細(xì)胞焦亡與潰瘍性結(jié)腸炎研究的最新進(jìn)展*

唐立，陸巖，歐陽(yáng)滿照△

南方醫(yī)科大學(xué)順德醫(yī)院 1胃腸外科，2科教科（廣東佛山528308）

潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）是由多因素導(dǎo)致的，發(fā)生于結(jié)腸黏膜及黏膜下層的慢性非特異性炎癥，臨床主要表現(xiàn)為腹瀉、腹痛和黏液膿血便，其病程漫長(zhǎng)，常反復(fù)發(fā)作，且有誘發(fā)癌變風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活方式和飲食習(xí)慣的變化，UC患者數(shù)量不斷增多。然而，目前UC的病因及發(fā)病機(jī)制尚不清楚，成為臨床上UC研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。而細(xì)胞焦亡作為新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞程序性死亡方式，現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞焦亡廣泛參與炎癥性疾病的發(fā)生與發(fā)展。由于細(xì)胞焦亡過(guò)程的發(fā)生及炎癥因子的釋放可直接影響細(xì)胞和機(jī)體的生理學(xué)、形態(tài)學(xué)及病理學(xué)的變化，因此，深入探討UC與細(xì)胞焦亡之間的關(guān)系，有助于認(rèn)識(shí)細(xì)胞焦亡在UC發(fā)生、發(fā)展中的作用，在醫(yī)療應(yīng)用方面具有十分重要的意義?，F(xiàn)就細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制、細(xì)胞焦亡與UC關(guān)系的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展作一綜述。

1 細(xì)胞焦亡的發(fā)現(xiàn)

細(xì)胞焦亡于1992年首次被描述，Zychlinsky等［1］在研究中發(fā)現(xiàn)，被弗氏志賀菌感染的巨噬細(xì)胞會(huì)發(fā)生死亡，并認(rèn)為這種死亡方式是細(xì)胞凋亡導(dǎo)致的。但在進(jìn)一步研究中表明：這是一種由Caspase－1介導(dǎo)的新的細(xì)胞死亡方式，且當(dāng)巨噬細(xì)胞中的Caspase－1被特異性阻斷以后將不再發(fā)生此種方式的細(xì)胞死亡。1999年，研究顯示巨噬細(xì)胞在感染沙門桿菌后，同樣發(fā)生了Caspase－1介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡，并釋放大量可擴(kuò)大炎癥的細(xì)胞因子［2］。

2001年，Cookson等［3］認(rèn)識(shí)到由細(xì)菌感染引起的巨噬細(xì)胞死亡是一種完全不同于凋亡的死亡形式，并首次將這種Caspase－1依賴的程序性細(xì)胞死亡被稱為焦亡。之后的研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞在被嗜肺軍團(tuán)菌、李斯特菌等病原體感染后，也發(fā)生了此種由Caspase－1介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡［4］。與Caspase－1相似，Caspase－11／－4／－5也是一種炎性半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。2013年，Vishva Dixit和Edward Mi實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)革蘭陰性菌脂多糖可導(dǎo)致小鼠巨噬細(xì)胞的細(xì)胞死亡，這一過(guò)程依賴于Caspase－11［5］。2014年，邵峰實(shí)驗(yàn)室首次發(fā)現(xiàn)人類源性Caspase－4具有與Caspase－11相同的生物學(xué)功能。Caspase－11／－4／－5可以直接識(shí)別和結(jié)合細(xì)菌的脂多糖，引起蛋白的寡聚化并觸發(fā)焦亡［6］。之后的研究表明，Gasdermin家族是焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白［7］。2018年，細(xì)胞死亡命名委員會(huì)（NCCD）將焦亡重新定義為由Gasdermin蛋白家族成員形成的質(zhì)膜孔誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)相關(guān)的程序性死亡方式［8］。

炎性小體是在識(shí)別來(lái)自入侵病原體的病原體相關(guān)分子模式（pathogen－associated molecular patterns，PAMPs）、損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）后聚集在細(xì)胞質(zhì)中的多聚體蛋白復(fù)合物。Caspase可被不同的炎性小體激活，而不同的Caspase激活的細(xì)胞焦亡途徑也是不同的。Kayagaki等［9］通過(guò)將“經(jīng)典炎性體”定義為激活Caspase－1的通路，將“非經(jīng)典炎性體”定義為激活Caspase－11的通路來(lái)區(qū)分這些途徑。

2 細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制

2.1 經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路 微生物感染細(xì)胞會(huì)激活炎癥反應(yīng)，并首先由先天性模式識(shí)別受體（PRR）介導(dǎo)的。迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的模式識(shí)別受體是Toll－樣受體（TLR）、Nod受體（NLR）和視黃酸誘導(dǎo)基因－樣受體（RLR）、C型凝集素受體（CLRs）和黑素瘤缺乏因子－2樣受體（ALRs）。細(xì)胞焦亡通路中的PRR包括NOD樣受體（NLRs）：NLRPl、NLRP3和NLRC4／NAIP及黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）等。PAMPs（如細(xì)菌、真菌、病毒等）和DAMPs（如ATP和膽固醇等）刺激機(jī)體后可誘導(dǎo)PRR反應(yīng)形成炎性小體。典型炎性小體通常是由NOD樣受體（nod like receptor，NLR）、銜接蛋白（apoptosis－associated speck－like protein containing a CARD，ASC）和procaspase－1所構(gòu)成的小分子多蛋白復(fù)合物。NLR蛋白包含3個(gè)共同的結(jié)構(gòu)域：富含亮氨酸重復(fù)序列的C末端 （LRR），含核苷酸結(jié)合同源化（NOD／NACHT）結(jié)構(gòu)域的中心，和含Caspase募集結(jié)構(gòu)域（CARD）或嘧啶結(jié)構(gòu)域（PYD）的N末端。LRR負(fù)責(zé)配體識(shí)別和自身抑制，NACHT結(jié)構(gòu)域使用ATP激活信號(hào)復(fù)合物，CARD／PYD結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)同型蛋白－蛋白相互作用。銜接蛋白ASC含有CARD結(jié)構(gòu)域和PYD結(jié)構(gòu)域，pro－caspase－1含有CARD結(jié)構(gòu)域。迄今已鑒定出4種典型的炎癥小體——NLRP 1、NLRP3、NLRC4和AIM2。在AIM2蛋白中僅包含一個(gè)PYD信號(hào)結(jié)構(gòu)域和一個(gè)結(jié)合DNA的HIN－200結(jié)構(gòu)域。NLRP3是研究得最多的炎癥體，可被ATP、成孔毒素、晶體化合物、核酸、透明質(zhì)酸以及真菌、細(xì)菌和病毒原等激活。NLRC4炎癥體對(duì)細(xì)胞漿細(xì)菌脂多糖和Ⅲ型分泌系統(tǒng)成分有反應(yīng)。NLRP1炎癥小體識(shí)別炭疽致死毒素和胰淀二肽。AIM2識(shí)別胞質(zhì)雙鏈DNA。通過(guò)CARD－CARD、PYDPYD的同型相互作用，NLRs或AIM2結(jié)構(gòu)域（PYD或CARD）與銜接蛋白ASC結(jié)合，ASC的CARD與pro－Caspase－1的CARD結(jié)合，觸發(fā)Caspase－1激酶集中區(qū)的形成（僅含有PYD的PRR需通過(guò)銜接蛋白ASC進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，含CARD的炎性小體則可通過(guò)ASC或直接與Caspase－1結(jié)合進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)），該集中區(qū)募集pro－Caspase－1，導(dǎo)致其二聚化和由蛋白酶誘導(dǎo)的自動(dòng)蛋白水解加工成p10和p20亞單位，并最終激活Caspase－1。NLRC4在沒(méi)有ASC焦點(diǎn)的情況下直接募集pro－Caspase－1，催化激活caspase－1引起焦亡。活化的Caspase－1作用于Gasdermin－D（GSDMD），并裂解它產(chǎn)生反應(yīng)性氨基（N）端和羧基（C）端。N－末端結(jié)構(gòu)域于胞膜上快速聚合形成直徑為10～20 nm質(zhì)膜孔。這些孔消散細(xì)胞離子成分，增加滲透壓，并導(dǎo)致滲透水流入，細(xì)胞腫脹和質(zhì)膜溶解［10］。最新的研究表明，在細(xì)胞溶解之前，GSDME－N也可以滲透線粒體膜，釋放細(xì)胞色素C并激活凋亡小體，進(jìn)一步增強(qiáng)焦亡信號(hào)［11］。另一方面，Caspase－1是IL－1β轉(zhuǎn)化酶，Caspase－1的激活促進(jìn)無(wú)活性的IL－1β和IL－18前體的成熟分泌，使越來(lái)越多的免疫細(xì)胞被招募來(lái)引發(fā)炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致焦亡［12］。除了IL－1β和IL－18之外，Caspase－1激活也是增加炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生所必需的。在焦亡過(guò)程中，質(zhì)膜完整性的喪失使得炎癥介質(zhì)釋放到細(xì)胞外環(huán)境，包括HMGB－1、IL－1α［12］和ATP，這可能導(dǎo)致炎癥。在細(xì)胞焦亡過(guò)程中，Caspase－1的激活導(dǎo)致染色體DNA被核酸酶活性切割；然而，這種切割并不產(chǎn)生寡核蛋白體片段［12］。此外，還觀察到核凝結(jié)，但核完整性得到保持［12］。Caspase－1的激活是經(jīng)典焦亡通路的核心，它是針對(duì)致病微生物感染的防御機(jī)制，并且構(gòu)成免疫系統(tǒng)的重要部分。

2.2 非經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路

2.2.1 小鼠來(lái)源的Csapase－11和人來(lái)源的Caspase－4／－5可導(dǎo)致非典型的細(xì)胞焦亡 在感染細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中檢測(cè)到細(xì)菌脂多糖（LPS）分子后，LPS的脂質(zhì)A成分通過(guò)與Caspase的CARD結(jié)構(gòu)域的高親和性相互作用，直接與Caspase－11和人源Caspase－4和Caspase－5結(jié)合，從而引起Caspase寡聚化、活化［6］，活化的Caspase切割GSDMD，從而釋放具有成孔活性的N端結(jié)構(gòu)域（GSDMD－N），GSDMD－N轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜快速聚合成質(zhì)膜孔，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生腫脹、焦亡。此外，Caapase－11還通過(guò)NLRP3－ASC－csapase－1途徑間接激活并釋放IL－1β，并且Csapase－11缺乏的小鼠受到保護(hù)免受內(nèi)毒素性休克［13］。研究表明，炎癥性Caspase的其他成員通過(guò)促進(jìn)Caspase－1激活參與炎癥過(guò)程［14］。人源性Caspase－4／－5是一種與小鼠源性Caapase－11同源的蛋白，其功能與小鼠源性Caspase－11相似［13］。

2.2.2 Pannexin－1 Pannexin－1是一種形成通道的跨膜蛋白，在大多數(shù)細(xì)胞類型中廣泛表達(dá)，包括巨噬細(xì)胞。在靜息狀態(tài)下，Pannexin－1通道被其胞質(zhì)－MICC－末端自身抑制。在細(xì)胞凋亡過(guò)程中，Caspase－3和Caspase－7在其C端裂解Pannexin－1，促進(jìn)Pannexin－1通道的開(kāi)放并增加膜通透性［15］。已有研究證明：Caspase－11不能直接處理pro－IL－1β，而是通過(guò)觸發(fā)GSDMD孔徑、鉀外流和NLRP3炎性小體激活而間接地這樣促進(jìn)IL－1β的活化［16］。有研究提出Caspase－11介導(dǎo)的焦亡和NLRP3激活需要pannexin－1介導(dǎo)，作者提出Caspase－11通過(guò)激活Pannexin－1使PaIlnexin－1通道開(kāi)放釋放ATP，從而激活A(yù)TP依賴性P2X7受體，P2X7通道開(kāi)放引起K＋外流，激活NLRP3炎性小體，導(dǎo)致焦亡發(fā)生［17］。然而，這一發(fā)現(xiàn)與Caspase－11通過(guò)GSDMD孔驅(qū)動(dòng)NLRP3炎癥體激活的觀察結(jié)果不一致［16］。通過(guò)使用3種不同的Pannexin－1通道抑制劑和兩種Panx 1－／－的細(xì)胞系，最新一項(xiàng)研究表明：Pannexin－1只在凋亡過(guò)程中對(duì)于激活NLRP3炎性小體是必須的所需，但對(duì)于經(jīng)典和非經(jīng)典焦亡通路中NLRP3炎性小體的激活是非必要的，支持Capase－11通過(guò)GSDMD孔促進(jìn)細(xì)胞焦亡和NLRP3活化這一觀點(diǎn)［18］。

2.2.3 Caspase－3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡通路 研究已證明Caspase－3可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，Caspase－3具有許多激活機(jī)制。最常見(jiàn)的是在化療藥物的刺激下，線粒體通過(guò)DNA損傷釋放線粒體相關(guān)的誘導(dǎo)因子啟動(dòng)內(nèi)源性和外源性凋亡信號(hào)通路，從而激活Caspase－3。2017年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)［19］，Caspase－3在凋亡途徑的下游被激活，活化的Caspase－3可切割GSDME生成N端片段，GSDME－N片段具有與GSDMD－N片段相似的內(nèi)在成孔活性［10］，可破壞并透化質(zhì)膜，釋放大量細(xì)胞內(nèi) DAMPs（如HMGB1、ATP、炎性細(xì)胞因子），以激活免疫細(xì)胞并將其募集到細(xì)胞凋亡或感染的位置。最新研究表明，GSDME－N還可以滲透線粒體膜，釋放細(xì)胞色素C并激活凋亡小體，進(jìn)一步強(qiáng)化焦亡信號(hào)［11］。此外，研究證實(shí)，在結(jié)腸癌細(xì)胞中，GSDME介導(dǎo)了洛鉑誘導(dǎo)的ROS／JNK／Bax－線粒體凋亡通路下游的焦亡發(fā)生和Caspase－3／－9的激活［20］。另一項(xiàng)研究也證明GSDME可被Caspase－3切割成GSDME－N片段，證實(shí)由Caspase－3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡是部分化療藥物產(chǎn)生毒性不良反應(yīng)的重要原因之一［20］。細(xì)胞如何從凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)榻雇?？研究發(fā)現(xiàn)，GSDME在正常組織中高表達(dá)，但在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞中卻沉默。此外，它在用化學(xué)療法治療的腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)［10］。這是因?yàn)樵谥掳┗蛏蛇^(guò)程中，編碼促進(jìn)GSDME的基因經(jīng)歷了DNA甲基化，導(dǎo)致表觀遺傳基因沉默，從而降低了GSDME的表達(dá)并觸發(fā)了細(xì)胞凋亡。用化學(xué)治療藥物治療可以增加GSDME的表達(dá)水平，并使細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)镚SDME依賴的焦亡。因此，細(xì)胞凋亡或細(xì)胞焦亡是由底物而不是由Caspase－3決定的［21］。

3 細(xì)胞焦亡與UC

3.1 潰瘍性結(jié)腸炎 UC也稱慢性非特異性潰瘍性結(jié)腸炎，與克羅恩病（Crohn′s disease，CD）統(tǒng)稱為炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD），是指由多種原因?qū)е碌?，發(fā)生在結(jié)直腸的慢性非特異性炎癥。病變主要累及結(jié)腸黏膜和黏膜下層，范圍多自遠(yuǎn)段結(jié)腸開(kāi)始，可逆行向近段發(fā)展，甚至累及全結(jié)腸及回腸末段，呈連續(xù)性分布，臨床主要表現(xiàn)為腹瀉、腹痛和黏液膿血便，伴或不伴虹膜炎、肛瘺等腸外癥狀。其病程漫長(zhǎng)，病情輕重不一，常反復(fù)發(fā)作，遷延難愈，不僅影響患者的日常工作和生活，而且易誘發(fā)UA相關(guān)性結(jié)直腸癌，嚴(yán)重威脅患者生命健康，被WHO列為現(xiàn)代難治病之一。UA作為慢性疾病在嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量的同時(shí)，也提高了直接的醫(yī)療成本。

經(jīng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，UC的發(fā)病率與地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈快速上升趨勢(shì)。UC在全球的患病率為（5.50～24.30）／10 000，在其中，歐洲和北美等發(fā)達(dá)地區(qū)的患病率最高，約達(dá)19.20／10 000和24.30／10 000，亞洲和中東地區(qū)的患病率則較低，約為6.30／10 000，而中國(guó)大陸的患病率為11.60／10 000［22］。韓國(guó)Miles＆Shirley Fiterman消化病中心的一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，近20年內(nèi)，在中國(guó)香港、韓國(guó)和以色列等亞洲地區(qū)，UC的患病率有明顯增高的趨勢(shì)，在韓國(guó)，1997年的發(fā)病率為7.57／10 000，到2005年已經(jīng)增至30.87／10 000；以色列的UC發(fā)病率也從1987年的121.00／10 000升至1997年的167.20／10 000；而在1997—2006年的這10年期間，中國(guó)香港的UC患病率則增長(zhǎng)了近3倍［23］。

3.2 細(xì)胞焦亡與UC的研究進(jìn)展

3.2.1 細(xì)胞焦亡與UC密切相關(guān) 細(xì)胞焦亡是一種近年新發(fā)現(xiàn)的炎癥性細(xì)胞死亡形式，在組織動(dòng)態(tài)平衡和免疫反應(yīng)中都起著重要的作用。其特征是形成質(zhì)膜孔使細(xì)胞腫脹和溶解，引起細(xì)胞膜破裂并釋放促炎細(xì)胞因子和細(xì)胞內(nèi)容物［12］，導(dǎo)致級(jí)聯(lián)反應(yīng)并加重炎癥。細(xì)胞焦亡在抵抗微生物定居方面起著重要作用，由微生物感染和危險(xiǎn)信號(hào)引起的細(xì)胞焦亡常與免疫失調(diào)有關(guān)，過(guò)度的炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致多種炎癥性疾病的發(fā)生。大量研究表明細(xì)胞焦亡在IBD等炎癥性疾病的發(fā)生中起著重要作用。在IBD的各種模型中，發(fā)現(xiàn)炎性Caspase顯著升高，表明細(xì)胞焦亡可能參與了IBD的發(fā)展［24］。幾項(xiàng)研究已經(jīng)證明了IBD存在焦亡：Xiong等［25］證明膽維丁乳可以通過(guò)抑制焦亡信號(hào)來(lái)減輕實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎；IBD的治療藥物，如美沙拉嗪和皮質(zhì)類固醇可能與抑制腸上皮細(xì)胞的焦亡有關(guān)［26］。為了支持UC的治療目標(biāo)，進(jìn)一步研究細(xì)胞焦亡在UC中的作用機(jī)制是必要的。

越來(lái)越多的證據(jù)顯示，PRR可能在維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)胃腸道微生物區(qū)系、促進(jìn)腸上皮再生和修復(fù)中發(fā)揮重要作用［27］。研究顯示，在IBD中，NLRs在形成被稱為炎癥小體的信號(hào)復(fù)合物中發(fā)揮重要作用，炎性小體形成后活化炎性pro－Caspase。一方面，Caspase激活pro－IL－1β、pro－IL－18形成成熟的IL－1β、IL－18；另一方面，Caspase切割Gasdermins家族蛋白，其切割后的N－末端結(jié)構(gòu)域于胞膜上快速聚合形成直徑為質(zhì)膜孔，這些孔消散細(xì)胞離子成分，增加滲透壓，并導(dǎo)致滲透水流入，細(xì)胞腫脹和質(zhì)膜溶解，從而誘導(dǎo)焦亡發(fā)生［26］。由炎性Caspase激活的炎癥小體，尤其是NLRP3在潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生中發(fā)揮了重要作用［28］，抑制NLRP3炎癥小體可減少UC的發(fā)生［29］。多項(xiàng)研究顯示，缺乏NLRP3炎癥體成分可以保護(hù)小鼠免受DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎［30］。在耶爾森氏菌感染的小腸結(jié)腸炎后，腸上皮細(xì)胞整合素受體和細(xì)菌黏附素之間的相互作用為NLRP3炎癥體的激活提供了第一個(gè)信號(hào)，隨后是IL－18的釋放和黏膜部位的炎癥反應(yīng)［31］。缺乏NLRP3的巨噬細(xì)胞不存在IL－1β的分泌，用普拉納卡桑抑制Caspase－1可以達(dá)到與NLRP3缺乏相當(dāng)?shù)酿つけＷo(hù)水平，表明通過(guò)NLRP3炎癥小體途徑激活caspase－1［32］。IBD的其他疾病模型也支持NLRP3在腸炎中的重要作用［33］。在結(jié)腸巨噬細(xì)胞中，腸桿菌科細(xì)菌通過(guò)釋放由NLRP3介導(dǎo)的IL－1β誘導(dǎo)腸道炎癥，這與沙門氏菌的致病機(jī)制相似。研究證明，與正常腸組織相比，人炎性腸組織中Caspase－1、NLRP3和GSDMD的表達(dá)顯著更高。Schmid－Burgk等［34］發(fā)現(xiàn)，具有NLRP3炎癥小體激活的巨噬細(xì)胞可以通過(guò)靶向Nek7治療而被拯救，Nek 7被認(rèn)為在NLRP3的上游［35］。這項(xiàng)研究提出了一個(gè)假說(shuō)，即Nek7可能是治療焦亡的關(guān)鍵靶點(diǎn)。抑制焦亡為治療腸道炎癥提供了一個(gè)潛在的治療途徑。

Liu等［36］認(rèn)為膽維丁乳（CCE）能通過(guò)抑制結(jié)腸炎大鼠模型的炎癥反應(yīng)（ASC、Caspase－1、IL－1β、IL－18和IL－6）而減輕結(jié)腸炎的程度。CCE還為IBD患者提供了一個(gè)替代治療目標(biāo)，臨床試驗(yàn)已經(jīng)證明了其潛力［36］。被鼠傷寒沙門氏菌感染的腸上皮細(xì)胞經(jīng)歷Caspase－1或Caspase－11炎癥小體的激活，導(dǎo)致受感染的腸細(xì)胞的侵入［37］。因此，組織中受感染細(xì)胞的清除將是細(xì)胞焦亡消除腸道入侵病原體的另一種機(jī)制。Davis等［26］提出抑制腸上皮細(xì)胞的焦亡可能是美沙拉嗪和皮質(zhì)類固醇的治療作用機(jī)制。一系列實(shí)驗(yàn)表明，激活炎癥小體的傳感器過(guò)度激活會(huì)導(dǎo)致腸道損傷和腸道炎癥。活動(dòng)性IBD患者黏膜中AIM2和IFI16炎性小體的強(qiáng)烈上調(diào)［38］和巨噬細(xì)胞A20缺乏癥顯著增強(qiáng)了NLRP3炎性體介導(dǎo)的Caspase－1激活［39］，表明典型的炎性體途徑和可能導(dǎo)致的過(guò)度激活細(xì)胞焦亡在IBD的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后中起關(guān)鍵作用。在非典型的炎性小體途徑和典型的炎性小體途徑中發(fā)生了類似的現(xiàn)象。在人類中，CD和UC患者樣品中的Caspase－11直向同源物Caspase－4和Caspase－5均顯著上調(diào)［39］。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，Caspase－1／5在發(fā)炎的結(jié)腸組織中明顯更高。總之，非典型炎癥小體途徑中的Caspase－4／5／11可能影響IBD的發(fā)生［40］?？傊?，這些證據(jù)表明，細(xì)胞焦亡在IBD的發(fā)病中均起著重要作用。

3.2.2 焦亡對(duì)UC的影響 細(xì)胞焦亡是由炎性小體引發(fā)的裂解程序性細(xì)胞死亡的一種形式，目前證實(shí)，細(xì)胞焦亡主要由激活Caspase－1或Caspase－11／4／5以裂解GSDMD或激活Caspase－3以裂解GSDME所介導(dǎo)?；罨疓SDMD或GSDME的N－末端成孔結(jié)構(gòu)域寡聚化以在細(xì)胞膜表面形成非選擇性孔，其驅(qū)動(dòng)細(xì)胞膨脹和膜破裂，釋放導(dǎo)致IL－1家族成員細(xì)胞因子活性形式的裂解和分泌，如IL－1β和IL－18。這些細(xì)胞因子具有多種生物學(xué)功能和廣泛的靶細(xì)胞，在腸道炎癥中發(fā)揮著重要作用。

3.2.2.1 IL－1β對(duì)UC的影響 IL－1β是一種強(qiáng)有力的促炎細(xì)胞因子，主要由天然白細(xì)胞產(chǎn)生，可調(diào)節(jié)免疫和非免疫細(xì)胞的功能，具有廣泛的全身和局部效應(yīng)。IL－1β通過(guò)誘導(dǎo)黏附分子和化學(xué)誘導(dǎo)促進(jìn)免疫細(xì)胞向炎癥部位募集。用IL－1β刺激可促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的激活和效應(yīng)功能，還可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞增多并促進(jìn)中性粒細(xì)胞遷移。此外，IL－1β在適應(yīng)性免疫中驅(qū)動(dòng)T細(xì)胞活化和存活，并與其他細(xì)胞因子協(xié)同作用促進(jìn)CD4＋Th17細(xì)胞分化。由于這些高度的促炎性質(zhì)，IL－1β的釋放受到嚴(yán)格調(diào)控，即TLR誘導(dǎo)產(chǎn)生一個(gè)非活性的31～34 kD pro－IL－1β，隨后是Caspase－1依賴的切割和活性形式的分泌［41］。Caspase－1的激活依賴于炎癥小體的形成，這是由內(nèi)源性或外源性危險(xiǎn)信號(hào)激活細(xì)胞內(nèi)NLRs觸發(fā)的。在分泌到細(xì)胞外間隙后，IL－1β通過(guò)IL－1受體1（IL－1R1）結(jié)合并發(fā)出信號(hào)，IL－1R1在多種細(xì)胞類型上表達(dá)，包括上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞以及固有和適應(yīng)性白細(xì)胞。IL－1β分泌下游的調(diào)節(jié)機(jī)制被用以限制IL－1β的活化，包括產(chǎn)生其受體的天然拮抗劑IL－1RA，以及誘導(dǎo)受體IL－1R2的表達(dá)。

多項(xiàng)臨床研究報(bào)道活動(dòng)性IBD患者的結(jié)腸固有層單核細(xì)胞分泌高水平IL－1β［42］。結(jié)腸中的IL－1β水平與疾病活動(dòng)性相關(guān)，表明這種細(xì)胞因子在推動(dòng)局部炎癥中起著重要作用。結(jié)腸IL－1β水平升高也是許多動(dòng)物IBD模型的特征［43］，IL－1β阻滯劑的治療有利于改善急性腸炎模型［44］。此外，在肝螺桿菌引發(fā)的腸道炎癥過(guò)程中，IL－1β增加了粒細(xì)胞的募集和先天淋巴細(xì)胞的激活，T細(xì)胞中的IL－1R信號(hào)傳導(dǎo)控制了結(jié)腸中致病性Th17細(xì)胞的早期積累和存活［45］。有證據(jù)表明將失調(diào)的IL－1β分泌與人類IBD的發(fā)展相關(guān)的多態(tài)性聯(lián)系在一起［37］。此外，在動(dòng)物模型中，與IBD發(fā)展相關(guān)的不同遺傳損傷與IL－1β的升高有關(guān)。例如，來(lái)自攜帶最常見(jiàn)的CD相關(guān)NOD2基因變體的小鼠的巨噬細(xì)胞在受到刺激后分泌高水平的IL－1β［46］。這些小鼠在DSS誘導(dǎo)的腸道損傷中也出現(xiàn)了疾病的加重，重組IL－1RA的應(yīng)用顯著改善了這種情況［46］。主要的先天免疫分子如NOD2和ATG1611的基因改變導(dǎo)致巨噬細(xì)胞過(guò)度產(chǎn)生IL－1β，并增加了對(duì)DSS介導(dǎo)的腸道損傷的易感性［47］。IL－1β在調(diào)節(jié)腸道炎癥中的重要性已經(jīng)被感染研究證實(shí)，因?yàn)樽钄郔L－1β可以改善艱難梭菌相關(guān)性結(jié)腸炎和鼠傷寒沙門氏菌誘導(dǎo)的腸炎的炎癥［48］。

3.2.2.2 IL－18對(duì)UC的影響 IL－18在腸道疾病中的作用很大程度上與其調(diào)節(jié)促炎反應(yīng)的活性有關(guān)。1989年在細(xì)菌內(nèi)毒素攻擊后的小鼠血清中發(fā)現(xiàn)，IL－18首次被鑒定為單核細(xì)胞產(chǎn)生γ干擾素活性的增強(qiáng)劑［49］。前體IL－18由多種細(xì)胞類型產(chǎn)生，包括上皮細(xì)胞、髓樣細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，值得注意的是，在腸道穩(wěn)定狀態(tài)下，IEC似乎是IL－18的主要來(lái)源［50］。24 kD的pro－IL－18由IEC組成性表達(dá)，在炎癥小體激活后執(zhí)行廣泛的效應(yīng)功能［50］。將IL－18與其他細(xì)胞因子進(jìn)行比較，IL－18在結(jié)構(gòu)和與炎性小體的結(jié)合方面最相似于IL－1β，IL－1β和IL－18前體分子可被Caspase－1裂解而具有生物活性。與IL－1β相似，IL－18已被證明能誘導(dǎo)一系列不同的免疫反應(yīng)。IL－18最初被稱為γ干擾素誘導(dǎo)因子，通常被認(rèn)為是一種促進(jìn)Th1型的細(xì)胞因子，因?yàn)樗軌蛘T導(dǎo)T細(xì)胞產(chǎn)生γ干擾素。然而，在存在正確的共刺激的情況下，IL－18也可以驅(qū)動(dòng)Th2型細(xì)胞因子的產(chǎn)生［51］，或γδT細(xì)胞產(chǎn)生IL－17［52］。此外，IEC衍生的IL－18可以在腸道感染鼠傷寒沙門氏菌的過(guò)程中推動(dòng)NK細(xì)胞產(chǎn)生穿孔素，這揭示了IEC在協(xié)調(diào)急性黏膜反應(yīng)方面的重要作用［53］。胃腸道共生體對(duì)于調(diào)節(jié)腸道炎癥小體的組裝至關(guān)重要，這在新生哺乳動(dòng)物中被證明是以進(jìn)行性微生物定植為特征的，伴隨著腸道屏障的形成和免疫系統(tǒng)的成熟。這可能進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了IL－18異常在IBD中的潛在作用，IBD是一種以過(guò)度炎癥反應(yīng)為特征的疾病。

全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)將IL－18R1－IL－18RAP位點(diǎn)的突變與IBD的易感性聯(lián)系起來(lái)［54］。此外，CD患者的活檢組織中檢測(cè)到IL－18水平升高。通過(guò)免疫組織化學(xué)分析，IL－18定位于非炎癥區(qū)域的上皮，而在受累區(qū)域，IL－18在巨噬細(xì)胞中被檢測(cè)到［55］。然而，這種IL－18分布是CD特有的，因?yàn)閁C患者無(wú)論嚴(yán)重程度都顯示出IL－18的上皮分布，此外，成熟的IL－18的生物活性受IL－18結(jié)合蛋白的產(chǎn)生的調(diào)節(jié)，CD患者的IL－18結(jié)合蛋白水平也升高［56］。此外，IL－18基因功能缺失的單核苷酸多態(tài)性（SNPs）導(dǎo)致Th1／Th2應(yīng)答失衡，從而促進(jìn)宿主對(duì)CD的易感性。因此，失調(diào)的IL－18信號(hào)很可能會(huì)影響腸道炎癥，可能是IBD患者的一個(gè)關(guān)鍵致病因素［57］。

4 展望

UC是由多因素導(dǎo)致的，發(fā)生于結(jié)腸黏膜及黏膜下層的慢性非特異性炎癥，臨床主要表現(xiàn)為腹瀉、腹痛和黏液膿血便，其病程漫長(zhǎng)，常反復(fù)發(fā)作，且有誘發(fā)癌變風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。而細(xì)胞焦亡作為一種新的程序性炎性壞死方式，廣泛參與了炎癥性疾病的發(fā)生與發(fā)展當(dāng)中，其特征為依賴于Caspase－1／4／5／11的激活，并伴隨促炎因子IL－1β、IL－18的釋放。細(xì)胞焦亡的形態(tài)學(xué)特征、調(diào)控機(jī)制等均不同于凋亡、壞死等其他細(xì)胞死亡方式。大量研究表明，細(xì)胞焦亡與IBD尤其是UC密切相關(guān)。研究細(xì)胞焦亡在UC發(fā)生發(fā)展中的作用有其重要臨床意義及社會(huì)價(jià)值，可能為將來(lái)篩選UC患者標(biāo)記物，疾病的診斷，以及提供藥物治療新靶點(diǎn)及預(yù)后評(píng)估提供新思路和新方向。但目前在小鼠模型中對(duì)于細(xì)胞焦亡中對(duì)IBD的作用的研究仍有互相矛盾的地方，對(duì)于在IBD中的作用仍存在一定爭(zhēng)議。且對(duì)于在體內(nèi)細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡相互轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制仍有許多問(wèn)題尚未明確，需要進(jìn)一步的探索。