細(xì)胞焦亡以及細(xì)胞焦亡相關(guān)炎癥小體/因子與鼻咽癌關(guān)系的研究進(jìn)展▲

羅云海 許玉鋒 秦富豪 張語琪 文藝群 藺 婷 王賢文 羅晶婧 何迎春1，2，

(湖南中醫(yī)藥大學(xué)1 中醫(yī)藥防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重點實驗室，2 湖南省中醫(yī)藥防治眼耳鼻咽喉疾病與視功能保護(hù)工程技術(shù)研究中心，3 中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，長沙市 410208，電子郵箱：1240989539@qq.com；4 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸科，長沙市 410007；5 湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院，長沙市 410208)

【提要】 細(xì)胞焦亡是不同于細(xì)胞壞死、凋亡、自噬的一種細(xì)胞程序性死亡的新形式，其與鼻咽癌等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。故本文對細(xì)胞焦亡、細(xì)胞焦亡相關(guān)炎癥小體或炎癥因子與鼻咽癌之間關(guān)系進(jìn)行綜述，為鼻咽癌的防治提供新思路。

鼻咽癌是頭頸部最常見的惡性腫瘤之一。2020年全球新發(fā)鼻咽癌病例133 354例，我國病例主要集中在東南部省份，是一種具有明顯民族和地理分布特征的疾病[1]。鼻咽癌的病因十分復(fù)雜，其中包括感染病毒、遺傳因素和環(huán)境因素[2-3]，遺傳易感性和EB病毒感染間復(fù)雜的相互作用是導(dǎo)致鼻咽癌發(fā)生的重要原因[4]。目前，鼻咽癌的治療主要根據(jù)臨床病理分期，以控制局部疾病并防止遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移為目的開展手術(shù)、放射治療、化學(xué)藥物等治療，但預(yù)后仍不盡如人意[5]。

細(xì)胞焦亡是細(xì)胞程序性死亡的方式之一，其會引起較強的炎癥反應(yīng)從而參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。研究表明，腫瘤炎性小體通過募集中性粒細(xì)胞在調(diào)控細(xì)胞焦亡中起著關(guān)鍵作用，而含pyrin結(jié)構(gòu)域的NLR家族蛋白3(NLR family pyrin domain-containing 3,NLRP3)、黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)和視黃酸誘導(dǎo)基因蛋白Ⅰ等炎性小體在EB病毒相關(guān)的鼻咽癌中呈高表達(dá)，同時腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞的存在與鼻咽癌患者獲得更好的生存情況顯著相關(guān)，因此，腫瘤炎性小體是EB病毒相關(guān)鼻咽癌患者良好預(yù)后的標(biāo)志和潛在的治療靶點[6]。本文就細(xì)胞焦亡以及細(xì)胞焦亡相關(guān)炎癥小體或炎癥因子與鼻咽癌之間的關(guān)系展開綜述。

1 細(xì)胞焦亡的概念

細(xì)胞焦亡最初發(fā)現(xiàn)于1992年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)感染弗氏志賀氏菌的巨噬細(xì)胞發(fā)生了裂解，由于當(dāng)時對細(xì)胞程序性死亡的認(rèn)識僅僅停留在細(xì)胞凋亡，因此認(rèn)為這是細(xì)胞凋亡的一種類型[7]。直到2001年，細(xì)胞焦亡這個概念才被Cookson和Brennan首次提出，他們將這種含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)-1依賴性的細(xì)胞死亡與一般的細(xì)胞意外死亡區(qū)分開，并命名為細(xì)胞焦亡[8]。細(xì)胞焦亡和細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死在形態(tài)學(xué)上有著不同，細(xì)胞焦亡同時會引發(fā)局部及全身炎癥反應(yīng)，這是因為細(xì)胞膜完整性喪失后，胞內(nèi)容物被釋放，最終導(dǎo)致了炎性反應(yīng)的發(fā)生，而細(xì)胞凋亡不會引起炎性反應(yīng)。但是，三者之間也有一些相似的特點，例如細(xì)胞焦亡和細(xì)胞凋亡都會發(fā)生核固縮、染色質(zhì)DNA斷裂等。

2 細(xì)胞焦亡的分子機制

Caspase蛋白家族是一種高度保守的天冬氨酸特異性半胱氨酸家族，目前發(fā)現(xiàn)的Caspase家族成員共有15種，主要分布在哺乳類動物中，其中主要與炎性反應(yīng)相關(guān)的成員有Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11，而Caspase-2、Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10主要與細(xì)胞凋亡相關(guān)[9]。在2018年細(xì)胞死亡命名委員會提出的最新定義中，細(xì)胞焦亡被定義為是一種由炎性的Caspase蛋白(如Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11)活化介導(dǎo)的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡，其關(guān)鍵過程是由消皮素蛋白家族成員執(zhí)行的質(zhì)膜孔形成[10]。細(xì)胞焦亡的啟動依賴于特定的Caspase蛋白，根據(jù)細(xì)胞接受刺激、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面的不同，細(xì)胞焦亡又被分為Caspase-1主導(dǎo)的經(jīng)典途徑和Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11主導(dǎo)的非經(jīng)典途徑[11]。

2.1 細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑 Caspase-1依賴性途徑被稱為細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑。正常情況下Caspase-1是以無活性的酶原形式(pro-Caspase-1)存在于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)經(jīng)典的炎性小體發(fā)揮作用后才被激活。當(dāng)模式識別受體接收到危險信號分子刺激之后，會通過接頭蛋白ASC來招募pro-Caspase-1，以組裝形成炎性小體，然后激活Caspase-1分子，進(jìn)一步切割下游消皮素D的目的蛋白,使其被切割成兩端，包括N-末端域和C-末端域。這些步驟會致使細(xì)胞膜上形成有活性的孔隙，水分子等物質(zhì)會順利進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并引起細(xì)胞的腫脹與裂解，最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡[12-13]。

消皮素D作為Caspase-1的下游靶蛋白參與經(jīng)典的細(xì)胞焦亡途徑。消皮素D蛋白是消皮素家族中最常見的成員，該蛋白是細(xì)胞焦亡中最不可缺少的一環(huán)[14]，同時也是被研究最多的一個細(xì)胞焦亡相關(guān)蛋白。人類的消皮素D蛋白由242個氨基酸的氨基末端結(jié)構(gòu)域、43個氨基酸的中間連接部分和199個氨基酸的具有自動抑制N端活性的羧基末端結(jié)構(gòu)域共同組成[15]。當(dāng)發(fā)生細(xì)胞焦亡時，消皮素D被活化的Caspase-1和Caspase-11切割分為N端和C端，其中消皮素D-N端作為主要的功能域參與細(xì)胞焦亡，而消皮素D-C端則可以起到自體抑制功能[16-17]。消皮素D被切割之后，消皮素D-N端會移除消皮素D-C端的抑制性結(jié)構(gòu)域，使自身從單體變成寡聚物轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜；消皮素D-N端會與細(xì)胞膜上磷脂酰肌醇、磷脂酸和磷脂酰絲氨酸連接并發(fā)生低聚化，產(chǎn)生直徑大多在10～14 nm之間的氣孔，直徑大小為4.5 nm的白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-18很容易通過這些氣孔，導(dǎo)致促炎癥因子的釋放，隨之細(xì)胞腫脹并破裂，最終發(fā)生細(xì)胞焦亡[13,17]。

2.2 細(xì)胞焦亡的非經(jīng)典途徑 細(xì)胞焦亡的非經(jīng)典途徑不依賴于Caspase-1，而是主要依賴于Caspase-4/5/11的激活。小鼠的Caspase-11以及在人體內(nèi)的對應(yīng)的Caspase-4/5與脂多糖的保守結(jié)構(gòu)脂質(zhì)A在被細(xì)胞內(nèi)的脂多糖刺激后直接被激活。當(dāng)Caspase-4/5/11被活化后，消皮素D蛋白被切割并最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡的發(fā)生[18-19]。2016年之后，一些新的細(xì)胞焦亡分子機制逐漸被發(fā)現(xiàn)：Pannexin-1是細(xì)胞上一個控制小分子物質(zhì)進(jìn)出的通道蛋白，其在非經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑的脂多糖免疫應(yīng)答過程中起十分重要的作用。細(xì)胞焦亡過程中，由Pannexin-1蛋白斷裂形成通路釋放的三磷酸腺苷會一直刺激嘌呤能離子通道型受體7通道，使細(xì)胞內(nèi)鉀離子、鈉離子、鈣離子外流，細(xì)胞膜內(nèi)外離子的平衡被打亂，細(xì)胞腫脹并破裂，最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡[20]。

3 細(xì)胞焦亡與鼻咽癌

隨著研究的深入，炎癥細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的作用機制逐漸被人們認(rèn)識。最近研究表明，卵巢癌、頭面部鱗狀細(xì)胞癌、乳腺癌等腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與各種致炎因子水平的升高密切相關(guān)[21]。在鼻咽癌微環(huán)境中也可以見到大量炎癥細(xì)胞浸潤，鼻咽癌的發(fā)生和發(fā)展與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[22]。鼻咽組織細(xì)胞長期暴露在炎癥環(huán)境中會發(fā)生癌變，而各類炎癥小體是引起細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵物質(zhì)。然而，目前鼻咽癌、炎癥、細(xì)胞焦亡三者之間的關(guān)系及相互作用機制還需進(jìn)一步研究[6,23]。

3.1 炎癥小體與鼻咽癌 炎癥小體是一種細(xì)胞內(nèi)大分子量的多蛋白復(fù)合體，包括類型識別受體[NLRP3、含Caspase 募集結(jié)構(gòu)域(Caspase recruitment domain,CARD)的NLR家族蛋白4、AIM2等]、接頭蛋白ASC及Caspase-1蛋白，它們作為天然免疫系統(tǒng)的一部分發(fā)揮作用[24]。炎癥小體能識別病原相關(guān)分子模式或者宿主來源的損傷相關(guān)分子模式，并且在細(xì)胞焦亡中發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[25]。NLR蛋白家族中含有Pyrin結(jié)構(gòu)域的蛋白亞家族被稱為NLRP，其中NLRP3是該家族中最具有特征性的亞型之一，也是被研究的最多的一個蛋白。NLRP3組成的多蛋白復(fù)合體，即NLRP3炎性小體，主要由NLRP3蛋白、ASC及pro-Caspase-1蛋白三部分組成[26]，這些蛋白在炎癥反應(yīng)與細(xì)胞焦亡中各司其職：當(dāng)宿主受到損傷時，NLRP3炎性小體被激活，同時ASC和Caspase-1被募集，NLRP3蛋白和ASC共同激活Caspase-1；而pro-Caspase-1蛋白通過CARD與ASC結(jié)合，組成一個大的胞質(zhì)復(fù)合體，Caspase-1在它們的協(xié)同作用下被激活；同時IL-1β前體和IL-18前體也會被激活的Caspase-1切割成IL-1β和IL-18，這些細(xì)胞因子共同發(fā)揮作用來促進(jìn)促炎細(xì)胞因子、趨化因子和生長因子的表達(dá)，最終誘發(fā)炎癥和細(xì)胞焦亡，并招募和激活其他免疫細(xì)胞[27]。

NLRP3炎癥小體及其參與的細(xì)胞焦亡在多種腫瘤和自身免疫性疾病中都發(fā)揮著重要的作用，其中NLRP3的激活與鼻咽癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[27]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3激活釋放的IL-1β、IL-18參與了鼻咽部的炎癥，并誘發(fā)細(xì)胞焦亡[28]。湯俊照等[25]研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體在鼻咽癌組織中的表達(dá)明顯升高，并且鼻咽癌患者的無復(fù)發(fā)生存率和無瘤生存率與NLRP3表達(dá)情況密切相關(guān)。此外，Chung等[29]研究表明，線粒體OxPhos組分的高水平表達(dá)會激活NLRP3炎性小體，并引發(fā)細(xì)胞焦亡，這或?qū)⒊蔀楸茄拾┲委熍c預(yù)防復(fù)發(fā)的一個新靶點。由此可見，研究NLRP3炎性小體以及其參與的細(xì)胞焦亡，對于解釋鼻咽癌的發(fā)生、發(fā)展具有重大意義，但炎性小體、細(xì)胞焦亡與鼻咽癌之間的具體相互作用還需要進(jìn)一步研究。

3.2 促炎因子與鼻咽癌 IL-1β、IL-18屬于IL-1家族，均為促炎因子，是炎癥反應(yīng)以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中不可缺少的一部分。IL-1β和IL-18都可以由巨噬細(xì)胞生成，但是兩者的區(qū)別在于IL-1β同時也可以由單核細(xì)胞生成，而IL-18可以由樹突細(xì)胞和上皮細(xì)胞分泌。

研究表明，IL-1β可在組織受到感染和損傷之后在體內(nèi)發(fā)揮促炎作用并誘發(fā)細(xì)胞焦亡：組織受到感染或損傷后，IL-1β前體被誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，同時在與其相關(guān)聯(lián)的NACHT結(jié)構(gòu)域的誘導(dǎo)下，與Caspase-1發(fā)生寡聚化并促進(jìn)Caspase-1的激活；激活的Caspase-1剪切IL-1β前體，使其轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腎L-1β，最終被分泌到細(xì)胞外，與相應(yīng)受體結(jié)合，促進(jìn)了白細(xì)胞募集、釋放炎性介質(zhì)，導(dǎo)致炎性反應(yīng)發(fā)生，進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞焦亡[28]。IL-1β的生成受到兩個步驟的嚴(yán)格管控：核因子κB介導(dǎo)的非分泌型IL-1β前體的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)，以及炎性小體介導(dǎo)的IL-1β前體裂解為分泌型的IL-1β。其中，核因子κB通路可活化IL-1β，進(jìn)而招募大量的腫瘤相關(guān)性中性粒細(xì)胞，這些中性粒細(xì)胞可以抑制細(xì)胞焦亡，最終抑制鼻咽癌的發(fā)展[6]。Cai等[30]研究發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌細(xì)胞中表達(dá)的EB病毒潛伏膜蛋白1(latent membrane protein 1,LMP1)與炎癥相關(guān)基因的表達(dá)及抗原提呈有關(guān)。LMP1與細(xì)胞外信號因子配合發(fā)揮作用，激活細(xì)胞的糖酵解過程，糖酵解生成的丙酮酸可活化pro-Caspase、IL-1β前體和NLRP3炎癥小體，啟動細(xì)胞焦亡；同時，丙酮酸可以激活核因子κB信號通路和骨髓來源的抑制性細(xì)胞，起到抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生的作用，并可下調(diào)細(xì)胞抗腫瘤的免疫應(yīng)答[31]，但其主效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。

IL-18是在脂多糖導(dǎo)致休克的小鼠肝臟中提取出的一種多肽，能夠誘導(dǎo)γ干擾素的產(chǎn)生[31]，其作為促炎因子誘發(fā)的炎癥反應(yīng)在細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑發(fā)揮重要作用。Liou等[32]對50例鼻咽癌標(biāo)本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鼻咽癌微環(huán)境中IL-18水平明顯高于正常組織；還有研究表明，IL-18在鼻咽癌的發(fā)生中起到了重要作用[22]。但I(xiàn)L-18參與的細(xì)胞焦亡在鼻咽癌發(fā)病中的作用有待進(jìn)一步研究。

4 中醫(yī)藥干預(yù)細(xì)胞焦亡在鼻咽癌中的應(yīng)用價值

中國傳流醫(yī)學(xué)并沒有鼻咽癌的病名，但根據(jù)鼻咽癌的癥狀，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代鼻咽癌與《外科正宗》之言“失榮”、《醫(yī)宗金鑒·外科心法要訣》之言“石疽”、《諸病源候論·卷五十》之言“惡核”近似[33]。有學(xué)者認(rèn)為，鼻咽癌的主要病機為“氣虛染毒”，可能是人體鼻咽癌上皮細(xì)胞某些缺陷提高了局部甚至全身相關(guān)細(xì)胞對致癌因素的易感性[34]。有研究表明，中藥及其有效成分或者是一些組方對細(xì)胞焦亡參與的疾病有著明確的調(diào)控作用，例如三草降壓湯(由夏枯草、龍膽草、益母草三草以及芍藥甘草組成)可以通過調(diào)節(jié)核因子κB/NLRP3/IL-1β信號通路抑制細(xì)胞焦亡[35]，燈盞乙素可以抑制細(xì)胞內(nèi)Caspase-11的活化和消皮素d N端的生成，抑制細(xì)胞焦亡的發(fā)生[36]。Jiang等[37]研究發(fā)現(xiàn)，從紫云英提取出來的干酪素可以抑制酪蛋白誘導(dǎo)的鼻咽癌5-8F細(xì)胞Caspase-1炎癥小體的形成和炎性細(xì)胞因子的釋放，最終達(dá)到抗鼻咽癌的作用，而Caspase-1炎癥小體和炎性細(xì)胞因子與細(xì)胞焦亡密切相關(guān)。因此，通過中醫(yī)藥干預(yù)細(xì)胞焦亡或?qū)Ρ茄拾┑闹委熅哂袧撛诘膽?yīng)用價值。

5 結(jié) 語

綜上所述，細(xì)胞焦亡是主要由炎性Caspase介導(dǎo)的一種細(xì)胞程序性死亡。NLRP3炎癥小體可以激活Caspase-1，而Caspase-1則會使pro-IL-1β及pro-IL-18形成成熟的IL-1β及IL-18并引發(fā)細(xì)胞炎癥；同時，Caspase-1切割下游因子消皮素D，這些行為會在細(xì)胞膜上形成活性孔隙，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡發(fā)生。鼻咽癌的發(fā)生、發(fā)展與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，故炎癥小體/因子所引起的細(xì)胞焦亡可能在鼻咽癌中發(fā)揮重要作用。多種中藥成分以及組方對細(xì)胞焦亡具有調(diào)控作用，隨著研究的深入，中醫(yī)藥調(diào)控細(xì)胞焦亡或?qū)⒂糜诒茄拾┑姆乐巍?/p>