科学工作者对细胞死亡研究的深入，不断有新的细胞死亡方式被发现[3-4]，也研发了一系列针对不同细胞死亡方式的抑制药物，并应用于与多种疾病相关的细胞死亡的临床治疗，具有良好的效果[5-6]。本文对细胞死亡方式、细胞死亡抑制药物的种类和作用机制以及细胞死亡抑制药物在临床治疗中的应用进行简要的概述，对细胞死亡抑制药物的研究和推广具有重要意义。

1 细胞死亡的方式

常见的细胞死亡方式通常分为凋亡、自噬、坏死、焦亡、铁死亡等。

1.1 细胞凋亡

细胞凋亡是细胞本身发生的程序性的主动死亡过程，属于非炎症性细胞死亡方式[1]，是细胞的一种生理性、主动性的“自觉自杀行为”，主要涉及一系列半胱氨酸天冬氨酸特异蛋白酶 (cysteine-dependent aspartate-specific proteases,Caspase)的水解、活化及信号传递过程。凋亡主要有细胞外和细胞内两种方式，细胞外主要是通过死亡受体途径，细胞内主要是通过内质网途径和线粒体途径诱导细胞发生凋亡。

1.2 自噬

自噬是维持细胞正常代谢所必需的生理过程[7]，其可以去除损伤的细胞器与蛋白质聚集体，过度自噬则可能会引起细胞器和细胞质蛋白的过度降解而促进细胞死亡[6]。自噬流的受阻或过度活化参与了包括代谢性疾病、退行性疾病、组织纤维化、自身免疫性疾病、肿瘤等多种疾病的发生[8]。

1.3 细胞坏死

细胞坏死是指在种种不利因素作用下，使得细胞的正常代谢活动受损或者中断而造成的细胞损伤和死亡，通常是由肿瘤坏死因子 (tumour necrosis factor,TNF)、白介素1(interleukin 1,IL-1)及Ⅰ型干扰素 (typeⅠinterferons,IFNs) 等调控，这些细胞因子不仅可以诱导细胞坏死，在一定条件下也可以诱导细胞凋亡，此外受体相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting protein kinase 1,RIPK1)、受体相互作用蛋白激酶3(receptor-interacting protein kinase 3,RIPK3)、磷酸化混合谱系激酶结构域样蛋白(mixed-lineage kinase domain-like protein,MLKL)在细胞坏死中也发挥重要作用[2]。通常机械性因素、理化因素、生物学因素、神经营养性疾病和免疫性疾病等在达到一定的时间或强度时均会造成细胞的坏死。

1.4 细胞焦亡

焦亡作为一种新的细胞死亡方式，近年来有研究表明膜穿孔蛋白(gasdermins,GSDM)家族是焦亡的直接执行者[4]，在病原微生物病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和非感染性刺激损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)作用下使炎性体中核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)样受体(NOD-like receptors,NLRs)或者黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)激活，并与特定区域的无活性的半胱氨酸蛋白酶1前体结合使其活化成半胱氨酸天冬氨酸特异蛋白酶-1(cysteine-dependent aspartate-specific proteases-1,caspase-1),而caspase-1能够裂解gasdermin D(GSDMD)和IL-1,GSDMD-N端能够插入细胞膜中形成细胞膜孔道，从而诱导焦亡的发生[9]。

1.5 铁死亡

铁死亡也是近年来发现的一种新型的细胞死亡方式，是指铁离子依赖性非凋亡性细胞过度氧化坏死，其发生主要是由于铁离子沉积引发膜脂质过氧化反应及过度氧化应激，进一步导致选择透过性损坏质膜，最终形成细胞死亡[3]。

2 细胞死亡抑制药物的种类及作用机制

细胞死亡信号的抑制或上调均可影响疾病的发生与发展，随着近些年研究的深入，研究人员发现了一系列不同种类的抑制细胞死亡药物，如中药、小分子抑制剂、化学合成药物等，药物通过不同的作用机制阻止与多种疾病相关的细胞死亡，为疾病的治疗提供潜在的靶点及指导。

2.1 中药

近年来研究发现，复方中药及单体在抗细胞死亡等方面发挥一定的保护作用。如参葵通脉颗粒可降低心脏组织中白细胞介素1β (interleukin-1β,IL-1β)、caspase-1蛋白水平，调控心肌细胞的焦亡，发挥治病作用[10]。京尼平苷通过激活腺苷酸激活蛋白激酶α抑制心肌活性氧的积累，阻断NOD样受体家族3(NOD-like receptor 3,NLR3)炎症小体介导的细胞焦亡[11]；白芍总苷化合物可有效的改善缺血再灌注模型中的心脏功能，减少心脏梗死面积[12]；阿胶作为一味传统中药，在氧化应激压力下，对RAW264.7细胞具有抗凋亡作用[5]。

2.2 小分子抑制剂

RIPK1、RIPK3、MLKL是肝脏细胞坏死的几个关键因子，近年来在抗细胞死亡的研究中发现了一些通过抑制RIPK1、RIPK3、MLKL的作用而发挥抗细胞死亡的抑制剂。坏死性凋亡抑制剂坏死抑素-1(necrostatin-1,Nec-1)作为RIPK1抑制剂，通过与RIPK1结合来抑制RIPK1与RIPK3结合，从而抑制死亡小体形成，进而发挥抑制细胞死亡的作用[13]；GSK840、GSK843、GSK872是3种RIPK3的抑制剂[14]，通过竞争性的与RIPK3受体结合抑制RIPK3的作用，进而发挥抑制细胞坏死的作用；GW806742X是MLKL的抑制剂，通过抑制MLKL的假激酶结合位点，进而抑制RIPK1与RIPK3的结合发挥抗细胞死亡的作用[15]。

非吞噬细胞氧化酶Nox2和Nox4作为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(triphosphopyridine nucleotide,NADPH)氧化酶的成员，参与了缺血/再灌注(I/R)引起的脑损伤；Wang J J等[16]通过用Nox2的抑制剂gp91ds-tat(Anaspec.63855)、Nox4的抑制剂GKT137831(MedChem Express.HY-12298) 处理大鼠，研究发现gp91ds-tat和GKT137831有效抑制了I/R诱导的活性氧(reactive oxygen species,ROS) 水平升高，明显减轻了血脑屏障的损伤。

胆碱酯酶抑制剂利斯的明可提高脑内乙酰胆碱，保护阿尔茨海默病患者的内皮细胞[17]。蛋白水解酶抑制剂Z-Asp-cmk在缺血再灌注损伤治疗中降低血清转氨酶的含量及半胱氨酸天冬氨酸特异蛋白酶-3等凋亡相关蛋白表达量[13]；肿瘤抑制因子p53和亲环素D复合物p53-PPIF的小分子抑制剂T4-79、T6-26、A3-49、A3-66均能显著提高HK-2细胞在过氧化氢诱导下的细胞活力[18]。

铁中毒是一种依赖于铁的程序性细胞死亡，不同于其他形式的细胞死亡，许多的神经退行性疾病都与铁中毒有关。Chu J等[19]在谷氨酸诱导的神经毒性中发现，铁中毒抑制剂ferrostatin-1处理减少了HT-22细胞乳酸脱氢酶的释放和线粒体超微结构损伤，降低活性氧和丙二醛水平，增强了超氧化物歧化酶的活性，显著降低谷氨酸盐对HT-22细胞的影响，提高细胞的存活率。

Hu J J等[20]确定了FDA批准的双硫仑可阻断GSDMD孔的形成来抑制焦亡的发生，作为GSDMD的孔隙形成抑制剂，双硫仑可阻断细胞内细胞因子和脂多糖诱导的脓毒性死亡，纳摩尔浓度下，阻止孔的形成，防止IL-1β释放，为重新利用这种安全药物来对抗炎症提供了新的治疗适应症。

2.3 天然肽激素

Serelaxin，人类内源性松弛素 (relaxin,RLX)-2的重组形式，是一种天然肽激素，可以显著改善临床急性衰竭的症状，防止心力衰竭恶化。Diez J[21]通过现有研究数据发现，Serelaxin的临床作用可能归因于其多种作用的潜在组合，如改善心脏、肾脏等的血流动力学，通过抗炎、抗细胞死亡等作用，使细胞与器官免受损害。

2.4 化学合成药物

奥拉西坦可改善因自身自发性疾病或外伤所导致的记忆力衰退患者的学习功能和记忆，临床上主要适用于老年痴呆、轻中度血管性痴呆及脑外伤等引起的记忆与智能障碍的治疗。在脑创伤的保护作用试验中，奥拉西坦治疗组小鼠的脑水肿减轻、细胞膜皱缩减轻，细胞形态逐渐恢复，对创伤小鼠发挥了脑保护作用[22]。在抑制细胞死亡作用的研究中发现，经梯度给药后，氯喹对H5N1病毒感染A549细胞导致的细胞死亡具有非常显著的挽救效果[23]。

3 细胞死亡抑制药物在疾病治疗中的应用

3.1 细胞死亡抑制药物与阿尔兹海默病

近年来，研究发现神经退行性疾病在发生过程中往往伴随着大量的相关细胞的死亡，因而细胞死亡抑制药物的研发是预防与治疗该类疾病的重要解决方法。Lecca D等[24]在评估phenserine tartrate(Phen T)介导减轻创伤性脑损伤诱导的认知障碍的研究中发现，Phen T治疗组小鼠的海马CA1区以及大脑皮层中退化细胞数均减少，且5 mg/kg剂量的Phen T处理后，退化细胞数减少最为明显，证明了Phen T的抗凋亡潜能；曲唑酮 (trazodone,TRZ) 作为一种选择性血清素再摄取抑制剂，具有抗抑郁和镇静作用。Akbari V等[25]研究发现TRZ不仅能影响微观相关蛋白Tau蛋白原纤维的形成，而且能减弱SH-SY5Y细胞系中Tau蛋白的低聚化，使细胞存活率提高。同时，TRZ也降低了Tau聚集物的破膜活性，显示出治疗阿尔兹海默病的巨大潜力。

3.2 细胞死亡抑制药物与糖尿病

糖尿病是最常见的慢性疾病，表现的临床综合征主要是紊乱的水代谢、紊乱的电解质、蛋白质代谢以及紊乱的糖脂代谢等，导致较高的致死率和致残率[26]。高雨桐等[27]研究杨桃根活性成分2-十二烷基-6-甲氧基-2,5-二烯-1,4-环己二酮(2-dodecyl-6-methoxycyclohexa-2,5-diene-1,4-dione,DMDD)对高糖诱导H9c2心肌细胞损伤的改善作用及机制发现，高糖组细胞存活率、谷胱甘肽过氧化物酶活性、B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl)蛋白表达水平均显著降低，表现出明显的凋亡状态，而DMDD处理组以上细胞指标活性及水平均显著逆转，细胞形态较完整，表明DMDD可改善高糖诱导的心肌细胞损伤。

3.3 细胞死亡抑制药物与脑损伤

程伟能[28]研究发现，栝楼桂枝汤可明显减小缺血脑组织梗死体积，改善缺血侧皮层神经细胞的病理状态，促进脑缺血损伤后神经和运动功能的恢复，对脑缺血再灌注损伤具有较好的治疗作用；秦荣等[29]研究发现，大鼠在创伤性脑损伤后出现不同程度的认知功能障碍时，通过褪黑素治疗可降低海马组织中IL-1β、TNF-α、IL-6等炎性因子的表达，改善创伤性脑损伤后认知功能损伤。林巍等[30]研究发现，玉米肽能不同程度的减少细胞中活性氧含量和下调促炎因子水平，进而减轻酒精对小鼠脑组织的损伤作用。

3.4 细胞死亡抑制药物与视网膜变性

在东亚，槭属(槭树科)中的多种植物常被用作治疗肝病、外伤性出血等各种疾病的中草药。Kim K Y等[31]研究鸡爪槭的乙醇提取物KIOM-2015E时发现，其通过调节视网膜外核层的蛋白表达和厚度来防止N-乙基-N-亚硝基脲(N-ethyl-N-nitrosourea,ENU)诱导的视网膜变性，改善视网膜的功能。

3.5 细胞死亡抑制药物与心血管疾病

心血管疾病是慢性肾脏疾病患者死亡的主要原因，主动脉平滑肌细胞凋亡可促进心血管疾病的发生。Liu Y J等[32]在用甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)刺激人主动脉平滑肌细胞的试验中发现，PTH可以下调成肌细胞去乙酰化酶1(sirtuin1,SIRT1)和Bcl-2的表达，诱导细胞凋亡，而白藜芦醇作为一种SIRT1激动剂，抑制了PTH诱导的细胞凋亡并且恢复了Bcl-2的表达。Guo G L等[33]研究发现，槲皮素通过抑制MicroRNA-199a(miR-199a)的表达来恢复SIRT1水平、加强腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)的磷酸化来减轻缺氧引起的细胞损伤和凋亡。Liu B等[34]发现在异丙肾上腺素(isoprenaline,ISO)处理的类铁质性H9c2细胞模型中，葛根素抑制了H9c2细胞在ISO孵育下铁超载和脂质过氧化的增加，在抑制心力衰竭时心肌细胞损失方面发挥了作用，提示了葛根素在治疗心力衰竭的潜在新机制。缺血/再灌注损伤在很大程度上是通过打开线粒体通透性转变孔(permeability transition pore,PTP)介导的，Antonucci S等[35]研究出不针对亲环素D(cyclophilin D,CyPD)的PTP小分子抑制剂63和TR002，发现这两种化合物均表现出对分离线粒体中PTP开放的剂量依赖性抑制，阻止了新生大鼠心室肌细胞中Ca2+超载和活性氧诱导的PTP开放和线粒体去极化。进一步研究发现，这两种化合物在亚微摩尔浓度下都可以阻止心室肌细胞中缺氧/复氧损伤引起的细胞死亡、收缩功能障碍和心肌紊乱，提示化合物63和TR002是一种新型的心脏保护剂。

3.6 细胞死亡抑制药物与肝损伤

褪黑素是松果体产生的一种高效的抗氧化物质，在对乙酰氨基酚诱导肝细胞死亡的研究中发现，褪黑素明显降低了人肝细胞株HepaRG细胞的脂质过氧化物水平，对乙酰氨基酚诱导的肝细胞铁死亡具有显著抑制作用。此外，褪黑素还通过激活肝脏核转录因子E2相关因子2(NF-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)、还原型的醌氧化还原酶1(NAD(P)H quinone oxidoreductase,NQO1)和血红素氧合酶1(heme oxygenase-1,HO-1) 通路抑制对乙酰氨基酚导致肝脏氧化应激引发的铁死亡，进一步缓解肝损伤[36]。

3.7 细胞死亡抑制药物与肺气肿

通常缺氧诱导的肺细胞死亡及血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)与缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)和信号通路的损伤被认为是肺气肿肺泡结构破坏和丢失的病理生物学机制。Truong T M等[37]研究咖啡酸硫酸脱氢聚合物CDSO3对肺气肿抗细胞死亡活性和治疗干预试验时发现，CDSO3处理后凋亡性肺气肿大鼠模型对运动耐力障碍、空气空间扩大和氧化性肺损伤产生了61%～77%的干预作用，凋亡标记物归一化，HIF-1和VEGF表达也升高。

4 结语

随着对细胞死亡认识的加深，发现机体中存在着多种反应机制及调节因子诱导细胞的死亡，进而参与机体的发病和免疫等过程，而细胞死亡方式及作用机制的研究可以为细胞死亡抑制药物的研发提供精确的切入点。近年来虽然对细胞死亡机制的研究比较多，但是目前细胞死亡在一些疾病(如脑缺血、糖尿病以及神经性疾病等)中的调节机制还有许多不明确的地方，需要更深一步的研究和阐明；同时细胞死亡抑制药物在应用过程中仍存在临床效果不明显、作用机制不清楚及治疗周期长等缺陷，在一定程度上限制了其在临床上的应用和推广[38]。虽然目前细胞死亡抑制药物具有一定的不足，但其在特定疾病的治疗中展现出一定的成效，具有广阔的发展前景。随着细胞死亡机制研究的深入和越来越多细胞死亡抑制药物作用机理的发掘，将会有更多高效、特异强的细胞死亡抑制药物应用于临床，为疾病的治疗和提高人类健康生活水平做出贡献。