細(xì)胞焦亡對哮喘發(fā)病機(jī)制影響進(jìn)展

劉珊 羅建江 郭楠楠

2. 830000 新疆 烏魯木齊，新疆醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院

支氣管哮喘(簡稱哮喘)是一種以氣道慢性炎癥為特性的呼吸系統(tǒng)疾病，目前對其發(fā)病機(jī)制并未完全研究清楚，主要集中于氣道炎癥機(jī)制、免疫調(diào)節(jié)機(jī)制、遺傳及環(huán)境因素以及神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制等方面[1]。而在炎癥的發(fā)生機(jī)制中，細(xì)胞焦亡是近年來發(fā)現(xiàn)并證實(shí)的一種新的程序性細(xì)胞死亡方式，其特征為被激活的消皮素D(Gasdermin D，GSDMD)在細(xì)胞膜打孔，使細(xì)胞內(nèi)外滲透壓改變，細(xì)胞外物質(zhì)流入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞最終破裂，大量促炎癥因子被釋放[2]。所以細(xì)胞焦亡又有另一個(gè)稱號——細(xì)胞炎性壞死[3]。細(xì)胞焦亡是機(jī)體內(nèi)所固有的免疫反應(yīng)，可以幫助機(jī)體識別危險(xiǎn)信號，防止感染性疾病發(fā)生，發(fā)揮著保護(hù)機(jī)體的作用[4]。一定程度的細(xì)胞焦亡可清除致病微生物，但是過多的細(xì)胞焦亡會使大量的炎癥因子釋放，超過機(jī)體的清除能力，從而誘發(fā)或加重炎癥反應(yīng)[5]。在呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制研究中，細(xì)胞焦亡近年來也逐漸成為熱點(diǎn)問題之一，特別是在呼吸道感染以及哮喘、COPD等慢性氣道炎性疾病中[6]。而本文主要針對細(xì)胞焦亡對哮喘發(fā)病機(jī)制影響的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

細(xì)胞焦亡的機(jī)制

現(xiàn)有研究表明，細(xì)胞焦亡的發(fā)生，存在經(jīng)典和非經(jīng)典路徑[7]。經(jīng)典路徑主要是依賴Caspase-1發(fā)揮作用。細(xì)胞內(nèi)的模式識別受體可在危險(xiǎn)信號的刺激下充當(dāng)感受器，使受體蛋白NLR與接頭蛋白ASC相連接 ，形成可使Caspase-1激活的多蛋白復(fù)合物。這種危險(xiǎn)信號主要包括細(xì)菌、病毒等外源性危險(xiǎn)信號和機(jī)體受損時(shí)釋放的應(yīng)激因子的內(nèi)源性危險(xiǎn)信號。Caspase-1 被活化后可割裂Gasdermin 蛋白，形成具有GSDMD N端活性結(jié)構(gòu)域的肽段，可使胞膜穿孔、細(xì)胞內(nèi)外滲透壓改變，細(xì)胞外物質(zhì)大量進(jìn)入胞內(nèi)，使細(xì)胞破裂壞死，釋放大量炎癥因子，誘發(fā)或加重機(jī)體的炎癥反應(yīng)。另外，活化的Caspase-1也可切割I(lǐng)L-18和IL-1β的前體，將它們活化后釋放到細(xì)胞外，適度的IL-1β和IL-18活性炎癥因子釋放，可與周圍的免疫細(xì)胞結(jié)合清除病原體，反之過度，則使大量炎癥細(xì)胞堆積，惡化機(jī)體的炎癥反應(yīng)。非經(jīng)典路徑的細(xì)胞焦亡依靠Caspase-4、5、11起作用。Caspase-4、5、11可直接與細(xì)菌脂多糖(LPS)結(jié)合而使細(xì)胞壞死，參與炎癥反應(yīng)。其作用機(jī)制同樣是在危險(xiǎn)信號的刺激下，Caspase-4、5、11被激活剪切GSDMD，形成含有GSDMD N端活性域的肽段，一方面促使細(xì)胞破裂壞死，擴(kuò)大機(jī)體炎癥反應(yīng)[8]。另一方面，它們也參與到Caspase-1的活化中，將IL-1β和IL-18活性因子釋放到胞外，誘使炎癥細(xì)胞聚集，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，除了GSDMD以外，GSDME也可對Caspase-3的進(jìn)行特異性切割，形成有活性的N端，經(jīng)證實(shí)，有活性的N端可進(jìn)一步引起細(xì)胞焦亡[9]。

經(jīng)典通路中Caspase-1的激活離不開炎性小體。炎性小體由特殊接頭蛋白( apoptosis-associated speck-like protein，ASC )，模式識別受體( pattern recognition receptors，PRR)和半胱氨酸蛋白酶-1前體(pro-Caspase-1)構(gòu)成[10]。當(dāng)病原體侵襲機(jī)體時(shí),免疫系統(tǒng)通過PRR感應(yīng)和識別危險(xiǎn)信號。依據(jù)受體蛋白的異同，將炎癥小體又分為多種亞型，包括NLRP3、NLRC4、AIM2、NLRP1等等，其中，NLRP3已證實(shí)與多種疾病相關(guān)，它參與機(jī)體的多種致病微生物導(dǎo)致的免疫活動[11]。然而，就目前的研究發(fā)現(xiàn)，炎性小體在無菌性炎癥和代謝性疾病的發(fā)病機(jī)制中也扮演著重要的角色，雖然目前對這些疾病中NLRP3的激活機(jī)制研究尚未明確，但NLRP3的激活可以依靠權(quán)威和非權(quán)威的兩條通路已被證明[12]。另外，一些新的激活機(jī)制也被提出，例如在真菌感染和革蘭陰性細(xì)菌感染中，F(xiàn)as死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白(Fas-associating protein with a novel death domain, FADD)和Caspase-8，使可溶性的配體氧化為結(jié)晶或原纖維，進(jìn)而激發(fā)NLRP3[13]。

細(xì)胞焦亡對于哮喘機(jī)制的研究進(jìn)展

哮喘的主要特點(diǎn)為氣道慢性炎癥和氣道高反應(yīng)性，可涉及多種細(xì)胞和細(xì)胞成分。其臨床表現(xiàn)多為反復(fù)性喘鳴、呼吸困難、胸悶和咳嗽，多在夜間或清晨發(fā)作、加重，同時(shí)伴不同程度氣流受限[1]。哮喘是臨床上最常見的慢性病之一，發(fā)病率高，嚴(yán)重影響著人們的健康水平和生活質(zhì)量，目前對于哮喘的治療主要是防止發(fā)作和降低進(jìn)一步惡化風(fēng)險(xiǎn)。哮喘的發(fā)病機(jī)制研究目前尚未完全清楚，多集中于氣道炎癥、免疫調(diào)節(jié)、氣道重塑及神經(jīng)調(diào)節(jié)等[14]。同時(shí)也有報(bào)道顯示，支氣管哮喘發(fā)病和細(xì)胞自噬[15]、凋亡[16]相關(guān)。

有研究表明，炎性小體和炎性小體相關(guān)細(xì)胞因子與哮喘的發(fā)生密切相關(guān)[17-18]。細(xì)胞焦亡的經(jīng)典通路中Caspase-1的激活離不開炎性小體。研究顯示，人鼻病毒感染的 IL-1β 調(diào)節(jié)因子，包括NLRP3 和NLRC5[19]。而人鼻病毒感染參與到哮喘發(fā)作和加重的整個(gè)過程中[20]。Menzel[21]等研究表明Caspase-1在鼻病毒RV16 感染的哮喘患者的支氣管上皮細(xì)胞中，有較高水平的表達(dá)，而且在房塵螨刺激后，Caspase-1 缺陷小鼠與野生型小鼠相比，其嗜酸性粒細(xì)胞明顯增多。 Zhang[18]等人研究發(fā)現(xiàn)IL-1β、 NLRP3 mRNA在哮喘小鼠肺組織中表達(dá)水平，比正常小鼠高。Liu[22]等人研究也發(fā)現(xiàn)促炎細(xì)胞因子IL-1β，在哮喘患者氣道上皮細(xì)胞中的表達(dá)水平也很高，NLRP3炎性體被激活并參與哮喘的炎癥。以上結(jié)果均可表明細(xì)胞焦亡參與到哮喘的發(fā)病機(jī)制中，可誘發(fā)或加重氣道炎性反應(yīng)。

細(xì)胞焦亡與 gasdermin ( GSDM) 家族蛋白的關(guān)系已被闡明，GSDM 由 6 種成員蛋白 ( GSDMA， GSDMB，GSDMC，GSDMD，GSDME 和 Pejvakin ) 組成，且Gasdermin 基因家族共享 45%的同源序列，其中 GSDMB 基因多態(tài)性與哮喘發(fā)病高度相關(guān)[23]。Acevedo[24]等人研究發(fā)現(xiàn)GSDMB(Gasdermin B)和ORMDL3(ORMDL鞘脂生物合成調(diào)節(jié)劑3)中的單核苷酸多態(tài)性(SNP)與兒童哮喘密切相關(guān)。有研究表明，當(dāng)刪除剪接變異體 rs11078928 上的全部外顯子 6( 編碼 13 個(gè) GSDMB 釋放的 N 端關(guān)鍵氨基酸) 時(shí)，細(xì)胞焦亡現(xiàn)象消失，刪除剪接變異體可降低哮喘發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[25]。

然而在哮喘的發(fā)病中細(xì)胞焦亡的作用仍存在爭議，Allen[26]等人使用多種過敏性哮喘模型來檢查NLRP3的生理作用，發(fā)現(xiàn)除了OVA模型外，并沒有檢測到NLRP3在急性或慢性屋塵螨Ag暴露誘導(dǎo)的過敏性氣道疾病發(fā)生中的作用，且在所有過敏性氣道疾病模型中，肺中NLRP3炎性體相關(guān)細(xì)胞因子IL-1β和IL-18均低于檢測水平。但此次研究主要集中于嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘發(fā)病機(jī)制上，而忽略了哮喘的其他表型，比如因?yàn)楹粑朗艿礁腥净蛘呤芸諝馕廴居绊懚l(fā)的嗜中性粒細(xì)胞哮喘[27]。Simpson[28]等人便發(fā)現(xiàn)嗜中性粒細(xì)胞哮喘中的NLRP3，Caspase-1，Caspase-4，Caspase-5和IL-1β的基因表達(dá)水平顯著升高。不僅如此，Kim[29]等人發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體反應(yīng)，可驅(qū)動實(shí)驗(yàn)性嚴(yán)重的類固醇耐藥性哮喘，并且是該病的潛在醫(yī)治靶標(biāo)。Zhang[18]等人通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肥胖的哮喘小鼠的氣道高反應(yīng)性，氣道炎癥，促炎細(xì)胞因子水平和NLRP3 mRNA，IL-1βmRNA表達(dá)顯著增加，認(rèn)為NLRP3炎性小體可能在肥胖哮喘中起作用。

小 結(jié)

細(xì)胞焦亡作為機(jī)體重要的天然免疫反應(yīng)，在幫助機(jī)體清除和抵抗致病微生物上，發(fā)揮著極大的作用，然而當(dāng)Caspase-1被過度激活時(shí)，機(jī)體內(nèi)大量細(xì)胞破裂壞死，IL-1β和IL-18活性炎癥因子釋放過多，炎癥細(xì)胞聚集，則會誘發(fā)或加重多種炎癥和免疫性疾病。哮喘是一種特異性氣道炎癥疾病。研究證實(shí)，哮喘患者的支氣管上皮細(xì)胞上的NLRP3，Caspase-1，Caspase-4，Caspase-5和IL-1β的基因表達(dá)極高。另外當(dāng)細(xì)胞焦亡現(xiàn)象消失，刪除剪接變異體可降低哮喘發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，細(xì)胞焦亡與哮喘的發(fā)病機(jī)制息息相關(guān)。雖然細(xì)胞焦亡對于哮喘發(fā)病機(jī)制的研究現(xiàn)在仍存在諸多爭議，但主要存在于細(xì)胞焦亡在嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘的發(fā)病機(jī)制當(dāng)中，而對于其他表型，如嗜中性粒細(xì)胞型哮喘，細(xì)胞焦亡已被證實(shí)參與其發(fā)病機(jī)制中。因此，當(dāng)前仍然需要更加深入研究細(xì)胞焦亡在不同類型哮喘的發(fā)病機(jī)制中所發(fā)揮的作用。通過對目前細(xì)胞焦亡的研究，我們不妨猜測，在氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性、氣道重塑，免疫調(diào)節(jié)、環(huán)境因素等與哮喘發(fā)作機(jī)制相關(guān)的各方面中，細(xì)胞焦亡都參與其中，當(dāng)然，這一假設(shè)仍然有待進(jìn)一步證實(shí)，這也為哮喘發(fā)病機(jī)制研究，提供了新思路，可為哮喘的診治提供更多的手段和方法。