细胞焦亡和炎性小体在妊娠相关疾病中的研究进展

2022-12-17张小蕾邓东锐

现代妇产科进展 2022年10期

张小蕾，邓东锐

(华中科技大学同济医学院附属同济医院妇产科，武汉 430030)

妊娠对母体来说是一种免疫炎症平衡挑战，胎儿和胎盘作为一种半异体移植物，同时表达母系和父系抗原，故炎症反应贯穿整个妊娠过程，包括胚胎着床、胎儿生长发育、妊娠维持和分娩启动等[1]。母胎免疫耐受与炎症的平衡是成功妊娠的关键，当平衡被打破则可能导致妊娠相关疾病的发生。

细胞焦亡(pyroptosis)，又称细胞炎性坏死，是一种依赖Gasdermin(GSDM)蛋白家族的细胞程序性死亡。其参与调节宿主病原体防御和免疫炎症中枢过程，在维持机体免疫炎症平衡中至关重要。与细胞凋亡等其他细胞死亡方式相比，细胞焦亡发生速度更快，特征为膜孔形成，细胞迅速肿胀增大直至细胞裂解、释放大量促炎因子进而激活强烈的炎症反应[2]。炎性小体是一种胞质多聚蛋白复合物，激活后可介导包括GSDM家族在内的多种炎性蛋白裂解，与细胞焦亡密切相关[3]。本文就细胞焦亡和炎性小体在妊娠生理和妊娠疾病中的研究进展进行综述。

1 细胞焦亡和炎性小体的分子机制

细胞焦亡信号通路分为经典途径和非经典途径[2,4]。在经典途径中，细胞模式受体(pattern recognition receptors，PRRs)识别病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和危险相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)激活下游通路，炎性小体在细胞质中开始组装。炎性小体由受体蛋白、接头分子和效应分子三部分构成，受体蛋白主要有核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)样受体1(NOD-like receptors protein 1，NLRP1)、NOD样受体3(NOD-like receptors protein 3，NLRP3)、NOD样受体4(NLR family CARD domain-containing protein 4,NLRC4)、黑色素瘤2缺失蛋白(absent in melanoma 2,AIM2)以及Pyrin；接头蛋白为凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein contain a CARD,ASC)；效应分子为半胱氨酸蛋白酶1前体蛋白(procaspase-1)[3-4]。炎性小体的组装完成最终使procaspase-1裂解为具有催化活性的半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)，并切割Gasdermin D(GSDMD)蛋白释放其N端结构域(GSDMD-N)以诱导细胞膜穿孔，释放细胞内容物；同时，活化的caspase-1切割白细胞介素-1β(IL-1β)和IL-18前体，形成具有活性的IL-1β和IL-18并释放至胞外，招募炎性细胞聚集并诱导细胞焦亡，促进炎症发生。

不同于依赖caspase-1的细胞焦亡经典途径，非经典途径是由半胱氨酸蛋白酶-4/-5/-11(caspase-4/-5/-11)介导。进入胞质的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)与人caspase-4/-5(小鼠capasse-11)结合，GSDMD被切割并释放N端结构域，一方面诱导细胞穿孔释放内容物；另一方面可诱导NLRP3激活，促进GSDMD切割及释放具有活性的IL-1β和IL-18[2]。

2 细胞焦亡、炎性小体与妊娠生理

体外研究显示，LPS刺激可诱导妊娠早期的滋养细胞、蜕膜间质细胞和内膜细胞NLRP1、NLRP3、NLRC4、caspase-1和IL-1β表达[5]。NOD样受体7(NOD-like receptors protein 7,NLRP7)可通过调控滋养细胞的增殖、迁移、侵袭参与胎盘形成[6]。与足月妊娠未启动孕妇比较，足月分娩启动者的羊水、胎盘、胎膜及子宫肌层中NLRP3、caspase-1和炎性因子表达均增强[7]。另一项研究也显示，足月分娩启动孕妇胎膜中NLRP7炎性小体和唾液支原体较对照组增加。值得注意的是，在予唾液支原体源性配体成纤维细胞刺激脂肽-1(fibroblast-stimulating lipopeptide-1,FSL-1)进一步诱导人原代羊膜上皮细胞后，NLRP7炎性小体激活、GSDMD介导细胞膜孔形成及细胞焦亡发生[8]。以上研究提示，炎性小体激活和其介导的细胞焦亡可能不仅参与妊娠期母胎界面的免疫防御，还在胎盘形成、分娩启动等妊娠生理过程中扮演重要角色。

3 细胞焦亡、炎性小体与妊娠相关疾病

3.1 复发性流产复发性流产(recurrent spontaneous abortion,RSA)是指妊娠28周前发生3次或3次以上的胎儿丢失，目前病因尚不明确，母胎之间的免疫炎症失衡是RSA可能发病机制之一[9]。Zhu等[10]选取75例RSA和75例早期终止妊娠者的蜕膜进行研究，结果发现，RSA组的高移动性区域框1(high mobility area box 1,HMGB1)及其受体晚期糖基化终末产物受体(the receptor for advanced glycation end-products,RAGE)、Toll样受体2(toll-like receptor 2,TLR2)、Toll样受体4(toll-like receptor 4,TLR4)、NLRP3、caspase-1、GSDMD和NF-κB明显升高；在RSA小鼠模型中观察到同样结果，并进一步予阿司匹林处理后，HMGB1、RAGE、TLR2、TLR4及NLRP3炎性小体成分表达降低。这证实了NLRP3炎性小体参与RSA发生的可能机制，并为阿司匹林在RSA中的应用提供了理论支持。

研究发现，RSA孕妇组子宫内膜中NLRP3炎性小体成分较对照组明显升高[11-12]。Tersigni等利用酶联免疫吸附试验检测外周血中LPS水平，51Cr-EDTA方法检测肠通透性，结果发现RSA女性外周血LPS水平和肠通透性增高。该研究团队提出假说,即RSA女性肠通透性增加可能激活外周循环免疫，从而激活子宫内膜中炎性小体参与的固有免疫反应导致RSA发生[12]。Lu等[13]发现，RSA孕妇组较正常妊娠组的外周血中NLRP3升高，且与CD4+IL-17A+的mRNA表达呈正相关，而与CD4+CD25+Treg的mRNA呈负相关，这提示NLRP3可能通过影响Treg/Th17平衡参与RSA发生。综上，细胞焦亡和炎性小体可能通过多种方式参与RSA的发生发展，进一步探究其具体分子机制，将有望为防治不明原因RSA提供新策略。

3.2 早产早产是指妊娠不足37周分娩，发病率约12%，是导致新生儿死亡的主要原因。早产分娩启动的发病机制复杂，母胎界面炎症反应是诱发分娩启动的重要原因[14]。2008年Gotsch等[15]首次发现，细胞焦亡和分娩启动之间的联系。在该项研究中，足月分娩启动孕妇羊水中caspase-1水平高于足月分娩未启动者；而合并宫内感染的自发性早产孕妇羊水中caspase-1水平较未合并感染的自发性早产组和足月孕妇组均明显升高。另一项研究将自发性早产分娩启动孕妇根据是否合并急性绒毛膜炎分为两组，结果显示，合并急性绒毛膜炎者(37例)较无绒毛膜炎者(33例)绒毛膜组织中的多种炎性小体(NLRP1、NLRP3、NLRC4、NOD2)及caspase-4被激活[16]。Zhu等[17]也证实，NLRP1、NLRP3、AIM2和NLRC4炎性小体mRNA及蛋白水平在足月/未足月胎膜早破孕妇胎膜及胎盘中均明显增加，且与胎膜早破重要发病因素之一的含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶-4(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 4,ADAMTS4)水平呈正相关。此外，NLRP6与caspase-1在合并绒毛膜炎的未足月胎膜早破孕妇血清和胎膜中升高[18]，这可能与病原体入侵诱导炎症反应发生胎膜早破有关。以上结果提示，细胞焦亡经典途径和非经典途径可能均参与早产发生。

在LPS诱导羊膜腔感染的小鼠自发性早产模型研究中，早产组胎膜和底蜕膜NLRP3炎性小体较对照组明显增加，而进一步予NLRP3抑制剂MCC950处理早产组，发现早产率降低,胎鼠结局得到改善[19]。另一项体内外联合实验发现，TANK结合激酶1(TANK-binding kinase 1,TBK1)抑制剂氨来占诺可通过调节哺乳动物雷帕霉素复合物靶点1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)信号通路抑制NLRP3炎性小体激活，从而改善炎性妊娠合并症[20]。多不饱和脂肪酸亦被证实可通过下调NLRP1、AIM2炎性小体抑制早产分娩启动[21]。以上研究为炎性小体参与早产发生提供了支持依据，抑制炎性小体激活或许是未来研究早产防治的新方向。

3.3 子痫前期子痫前期是累及多器官的妊娠特发性疾病，发病率约3%～5%，严重威胁母婴健康[22]。局部氧供和(或)营养物质不足可诱导滋养细胞死亡，导致内皮激活和母体系统炎性介质释放，这些内源性介质即为DAMPs，包括胎儿游离DNA、尿酸、活性氧、HMGB1等。DAMPs是炎性小体重要的内源性信号[2]，当炎性小体被激活后可释放促炎因子造成血管内皮细胞损伤或滋养细胞功能障碍致子痫前期发生。在早发型子痫前期胎盘组织中，细胞焦亡的重要执行者GSDMD上调；进一步构建滋养细胞缺氧模型模拟子痫前期病理环境，发现低氧可激活非折叠蛋白反应和内质网应激，通过硫氧还蛋白结合蛋白(thioredoxin-interacting protein,TXNIP)诱导滋养细胞NLRP3炎性小体激活并发生细胞焦亡，释放炎性因子IL-1β、IL-18[23]。人组织标本和小鼠动物实验结果示，细胞外囊泡通过激活母体血小板和滋养细胞中NLRP3炎性小体，诱导胎盘无菌性炎症和子痫前期发生，而抑制这一途径可减轻子痫前期症状[24]。另有研究显示，AIM2作为细胞质中DNA感受器，可被胎儿游离DNA刺激后活化，上调其介导的IL-8、IL-6、C-C基序趋化因子配体2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，增强炎症反应导致子痫前期发生[25]。故炎性小体激活可能通过促进炎症和诱导细胞焦亡参与子痫前期的发病。

研究显示，上调microRNA-135可在体外滋养细胞缺氧模型中抑制NLRP3激活，缓解炎症并促进滋养细胞侵袭和迁移[26]。而沉默长链非编码RNA核富集丰富转录本1(nuclear-enriched abundant transcript,NEAT1)可下调miR-485-5p/AIM2轴，促进子痫前期中Treg/TH17的免疫平衡[27]。Matias等[28]发现，孕酮和维生素D可经TLR4/MyD88/NF-κB通路下调子痫前期孕妇外周血单核细胞中NLRP3、NLRP1水平。这提示抑制炎性小体激活在子痫前期防治中具有潜在的科研临床转化价值，待未来更多研究证实。

3.4 妊娠期糖尿病妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)是妊娠期最常见的代谢性疾病，不仅增加母体发生子痫前期、2型糖尿病等风险，还对胚胎宫内发育、新生儿近远期健康产生不良影响。胎盘和脂肪组织中炎症反应是GDM中发生胰岛素抵抗的重要原因[29]。2014年Lappas首次描述了脂肪组织炎性小体在GDM胰岛素抵抗中发挥重要作用。该研究发现，GDM孕妇(16例)较正常血糖孕妇组(9例)的脂肪组织中caspase-1活化水平升高，而后从正常孕妇取脂肪组织行外植体培养并分别予LPS、游离脂肪酸棕榈酸酯、RAGE处理，再予三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)或NF-κB通路抑制剂BAY 11-7082干预。结果发现，这3种物质通过启动NF-κB通路、ATP活化两步骤激活脂肪组织caspase-1、分泌IL-1β[30]。此外，胎盘组织中NLRP3炎性小体在GDM孕妇中也升高，且与具有抗炎作用的硫化氢合成酶即胱硫氨酸γ裂解酶(cythionine gamma lyase,CSE)和胱硫氨酸β合成酶(cythionine beta synthase,CBS)呈负相关[31]。动物实验证实，抑制NLRP3炎性小体激活可明显改善GDM症状[32]。这提示NLPR3炎性小体和细胞焦亡经典途径的激活可能促进脂肪或胎盘组织炎症参与GDM发生，而其他炎性小体是否亦参与GDM的发病过程待更多研究探索。

3.5 其他 NLRP7基因突变与复发性葡萄胎有关。目前已有约200个NLRP7有关的突变序列在40%～80%复发性葡萄胎孕妇中被报道，突变主要包括取代、插入、缺失和重复[33]，但NLRP7基因突变如何影响复发性葡萄胎发病的分子机制尚不明确。此外，NLRP7[6]、NLRP3炎性小体[34]在胎儿生长受限孕妇胎盘组织中升高，提示炎性小体可能与胎儿生长受限有关，但具体机制尚待揭示。