程序性壞死在肺部疾病中作用的研究進(jìn)展

杜學(xué)柯，潘靈輝

(廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院麻醉科，南寧 530021)

細(xì)胞壞死是指由生物、化學(xué)或物理等傷害性刺激引起的細(xì)胞死亡，被認(rèn)為是被動、無序和不可逆的，傳統(tǒng)上稱為非程序性細(xì)胞死亡。此外，細(xì)胞還存在由基因編碼和調(diào)節(jié)的壞死，即程序性壞死。程序性壞死是指依賴受體相互作用蛋白激酶(receptor interacting protein kinase,RIPK)3的壞死性細(xì)胞死亡，在心肌梗死、動脈粥樣硬化、缺血再灌注損傷、炎性腸病和老年癡呆的病理生理中起重要作用[1-5]。有研究表明，程序性壞死在肺部疾病(肺部炎癥和敗血癥等)的發(fā)病過程中也起重要作用[6]。程序性壞死與細(xì)胞凋亡、自噬之間存在相互作用和影響[7]。細(xì)胞凋亡和程序性壞死均受幾個共有的上游調(diào)控序列調(diào)控，它們對各自死亡途徑的敏感性受調(diào)控分子的重疊性控制。自噬通過溶酶體降解細(xì)胞吞噬壞死或多余的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器，以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，故自噬可能調(diào)節(jié)程序性壞死。目前，線粒體自噬、依賴自噬消除的線粒體調(diào)節(jié)程序性壞死已被證實有助于解釋慢性阻塞性肺疾病的發(fā)病機制[8]?，F(xiàn)就程序性壞死的主要組成部分及其在肺部疾病中的發(fā)病機制予以綜述，為程序性壞死在肺部疾病的防治提供新思路。

1 程序性壞死的機制

目前，研究主要集中于從腫瘤壞死因子-α、RIPK3和胱天蛋白酶8探討程序性壞死的分子機制。調(diào)控程序性壞死的特定受體包括腫瘤壞死因子超家族受體、Toll樣受體和干擾素受體等?；隍?qū)動因素的不同，程序性壞死可以分成三類：①由腫瘤壞死因子-α引起的外始式程序性壞死；②由活性氧類引起的內(nèi)始式程序性壞死；③缺血誘導(dǎo)的內(nèi)始式程序性壞死。其中，腫瘤壞死因子-α介導(dǎo)的程序性壞死是一種經(jīng)典的程序性壞死，其與互補受體結(jié)合形成短暫膜信號復(fù)合體，其復(fù)合物包含F(xiàn)as相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白、RIPK1、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2/5和凋亡抑制因子1/2等，此膜信號復(fù)合體可分別調(diào)控核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與細(xì)胞存活的調(diào)節(jié)，是細(xì)胞存活和壞死的重要調(diào)節(jié)點。

經(jīng)典的程序性壞死，壞死復(fù)合物通過受體相互作用蛋白同型反應(yīng)模體的磷酸化將RIPK3 和RIPK1連接起來。而Toll樣受體3/4、β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白和DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子激活物也含有受體相互作用蛋白同型反應(yīng)模體結(jié)構(gòu)域，故其能通過受體相互作用蛋白同型反應(yīng)模體結(jié)構(gòu)域構(gòu)建壞死復(fù)合物[9]。其中，Toll樣受體3/4可以啟動β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白和RIPK3誘導(dǎo)的程序性壞死，依賴β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白的程序性壞死需要受體相互作用蛋白同型反應(yīng)模體結(jié)構(gòu)域與RIPK3相互作用，而在此過程中RIPK1的作用尚不清楚。

此外，細(xì)胞自噬被也認(rèn)為參與程序性細(xì)胞死亡，其通過自噬溶酶體系統(tǒng)清除亞細(xì)胞碎片和異物以維持細(xì)胞的完整性和穩(wěn)態(tài)[10]。然而自噬性細(xì)胞死亡不屬于程序性壞死的范疇，其特征胞質(zhì)中出現(xiàn)的大量自噬小體和自噬溶酶體，最后由自噬溶酶體內(nèi)的溶酶體降解，既不激活程序性細(xì)胞壞死相應(yīng)的酶，也不形成壞死體。早期研究表明，用非特異性胱天蛋白酶抑制劑zVAD處理L929細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞自噬激活及L929細(xì)胞死亡，這種細(xì)胞死亡過程需要RIPK1，表明自噬可能參與程序性壞死[11]。研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血再灌注損傷可以激活程序性壞死，此過程可能由細(xì)胞自噬觸發(fā)，表明在缺血性腦卒中中自噬、程序性壞死和凋亡存在相互聯(lián)系[12-13]。程序性壞死的特異性抑制劑不僅可以抑制細(xì)胞程序性壞死，還可以抑制自噬。這些研究均表明程序性壞死與自噬存在關(guān)聯(lián)，但兩者之間的具體相關(guān)機制目前尚不清楚，仍需進(jìn)一步研究明確。

2 程序性壞死與肺部疾病

程序性壞死是以細(xì)胞膜腫脹破裂、細(xì)胞器溢出為主要特征的細(xì)胞死亡方式，其具有高度的促炎特性，在許多臨床疾病中可激活免疫系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。程序性壞死在肺部疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起一定作用，既可促使炎癥的發(fā)生，表現(xiàn)為細(xì)胞死亡激發(fā)免疫系統(tǒng)，引起炎癥反應(yīng)，肺內(nèi)細(xì)胞發(fā)生程序性壞死，導(dǎo)致肺內(nèi)細(xì)胞屏障被破壞，微生物的浸入引起肺部相關(guān)炎癥反應(yīng)；也可以加重肺部炎癥反應(yīng)的程度，表現(xiàn)為既有的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致肺內(nèi)細(xì)胞死亡，細(xì)胞死亡導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)損傷相關(guān)分子模式釋放，損傷相關(guān)分子模式激活免疫系統(tǒng)，加重炎癥反應(yīng)的程度。正常情況下，程序性壞死對維持機體穩(wěn)態(tài)具有重要作用，但調(diào)控功能異常時會導(dǎo)致疾病病情加重。

2.1程序性壞死與慢性阻塞性肺疾病 在全球范圍內(nèi)，慢性阻塞性肺疾病死亡率占第四位[14]，但其發(fā)病機制仍不清楚。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬調(diào)節(jié)的程序性壞死參與慢性阻塞性肺疾病的發(fā)病[8]。在慢性阻塞性肺疾病中，細(xì)胞通過線粒體自噬影響線粒體的完整性來調(diào)節(jié)程序性壞死。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞暴露于香煙煙霧提取物時，線粒體顯著去極化和線粒體自噬激活，線粒體分裂/線粒體自噬抑制劑Mdivi-1可抑制人混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域磷酸化，使細(xì)胞受香煙煙霧誘導(dǎo)程序性死亡[15]。Mizumura等[16]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠線粒體調(diào)節(jié)腫瘤抑制基因(人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因-誘導(dǎo)激酶1)缺陷可防止線粒體功能障礙、空域擴大和暴露于香煙煙霧期間纖毛清除中斷。以上研究提示，在慢性阻塞性肺疾病過程中存在細(xì)胞自噬和程序性壞死，其調(diào)控與多種因素相關(guān)。

研究表明，神經(jīng)酰胺介導(dǎo)線粒體自噬可能誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡[17]。鑒于鞘氨醇類似物可調(diào)節(jié)程序性壞死，這可能是線粒體自噬通過神經(jīng)酰胺調(diào)節(jié)程序性壞死的相關(guān)機制。雖然神經(jīng)酰胺上調(diào)導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞凋亡和肺氣腫，但在慢性阻塞性肺疾病中神經(jīng)酰胺與程序性壞死的關(guān)系尚未被廣泛研究。香煙煙霧誘導(dǎo)的線粒體自噬在慢性阻塞性肺疾病中可能調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老。雖然線粒體自噬調(diào)節(jié)程序性壞死與衰老之間關(guān)系的機制尚不明確，但存在一個潛在機制即依賴細(xì)胞損傷的程度。研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白的激動劑可通過調(diào)節(jié)自噬和程序性壞死來抑制香煙煙霧誘導(dǎo)的炎癥和肺氣腫[18]。這提示，程序性壞死的調(diào)控異常與慢性炎癥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。因此，探討如何調(diào)控程序性壞死，程序性壞死與其他細(xì)胞死亡方式的關(guān)系將有助于更好地理解程序性壞死在慢性阻塞性肺疾病中的作用，從而為臨床治療提供新思路。

2.2程序性壞死與肺癌 凋亡、程序性壞死和自噬存在于腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，抗腫瘤藥物可通過激活相關(guān)激酶啟動癌細(xì)胞程序性壞死[19]。在肺癌治療中，硒代縮氨基脲金屬絡(luò)合物和蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶與調(diào)節(jié)程序性壞死有密切聯(lián)系。新的硒代縮氨基脲金屬絡(luò)合物在人類肺腺癌上皮細(xì)胞中通過誘導(dǎo)程序性壞死已被證明有助于抗增殖活性[20]。長期使用順鉑治療可促進(jìn)癌細(xì)胞抵抗，蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶、蛋白二硫化物異構(gòu)酶A6在非小細(xì)胞肺癌化療耐藥中呈過表達(dá)，介導(dǎo)對順鉑-誘導(dǎo)非規(guī)范化細(xì)胞死亡途徑的抵抗，并具有一些壞死特征。達(dá)沙替尼可以增強紫杉醇誘導(dǎo)的肺腺癌細(xì)胞的程序性壞死，其機制可能是通過胱天蛋白酶8的磷酸化抑制RIPK1與RIPK3的結(jié)合，從而抑制程序性壞死[21]。在腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)，紫草醌誘導(dǎo)的自噬與紫草醌誘導(dǎo)的程序性壞死密切相關(guān)，程序性壞死可通過影響自噬來增強腫瘤的免疫監(jiān)視[10]。以上研究提示，程序性壞死與肺癌相關(guān)。

與常規(guī)放療相比，大分割放療對肺癌腫瘤細(xì)胞的損傷作用更明顯，肺癌細(xì)胞受到照射后，其死亡方式主要有細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死，細(xì)胞壞死可以通過RIPK1/RIPK3信號通路調(diào)控，而大分割放療后，肺癌細(xì)胞發(fā)生RIPK1/RIPK3信號通路調(diào)控的程序性壞死，并與分割劑量呈正相關(guān)[22]。因此，更好地掌握程序性壞死在肺癌中的作用可為肺癌治療提供新方案。

2.3程序性壞死與肺損傷 程序性壞死是引起急性肺損傷/呼吸窘迫綜合征的重要機制之一，不同致病因素引起程序性壞死和肺損傷的機制也不同[23]。對大鼠模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，急性腎損傷后全身炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的急性肺損傷可能與骨橋蛋白有關(guān)，骨橋蛋白調(diào)控程序性壞死，從而影響大鼠同種異體腎移植后所導(dǎo)致的肺損傷[24]。另有研究發(fā)現(xiàn)，呼吸機相關(guān)性肺損傷患者的血漿RIPK3水平高于正常人[25]；在動物研究中，RIPK3缺失的小鼠發(fā)生呼吸機相關(guān)性肺損傷的可能性較小，提示RIPK3參與了呼吸機相關(guān)性肺損傷發(fā)生[26]。但以上研究僅提示RIPK3的存在與呼吸機相關(guān)性肺損傷相關(guān)，呼吸機相關(guān)性肺損傷屬于無菌性炎癥反應(yīng)，程序性壞死是啟動還是加重?zé)o菌性炎癥尚不清楚，因此程序性壞死在呼吸機相關(guān)性肺損傷中的作用及相關(guān)機制需進(jìn)一步研究。

關(guān)于新生兒敗血癥的研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制程序性壞死可以減輕新生兒敗血癥導(dǎo)致的肺損傷，提高新生兒敗血癥的存活率[27]。在脂多糖肺損傷中，脂多糖誘導(dǎo)肺上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞Fas受體表達(dá)上調(diào)，肺損傷嚴(yán)重程度與Fas受體表達(dá)呈正相關(guān)；而應(yīng)用Fas-Fas配體信號通路抑制劑P2抗體可導(dǎo)致程序性壞死激活受到抑制并減輕肺損傷[28]。研究表明，呼吸機相關(guān)性肺損傷或脂多糖肺損傷患者血清及肺泡灌洗液中腫瘤壞死因子-α及其受體表達(dá)明顯上調(diào)，且存在腫瘤壞死因子-α依賴性的程序性壞死[29-30]。此外在有菌性肺部炎癥過程中，阻斷程序性壞死可以減輕肺損傷程度，表明程序性壞死在其中起重要作用[31-32]。但由于程序性壞死特異的標(biāo)志物還沒有確定，所以通過程序性壞死治療肺損傷這一策略很難實施。在肺移植過程中，肺保存時間長短與肺細(xì)胞死亡相關(guān)，肺細(xì)胞死亡過程由鈣蛋白酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3/RIPK信號通路調(diào)控，故抑制RIPK和(或)鈣蛋白酶可以減少細(xì)胞程序性壞死，從而有效減輕缺血再灌注導(dǎo)致的肺損傷[33]?？梢?，調(diào)控程序性壞死的程度可能是防治急性肺損傷/呼吸窘迫綜合征的重要靶點。

2.4程序性壞死與哮喘 除細(xì)胞凋亡參與哮喘的發(fā)生發(fā)展外，細(xì)胞的程序性壞死也與哮喘的發(fā)生有關(guān)。在病毒誘導(dǎo)的哮喘動物模型中，肺內(nèi)程序性壞死的標(biāo)志物RIPK3和磷酸化混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域水平升高，且重度哮喘時，氣道中的各種細(xì)胞(粒細(xì)胞和上皮細(xì)胞)均可能會發(fā)生程序性壞死[34]。目前研究顯示，在重度哮喘中支氣管上皮細(xì)胞可發(fā)生了程序性壞死，與哮喘程度有關(guān)，黏蛋白1下調(diào)可通過RIPK1/RIPK3信號通路調(diào)節(jié)促進(jìn)腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的人支氣管上皮細(xì)胞程序性壞死，這為嚴(yán)重哮喘引起的程序性壞死提供了一個新機制[34]。氣道上皮細(xì)胞特異性細(xì)胞自噬相關(guān)基因5可以調(diào)控程序性壞死相關(guān)受體相互作用蛋白的表達(dá)，影響程序性壞死的發(fā)生，從而抑制哮喘起到減輕炎癥的作用。嗜酸粒細(xì)胞溶解后再釋放出嗜酸粒細(xì)胞顆?？梢饸獾姥装Y，這種嗜酸粒細(xì)胞死亡的機制尚不清楚，但程序性壞死已被認(rèn)為參與此過程，因為RIPK3的抑制劑可減少嗜酸粒細(xì)胞溶解[35]。然而，RIPK3缺陷的小鼠對變應(yīng)原引起的哮喘無抵抗力。因此，RIPK3相關(guān)程序性壞死在哮喘中起一定作用，它還受其他機制調(diào)節(jié)，有待進(jìn)一步研究和探討。

3 小 結(jié)

程序性壞死的細(xì)胞死亡通路已經(jīng)基本建立，RIPK1、RIPK3、混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域和其他相關(guān)蛋白在程序性壞死過程中起重要作用，在正常情況下，程序性壞死對機體抵御病原微生物的侵入和維持機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定有利，而研究證實程序性壞死在肺部疾病發(fā)病機制中也發(fā)揮巨大作用[8]。因此，深入探討程序性壞死的調(diào)控和阻斷機制，闡明程序性壞死與其他程序性細(xì)胞死亡的關(guān)系，將有助于探討程序性壞死在肺部疾病中的具體作用，這不僅對細(xì)胞死亡體系是一個重要的補充，還為肺部疾病的治療提供了新方向。但未來關(guān)于程序性壞死仍有許多問題需要探討，如程序性壞死RIPK1和RIPK3的基因多態(tài)性問題，程序性壞死特異性敏感性標(biāo)志物尚未完全建立等。