细胞焦亡及其在肝细胞癌中作用的研究进展

常钰玲，牛亚倩 综述，陈彻 审校

甘肃中医药大学临床医学院，甘肃 兰州 730000

近年来，细胞焦亡（pyroptosis）引起了广泛关注，其可能对抗癌治疗提供有益作用，并且癌症治疗的失败很大程度上归因于对凋亡（apoptosis）相关药物的耐受性［1］，因此，探究细胞焦亡与癌症之间的内在联系有利于发现治疗癌症的新药物。肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是世界范围内癌症死亡的第二大原因，其发病率在发达国家和发展中国家均呈上升趋势。尽管目前在肝癌的诊断和治疗方面取得了进步，但由于其转移及复发迅速，预后极差［2⁃3］。文献表明，焦亡的激活可促进肝癌细胞死亡，从而发挥抗癌特性［4］。因此，促进肝癌细胞焦亡可能是一个具有良好治疗应用前景的新靶点，可作为一种治疗HCC的方法。本文主要对细胞焦亡的形态特点、发生机制及其在HCC 发生发展中的作用以及基于细胞焦亡对肝癌的治疗作一综述。

1 细胞焦亡发生机制

1.1 细胞焦亡的特点 细胞焦亡与其他形式的程序性死亡不同，发生焦亡时，细胞渗透势消失，发生肿胀，细胞膜上形成孔隙，失去完整性，释放内容物，引起炎症反应［5］。相比于凋亡，细胞焦亡发生的更快，并且细胞核完整性得以维持。此时，细胞核位于中央，随着形态学的改变，细胞核固缩，DNA 断裂［6］。细胞凋亡、自噬、坏死和焦亡之间的比较见表1［4，7］。

表1 细胞凋亡、自噬、坏死和焦亡之间的比较Tab.1 Comparison between apoptosis，autophagy，necrosis and pyroptosis

1.2 细胞焦亡的信号通路 细胞焦亡的信号通路主要包括依赖于caspase⁃1 激活的典型通路和依赖于caspase⁃4／5／11的非典型通路。在经典途径中，细胞内的炎性小体包括NLRP3、AIM2 和pyrin 在外源性病原体和内源性危险信号的刺激下被激活。活化的炎性小体通过结合pro⁃caspase⁃1 与下游含有caspase⁃1激活和募集结构域的凋亡相关斑点样蛋白结合而激活caspase⁃1，形成多蛋白复合物。激活的caspase⁃1 裂解GSDMD（GasderminD）的N⁃端，在细胞膜上形成小孔，促进胞浆内容物IL⁃1β 和 IL⁃18 等释放，从而诱导炎症效应［8⁃10］。在非经典途径中，革兰阴性菌细胞壁的成分脂多糖直接与巨噬细胞caspase⁃4／5／11结合。激活的caspase⁃11／4／5裂解GSDMD，直接引发细胞焦亡，同时GSDMD 激活的NLRP3 炎性小体诱导IL⁃1β和IL⁃18的释放［11］。

1.3 细胞焦亡的效应器GSDMD GSDMD 蛋白属于Gasdermin 结构域蛋白家族，与许多疾病（如耳聋、脱发、肿瘤、免疫疾病和神经系统疾病）的发生发展密切相关［12］。GSDMD 是 Gasdermin 家族中调节细胞焦亡的关键底物，含484 个氨基酸，包括含242 个氨基酸的氨基末端（N⁃末端）结构域，该结构域与羧基末端（C⁃末端）结构域通过连接子连接。N⁃末端结构域能使细胞膜形成孔，称为成孔区域（pore forming domain，PFD），但其活性受C⁃末端域（control domain，RD）控制［7，13］。在caspase⁃1等的刺激下，连接子裂解后，RD 与PFD 分离，释放出的PFD 整合到细胞膜中。破坏了质膜的正常渗透屏障，最重要是破坏了整个细胞膜上钠和钾的正常流动，钠离子进入细胞，细胞内水分增加，细胞体积不断增加。一旦体积超过膜容量，质膜破裂，释放胞质内容物，引起细胞焦亡［14］。

2 细胞焦亡与肝癌

2.1 细胞焦亡与肝癌发生 细胞焦亡可诱发肝炎，作为世界上最常见的病毒性肝炎，乙型和丙型肝炎已被证明与细胞焦亡有关。YU 等［15］研究表明，HBV可通过抑制NF⁃κb 信号通路和活性氧（reactive oxy⁃gen species，ROS）的产生，抑制脂多糖（lipopolysac⁃charide，LPS）诱导的NLRP3 和IL⁃1β 表达。此外，他们还发现，HBcAg 诱导了另一种细胞凋亡的标志物IL⁃18的分泌。对于丙型肝炎，已证实HCV可诱导由caspase⁃1 介导的细胞焦亡。在HCV 感染或正常细胞中均显示出caspase⁃1介导的细胞焦亡与丙型肝炎的发病机理密切相关［16⁃17］。

细胞焦亡也可诱导肝纤维化，研究发现，纤维化相关蛋白的主要来源肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSC）被激活后，可通过细胞焦亡作用使胶原蛋白沉积［18⁃19］。除 HSC 外，嗜酸性粒细胞也诱导 IL⁃1β 和IL⁃18 的分泌，甚至导致肝细胞死亡，从而诱导肝纤维化［20］。在小鼠肝纤维化模型中，GSDMD⁃／⁃小鼠的α⁃平滑肌肌动蛋白（α⁃smooth muscle actin，α⁃SMA）和转化生长因子⁃β1（transforming growth factor⁃β1，TGF⁃β1）基因表达水平低于野生型小鼠，羟脯氨酸含量也明显减少，表明GSDMD 在诱导肝纤维化过程中起重要作用［14］。此外，Il⁃1β 能诱使微血管内皮细胞等转化为肌成纤维细胞，导致胶原组织增生，还可直接活化HSC，促进肿瘤坏死因子⁃α（tumor necrosis factor⁃α，TNF⁃α）等炎症因子的表达，激发炎症级联反应，使得肝脏逐渐发展为肝纤维化甚至肝硬化，进而形成肝癌［21］。

2.2 细胞焦亡与肝癌进展 研究表明，细胞焦亡在癌症生物学中起负调控作用，可抑制恶性肿瘤进展，但细胞焦亡的缺乏是人类恶性肿瘤的特征［1］。HU等［22］报道，caspase⁃1 能够直接促进结肠癌细胞的增殖和存活。此外，其研究还表明，caspase⁃1敲低的大肠癌模型与野生型相比，肿瘤的增殖明显加快。在前列腺癌中，还发现细胞色素P450抑制剂对caspase⁃1的上调会抑制前列腺癌细胞的增殖和迁移［23］。

HCC是全球最常见的恶性肿瘤之一，与癌旁组织相比，肝癌组织中caspase⁃1、IL⁃1β 和IL⁃18 的mRNA表达均较低［24］。黄连素是一种天然的异喹啉生物碱，可激活caspase⁃1 诱导的肝癌细胞焦亡，对肝癌细胞的增殖和迁移在很大程度上具有抑制作用［25］。WEI等［26］发现，NLRP3在肝癌组织中的表达显著下调甚至完全缺失，且其表达与HCC 的病理分级和临床阶段呈负相关。他们还发现，17β⁃雌二醇发挥抗癌作用，这归因于其通过激活NLRP 炎性小体而引发细胞焦亡的能力。此外，研究还发现，AIM2炎症小体可通过阻滞mTOR⁃S6K1 信号通路，使雷帕霉素靶蛋白（ma⁃mmalian target of rapamycin，mTOR）对S6K1蛋白的激活作用减弱，从而抑制肝癌细胞生长、增殖，且AIM2炎症小体的堆积会使肝癌细胞发生焦亡，进而发挥抗肿瘤效应［27］。因此，通过诱导AIM2炎症小体表达，增强细胞焦亡效应，可能延缓肝癌的进展。

综上所述，细胞焦亡在肝癌发生、发展过程中的不同阶段其功能不同。在肝炎、肝纤维化、肝硬化和癌前病变期，炎症小体及炎症因子的堆积会加剧肝硬化向HCC转变；而在形成肝癌后，癌细胞焦亡往往作为一种保护机制发挥作用，但该阶段细胞焦亡反而被抑制，形成一种内在恶性肿瘤微环境，阻滞癌细胞死亡且加速原发性肝癌向恶性程度进展。

2.3 细胞焦亡与肝癌的治疗及预后 目前有两种主要的通过细胞焦亡治疗肝癌的策略：一种是药物调节肝癌细胞焦亡，如NLRP3 抑制剂MCC950 可有效减轻肝脏损伤和炎症［28］，Ⅰ型干扰素通过产生一氧化氮或 IL⁃10 转录抑制 NLRP3 活化［29］，此外，抑制NLRP3 激活后的下游信号 caspase⁃1 和 GSDMD 等也可调节细胞焦亡；另一种是通过微小RNA（microRNA，miRNA）等调控肝癌细胞焦亡。miRNA 是包含约22个核苷酸的非编码单链RNA，可调节多个靶基因的表达。一些功能类似于肿瘤抑制基因的miRNA 可下调癌基因的表达并诱导癌细胞焦亡，从而抑制肿瘤的生长［30⁃31］。在肝癌中，WAN 等［32］研究表明，microRNA⁃223⁃3p 可通过抑制 NLRP3 炎性体诱导的细胞焦亡来促进肝癌Hep3B 细胞焦亡，并抑制其增殖，miRNA⁃30a⁃3p 也可通过调控 caspase⁃1 介导的细胞焦亡抑制肝癌细胞增殖和转移［33］。

3 小结与展望

细胞焦亡是一种新的细胞程序性死亡方式，虽然有关肿瘤细胞焦亡的研究已引起关注，焦亡发生与炎性小体及caspase⁃1 的激活相关性已被证实，但在此过程中还有很多细胞因子及其作用途径尚不明确。而现有的研究表明，调控细胞焦亡的炎性小体在肿瘤免疫过程中起着“双刃剑”的作用。因此，诱导肿瘤细胞焦亡虽是抗肿瘤的一条新途径，但如何充分利用炎性小体的双刃剑作用，使其既能达到抗肿瘤效应，又能保持有利于这种效应的动态平衡状态仍值得探索。近来，诱导细胞焦亡被认为是根除癌细胞的新策略。尽管大量研究表明，细胞焦亡和炎症微环境在HCC的发生发展过程中起关键调控作用，但仅在细胞与动物模型中研究了细胞焦亡与HCC 之间的相关性，在患者中的研究则很少。进一步探索肝癌细胞中细胞焦亡的发生机制，以及与信号通路上游、下游有关蛋白质调控作用和有关因素（如miRNA）对肝癌细胞焦亡的调节，可为治疗相关肿瘤提供新的思路。因此，需更多的实验和临床试验来探索HCC中对细胞焦亡的调节以及基于细胞焦亡的抗癌治疗的潜在应用。