細(xì)胞焦亡在過敏性疾病發(fā)病中的作用及機(jī)制

譙月龍，續(xù)珊，陳始明

過敏性疾病(allergic diseases)又稱變態(tài)反應(yīng)性疾病，表現(xiàn)為當(dāng)機(jī)體通過吸入、食入、注入或接觸等途徑接觸某種過敏原后，可出現(xiàn)某一組織或器官，甚至全身的過度反應(yīng)，引起機(jī)體功能障礙或組織損傷。臨床上常見的有哮喘、過敏性鼻炎、特應(yīng)性皮炎及蕁麻疹等。

研究顯示，全世界大約有3.34億人受到哮喘影響；大約10%～40%人口受到過敏性鼻炎的影響；在10個(gè)兒童當(dāng)中，大約有2個(gè)會(huì)患特應(yīng)性皮炎，在成年人當(dāng)中特應(yīng)性皮炎也十分普遍；蕁麻疹發(fā)病率在15%～20%之間[1-4]。這些過敏性疾病已經(jīng)嚴(yán)重影響人類的生活質(zhì)量、工作效率、精神狀態(tài)及睡眠等，造成沉重的社會(huì)負(fù)擔(dān)。過敏性疾病發(fā)病態(tài)勢(shì)嚴(yán)峻，然而目前的預(yù)防及治療手段并不能滿足社會(huì)的需求，深入研究過敏性疾病的發(fā)生機(jī)制并開辟新的治療策略十分迫切。

細(xì)胞焦亡(pyroptosis)是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種炎癥相關(guān)的細(xì)胞程序性死亡形式，常伴隨著細(xì)胞的脹破，胞內(nèi)促炎物質(zhì)的外泄，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。它與細(xì)胞凋亡、程序性壞死等其他死亡形式共同調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)，決定疾病進(jìn)程。已有研究表明，細(xì)胞焦亡參與感染性疾病、動(dòng)脈粥樣硬化、痛風(fēng)等多種疾病的發(fā)生發(fā)展，其與過敏性疾病的發(fā)病關(guān)系也被陸續(xù)報(bào)道。本綜述旨在總結(jié)細(xì)胞焦亡通路關(guān)鍵蛋白及相關(guān)細(xì)胞因子在過敏性疾病發(fā)病中的作用，分析導(dǎo)致發(fā)病的共同病因和一般規(guī)律，期望能為深入認(rèn)識(shí)過敏性疾病并開辟全新的治療方式提供幫助。

1 細(xì)胞焦亡概述

首次報(bào)道細(xì)胞焦亡的細(xì)胞生物現(xiàn)象是在巨噬細(xì)胞感染革蘭陰性致病菌,如福氏志賀菌和腸溶性傷寒沙門菌時(shí)提出的，然而細(xì)胞焦亡這個(gè)術(shù)語在2001年才被創(chuàng)造出來，用來定義這種形態(tài)學(xué)上與凋亡相似，但伴隨炎性反應(yīng)發(fā)生的新型細(xì)胞程序性死亡方式[5]。細(xì)胞焦亡的發(fā)生由炎性小體(主要是NLRP3)及胱天蛋白酶(caspase1/4/5/11)介導(dǎo)[6-7]，在微生物感染和細(xì)胞內(nèi)危險(xiǎn)信號(hào)存在時(shí)，caspase可通過與炎性小體結(jié)合而發(fā)生激活，活化的caspase一方面切割proIL-1β和proIL-18形成有活性的炎性介質(zhì)，另一方面切割細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵效應(yīng)分子-GSDMD(gasdermin D)，被切割的GSDMD的N末端(GSDMD-NT)會(huì)作為焦亡的執(zhí)行分子形成聚合物并與細(xì)胞膜上的脂質(zhì)分子形成孔道，引起細(xì)胞質(zhì)的迅速崩解和胞內(nèi)促炎物質(zhì)(IL-1β、IL-18)的釋放，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)[8-9]。其特征性炎性因子IL-1β和IL-18的升高與過敏性疾病如哮喘、過敏性鼻炎、特應(yīng)性皮炎、蕁麻疹等的發(fā)生均有密切關(guān)聯(lián)。

1.1 細(xì)胞焦亡與過敏性哮喘

過敏性哮喘(asthma)是一種以氣道高反應(yīng)性和嗜酸性粒性呼吸道炎癥為特征的Th2細(xì)胞反應(yīng)亢進(jìn)的免疫系統(tǒng)疾病，氣道重塑是哮喘的標(biāo)志性病理特征。

作為細(xì)胞焦亡過程中的啟動(dòng)分子，位于氣道上皮的NLRP3炎性小體可被環(huán)境污染物(如煙霧、二氧化硅、香煙煙霧等)激活，通過影響固有免疫的發(fā)生介導(dǎo)氣道上皮損傷[10]。對(duì)人體與小鼠哮喘模型的研究證實(shí)NLRP3炎性小體的激活與重癥/難治性哮喘的發(fā)生具有顯著關(guān)聯(lián)[11]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)塵螨等過敏原通過NLRP3/caspase-1信號(hào)通路誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞焦亡，參與哮喘炎性反應(yīng)的發(fā)生[12]。此外，NLRP3炎性小體特異性抑制劑的使用可顯著抑制重癥哮喘小鼠呼吸道炎癥及氣道高反應(yīng)性[13]。

細(xì)胞焦亡與gasdermin(GSDM)家族蛋白的關(guān)系已被闡明[14]。GSDM由6種成員蛋白(GSDMA，GSDMB，GSDMC，GSDMD，GSDME和Pejvakin)組成，其中GSDMB基因多態(tài)性與哮喘發(fā)病高度相關(guān)[15]。GSDMB蛋白N端結(jié)構(gòu)域的釋放可迅速引發(fā)氣道上皮細(xì)胞焦亡，促進(jìn)哮喘的發(fā)生；同時(shí)，其N端結(jié)構(gòu)域的缺失則可顯著降低哮喘發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[16-18]。

細(xì)胞焦亡發(fā)生過程中常伴隨著IL-1β表達(dá)增高。有研究報(bào)道哮喘患者血清IL-1β含量顯著上升，提示哮喘患者可能存在焦亡亢進(jìn)的情況[19]。動(dòng)物研究表明，人源化IL-1β的施用會(huì)誘導(dǎo)氣道炎癥和氣道重塑[20]，而IL-1β基因敲除的小鼠則表現(xiàn)出更輕微的哮喘癥狀[21]，進(jìn)一步證實(shí)IL-1β在哮喘發(fā)病中的重要作用。此外，caspase-8介導(dǎo)的IL-1β信號(hào)傳導(dǎo)會(huì)促進(jìn)過敏性氣道炎癥的Th2反應(yīng)，抑制哮喘中IL-1β的表達(dá)已表現(xiàn)出良好的治療潛力[22]。過敏性哮喘的小鼠模型表明，IL-18可以增加血清IgE及Th2細(xì)胞因子表達(dá)；促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞募集；加重過敏性小鼠哮喘癥狀[23]。IL-1β和IL-18影響過敏性哮喘的機(jī)制可能是通過刺激Th2細(xì)胞的分化和增殖、募集炎癥細(xì)胞(如嗜酸性粒細(xì)胞)而加重哮喘的發(fā)生。據(jù)報(bào)道，在TCR(T cell receptor)刺激下，IL-1β作用于Th2細(xì)胞表面IL-1R從而刺激Th2細(xì)胞增殖、分化[24]。哮喘患者中IL-18水平與嗜酸性粒細(xì)胞的聚集之間存在顯著相關(guān)性，IL-18可以促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞的募集[25]。IL-18還可誘導(dǎo)參與哮喘發(fā)病的自然殺傷細(xì)胞(NK)分泌IFN-γ并增強(qiáng)NK細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)中Fas配體(FasL)的表達(dá)[26-27]。

1.2 細(xì)胞焦亡與過敏性鼻炎

過敏性鼻炎(allergic rhinitis，AR)是特應(yīng)性個(gè)體接觸過敏原后由IgE介導(dǎo)的鼻黏膜慢性非感染性炎癥，主要臨床癥狀是打噴嚏、鼻癢、稀薄水樣鼻涕等，AR發(fā)病率在全球范圍內(nèi)約20%～30%[28]。

屋塵螨(house dust mites,HDM)作為國(guó)內(nèi)常見過敏原在AR患者中過敏率高達(dá)59%，其主要成分脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)可以和氣道上皮細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors, PRRs)結(jié)合，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)的炎性小體誘導(dǎo)Th2炎性反應(yīng)[29]。樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞也可被No樣受體蛋白(nool-like receptor protein 3,NLRP3)炎性小體信號(hào)通路激活并維持機(jī)體過敏狀態(tài)[30-32]。研究證實(shí)與正常的鼻黏膜相比，參與細(xì)胞焦亡的NLRP3炎性小體在慢性鼻竇炎、鼻息肉及AR患者鼻黏膜中均顯著上升；經(jīng)局部類固醇治療后NLRP3炎性小體明顯減少[33]。此外，應(yīng)用microRNA-133b靶向抑制NLRP3炎性小體可顯著降低其下游caspase-1、ASC、IL-β和IL-18表達(dá)水平，并緩解AR小鼠鼻黏膜嗜酸性粒細(xì)胞及肥大細(xì)胞浸潤(rùn)狀況[34]。

越來越多的研究表明細(xì)胞焦亡的特征性炎性因子白細(xì)胞介素(IL)-1β及IL-18與AR的發(fā)生關(guān)系密切。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，卵清蛋白(ovalbumin,OVA)誘導(dǎo)過敏的小鼠模型血清和鼻黏膜組織中的IL-1β和caspase-1均顯著升高，抑制IL-1β和caspase-1的表達(dá)可明顯減輕小鼠過敏癥狀[35-36]。Leaker等[37]分析了AR患者鼻黏膜全基因組表達(dá)譜，也觀察到IL-1β的上調(diào)。另有研究報(bào)道，臨床上廣泛使用的治療AR的H1抗組胺藥可降低過AR患者血漿中IL-1β水平從而減輕過敏癥狀[38]。此外，IL-1β免疫球蛋白的應(yīng)用也可能是預(yù)防和治療AR的有效方法[39]。

研究表明：在AR患者的鼻黏膜樣本中，嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞明顯增加。中性粒細(xì)胞在AR炎癥反應(yīng)中的募集比嗜酸性粒細(xì)胞發(fā)生得更早，是AR反應(yīng)的早期事件，這種募集與IL-1β有密切關(guān)系[37]。另有研究表明，在上皮細(xì)胞中存在模式識(shí)別受體，該模式識(shí)別受體可識(shí)別花粉，引起趨化因子和細(xì)胞因子的產(chǎn)生，有助于過敏性鼻炎中的嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞聚集并加重過敏反應(yīng)。研究表明鼻腔脂多糖(LPS)激發(fā)后，IL-1β與過敏性鼻炎癥狀關(guān)系密切，這些機(jī)制的發(fā)生與炎癥小體激活有關(guān)[40-41]。在過敏性鼻炎發(fā)生期間，IL-1β產(chǎn)生和激活的重要調(diào)節(jié)劑-IFNAR1表達(dá)顯著升高，有研究認(rèn)為過敏性鼻炎IL-1β表達(dá)升高可能與它有關(guān)[37]。

此外，臨床研究發(fā)現(xiàn)，AR患者血清及鼻腔分泌物中IL-18表達(dá)顯著升高[42]。在AR小鼠模型中，IL-18水平也明顯上調(diào)；而經(jīng)類固醇處理后小鼠鼻腔灌洗液中IL-18濃度顯著下降，提示細(xì)胞焦亡及其標(biāo)志物IL-18在AR發(fā)病中起重要作用[43]。IL-18可能是通過調(diào)控嗜酸性粒細(xì)胞聚集而影響AR的發(fā)生。IL-18是IFN-γ的誘導(dǎo)因子，是與IL-1家族相關(guān)的新型促炎因子，由庫(kù)普弗細(xì)胞、活化的巨噬細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生。它的主要功能是在T細(xì)胞和NK細(xì)胞中誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN-γ并刺激活化T細(xì)胞增殖[44]。

1.3 細(xì)胞焦亡與特應(yīng)性皮炎

特應(yīng)性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一種以復(fù)發(fā)性皮膚劇烈瘙癢為特點(diǎn)的慢性炎癥性皮膚病，成人發(fā)病率約為7%，兒童發(fā)病率高達(dá)25%[45]。

研究表明，HDM等變應(yīng)原誘導(dǎo)的表皮角質(zhì)層細(xì)胞NLRP3炎性小體激活可誘發(fā)caspase-1的活化，導(dǎo)致胞內(nèi)促炎物質(zhì)(IL-1β、IL-18)的成熟與釋放，在特應(yīng)性皮炎發(fā)生中起重要作用[46]。而用藥物阻斷caspase-1活化之后，特應(yīng)性皮炎小鼠過敏癥狀評(píng)分及相關(guān)炎性指標(biāo)[免疫球蛋白E(lgE)、組胺、胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(thymic stromal lymphopoietin,TSLP)等]顯著降低[47]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，caspase-1基因敲除的小鼠表現(xiàn)出更輕微的皮膚炎癥狀態(tài)[48]。最近有研究表明，特應(yīng)性皮炎患者常伴有金黃色葡萄球菌感染，這些外源性刺激會(huì)激活炎性小體導(dǎo)致角質(zhì)層細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡，這是葡萄球菌穿透角質(zhì)層細(xì)胞形成的細(xì)胞屏障并加重特應(yīng)性皮炎癥狀的關(guān)鍵機(jī)制[49]。

此外，針對(duì)日本人群一項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞介素受體(IL1R)L1、IL18R1-IL18RAP基因座與特應(yīng)性皮炎密切相關(guān)[50]。IL-1β、IL-18作為細(xì)胞焦亡途徑中最終活化并釋放的特征性炎性因子，已被證明對(duì)特應(yīng)性皮炎的發(fā)生有重要作用[51]。動(dòng)物研究應(yīng)用IL-1β特異性抗體治療特應(yīng)性皮炎小鼠，發(fā)現(xiàn)其炎癥癥狀顯著減輕，進(jìn)一步證實(shí)IL-1β靶向治療特應(yīng)性皮炎的潛力[52]。研究表明，具有突變的NLRP3炎性小體和較高的caspase-1活性的肥大細(xì)胞可響應(yīng)TNF-α或LPS刺激因素而產(chǎn)生IL-1β[53]。而肥大細(xì)胞類糜蛋白酶被證明可以加工pro-IL-1，其活性增加可能有助于IL-1β的成熟[54]。IL-1β在特應(yīng)性皮炎的發(fā)生中起重要作用，其機(jī)制可能是IL-1β增加了肥大細(xì)胞中FcεRI介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)并促進(jìn)了特應(yīng)性皮炎的炎癥反應(yīng)[55]。

1.4 細(xì)胞焦亡與蕁麻疹

蕁麻疹(urticaria)是臨床上又一常見的過敏性皮膚病之一，主要是指因各種因素造成的皮膚、黏膜、血管出現(xiàn)暫時(shí)性炎性充血及組織內(nèi)局限性水腫。臨床上常表現(xiàn)為軀干、面部或四肢部位皮膚出血性風(fēng)團(tuán)和發(fā)作性瘙癢，多由于過敏原接觸人體皮膚或者進(jìn)入黏膜所致。臨床上分為兩類，其一是非特異性免疫球蛋白IgE介導(dǎo)的I型變態(tài)反應(yīng)性蕁麻疹，其二是非變態(tài)反應(yīng)性蕁麻疹。變態(tài)反應(yīng)性蕁麻疹的發(fā)病機(jī)制包括肥大細(xì)胞脫顆粒及組胺的釋放，IgE介導(dǎo)的自身免疫反應(yīng)，Th1/Th2細(xì)胞亞群失衡，白三烯等炎癥介質(zhì)的釋放等。

研究證實(shí)，在急性發(fā)作蕁麻疹患者的血清中IL-1β和IL-18水平與對(duì)照組相比明顯升高，在慢性特發(fā)性蕁麻疹患者血清中IL-1β和IL-18水平與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。此外，蕁麻疹患者皮膚活檢也可發(fā)現(xiàn)IL-1β mRNA的表達(dá)顯著增加[56-57]。IL-1β的過量產(chǎn)生在蕁麻疹發(fā)病中起重要作用，它會(huì)誘導(dǎo)IL-6產(chǎn)生從而增加內(nèi)皮細(xì)胞的CRP表達(dá)來促進(jìn)中性粒細(xì)胞聚集。最近有研究表明，作為細(xì)胞焦亡發(fā)生的啟動(dòng)子，炎癥小體NLRP3與蕁麻疹的發(fā)生有密切聯(lián)系，使用測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體在胚胎時(shí)期發(fā)生突變可造成NLRP3過度激活促進(jìn)蕁麻疹的發(fā)生。NLRP3炎癥小體下游效應(yīng)分子IL-1β受體拮抗劑的使用可顯著緩解慢性蕁麻疹患者的臨床癥狀[58]。還有研究發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞中NLRP3炎性小體的激活和IL-1β的產(chǎn)生對(duì)蕁麻疹的的發(fā)生十分重要，抗IL-1β治療可以有效控制由NLRP3炎癥小體引起的蕁麻疹[59]。肥大細(xì)胞是蕁麻疹患者產(chǎn)生IL-1β的主要細(xì)胞。它可被NLRP3和caspase-1的激活，分泌產(chǎn)生IL-1β并誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)和炎癥分子合成，在蕁麻疹患者中介導(dǎo)炎癥細(xì)胞募集和血管滲漏，從而參與皮膚風(fēng)團(tuán)的形成[60]。

2 展望

綜上，由于細(xì)胞焦亡的發(fā)生并不獨(dú)立，常伴隨細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死等多種細(xì)胞死亡形式同時(shí)存在，對(duì)細(xì)胞焦亡在過敏性疾病中的作用及相關(guān)機(jī)制仍需要深入研究，以期準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)細(xì)胞焦亡在過敏性疾病發(fā)生中的具體原因、具體細(xì)胞與細(xì)胞器及其具體機(jī)制。

未來隨著對(duì)細(xì)胞焦亡發(fā)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)逐漸深入，越來越多的焦亡通路重要蛋白及相關(guān)細(xì)胞因子在過敏性疾病中的作用將被揭示，在此基礎(chǔ)上的干預(yù)調(diào)控和針對(duì)炎性因子的靶向治療可能為過敏性疾病的治療開辟全新途徑。