細(xì)胞焦亡在胃癌中的生物學(xué)作用研究進(jìn)展*

付宇蕾 羅業(yè)浩 方剛 綜述 龐宇舟 審校

細(xì)胞焦亡是由Gasdermin（GSDM）家族蛋白誘導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡，表現(xiàn)為細(xì)胞質(zhì)膜形成膜孔，細(xì)胞膜破裂，內(nèi)容物釋放[1]。在形態(tài)學(xué)特征上，發(fā)生焦亡的細(xì)胞和凋亡一樣可出現(xiàn)DNA損傷、核固縮，但細(xì)胞核較凋亡保持完整，DNA損傷程度較凋亡低，TUNEL染色呈陽性。其次，細(xì)胞焦亡過程中會形成質(zhì)膜孔隙，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹和滲透溶解，大量炎癥因子釋放[2]。隨著研究的深入，細(xì)胞焦亡在癌癥中的生物學(xué)作用日益凸顯。本文基于細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制及胃癌與細(xì)胞焦亡的相關(guān)研究探討該生物學(xué)過程在胃癌中的作用，為胃癌的治療提供新的思路。

1 細(xì)胞焦亡定義及機(jī)制

細(xì)胞焦亡的定義從發(fā)現(xiàn)至今經(jīng)過了多次變化。細(xì)胞死亡命名委員會（NCCD）在2018年將其修正為：一種依賴于Gasdermin家族蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)膜形成膜孔的可調(diào)控的細(xì)胞死亡，通常但不總因炎癥性Caspase的活化而完成[1]。

細(xì)胞焦亡涉及幾個(gè)關(guān)鍵組分：炎癥小體、Caspase家族、Gasdermin家族。

炎癥小體是一種細(xì)胞內(nèi)多蛋白信號復(fù)合物，通常圍繞模式識別受體（pattern-recognition receptors，PRR）組裝完成[2]。PRR可識別胞內(nèi)病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）、損傷信號（damage-associated molecular patterns，DAMPs）從而激活Caspase家族蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[3]。PRR家族通常包括Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）、NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）等，受體激活Caspase家族蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，但若受體上不含Caspase招募結(jié)構(gòu)域（Caspase activation and recruitment domain，CARD），則另需通過（pyrin-like domain，PYD）結(jié)構(gòu)域與含有CARD結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain，ASC）結(jié)合，最終通過CARD結(jié)構(gòu)域激活Caspase家族蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[4]。例如目前研究較多的可介導(dǎo)細(xì)胞焦亡的受體有NLRs家族，NLRs是一組種系編碼的天然免疫受體，存在于免疫細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中[5]。依據(jù)N端不同，NLRs可至少分為5大類：如包含酸性反式激活域的NLRA、包含BIR結(jié)構(gòu)域（baculoviral IAP repeat，BIR）的NLRB、包含CARD結(jié)構(gòu)域的NLRC、包含PYD結(jié)構(gòu)域的NLRP，以及NLRX族的NLRX1，一種同時(shí)缺乏CARD及PYD結(jié)構(gòu)域，但包含線粒體靶向序列的非典型N端結(jié)構(gòu)域等；非NLR家族蛋白也可形成炎性小體，如包含PYD結(jié)構(gòu)域的黑色素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2）、干擾素誘導(dǎo)蛋白16（interferon inducible protein 16，IFI16）、視黃酸誘導(dǎo)基因蛋白I（retinoic acid inducible gene，RIG-1）、Pyrin等[6]。炎癥小體形成使Caspase活化，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。

Caspase家族即含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（Cys-Asp specific proteinase）家族。該類蛋白酶以Cys為活性中心，可以識別特定序列的Asp位點(diǎn)進(jìn)行水解。Caspase家族有炎性Caspase和凋亡Caspase兩種。哺乳動(dòng)物中炎性Caspase有Caspase 1/4/5/1112[7]。凋亡的Caspase在功能上又可分為啟動(dòng)子（Caspase 8、9和10）和效應(yīng)子（Caspase 3、6和7）[8]。細(xì)胞焦亡由Caspase-1誘導(dǎo)的經(jīng)典焦亡通路和非Caspase-1誘導(dǎo)的非經(jīng)典焦亡通路，如鼠源性Caspase-11和人源性Caspase-4/-5可直接識別結(jié)合病原微生物的LPS介導(dǎo)細(xì)胞焦亡。Caspase作用于Gasdermin蛋白，并將其裂解為N端和C端。N端結(jié)構(gòu)域可作用于細(xì)胞膜上導(dǎo)致胞膜空洞，導(dǎo)致細(xì)胞裂解死亡[9]。

Gasdermin家族是焦亡的最終效應(yīng)蛋白，在被Caspase切割后，暴露活性結(jié)構(gòu)域N端，結(jié)合膜脂質(zhì)，破壞膜的完整性。如GSDMD自身的N端C端結(jié)構(gòu)處于自抑制狀態(tài)，經(jīng)Caspase切割后可以產(chǎn)生GSDMDN、GSDMD-C兩個(gè)肽段。其中GSDMD-N可以結(jié)合膜脂質(zhì)，破壞其完整性，使細(xì)胞膜破裂引起焦亡[10]。其他的家族成員GSDMC、GSDME、GSDMA也具有這種功能[11]。

綜上所述，細(xì)胞焦亡有經(jīng)典炎癥小體信號通路和非經(jīng)典炎癥小體信號通路：經(jīng)典炎癥小體信號通路中，病原及損傷性信號、活化炎癥小體受體和（或）與銜接蛋白結(jié)合活化Caspase-1，介導(dǎo)IL-1/IL-18活化的同時(shí)剪切Gasdermin蛋白，暴露蛋白特定活性端，結(jié)合膜脂質(zhì)，破壞其完整性，使細(xì)胞膜破裂引起焦亡；非經(jīng)典炎癥小體信號通路中胞內(nèi)菌LPS直接活化部分Caspase蛋白，剪切Gasdermin蛋白，介導(dǎo)細(xì)胞焦亡。

2 胃癌與細(xì)胞焦亡

胃癌的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的、多因素、多階段的事件。從胃炎、腸上皮化生、低級別上皮內(nèi)瘤變、高級別上皮內(nèi)瘤變到胃癌的發(fā)生、發(fā)展確切機(jī)制尚不明確。其涉及生物學(xué)過程繁多，包括 DNA氧化損傷、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性、體細(xì)胞突變、原癌基因和抑癌基因的改變、細(xì)胞黏附分子、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞焦亡、血管生成、組織浸潤和轉(zhuǎn)移等[12]。其中細(xì)胞焦亡與癌癥的關(guān)系是復(fù)雜的，在不同的組織遺傳背景下，細(xì)胞焦亡對癌癥的影響是不同的。一方面，細(xì)胞焦亡可以抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展；另一方面，細(xì)胞焦亡作為促炎性死亡的一種，可以為腫瘤細(xì)胞的生長形成適宜的微環(huán)境，從而促進(jìn)腫瘤的生長。

2.1 細(xì)胞焦亡可能促進(jìn)胃癌發(fā)展

炎癥可促進(jìn)胃癌的發(fā)生發(fā)展，炎癥促使慢性胃炎向胃癌轉(zhuǎn)化。例如幽門螺桿菌可以在NLR家族成員（如NLRP3、NLRC4、NLRP6、NLRP7和NLRP12）的幫助下誘導(dǎo)caspase-1介導(dǎo)的proIL-1β和proIL-18向IL-1β/ IL-18轉(zhuǎn)化，促炎因子繼續(xù)募集免疫細(xì)胞構(gòu)成局部免疫網(wǎng)絡(luò)[13]誘導(dǎo)細(xì)胞的“炎-癌”轉(zhuǎn)化。此外，炎性細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），也會在惡變前細(xì)胞中誘導(dǎo)活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)的積累[14]。當(dāng)DNA損傷發(fā)生在癌基因或抑癌基因所在的位置時(shí)，它將導(dǎo)致癌基因的解鎖以及抑癌基因的功能喪失突變[15]。一旦惡性或幼稚腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)，腫瘤本身就可能引發(fā)癌癥相關(guān)的炎癥。癌組織中的炎性微環(huán)境在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，血管生成和轉(zhuǎn)移方面起到重要作用，同時(shí)炎性環(huán)境還使癌癥對免疫攻擊的抵抗力增強(qiáng)[16]。

GSDMB在大多數(shù)正常胃組織中不表達(dá)，大多數(shù)癌前病變組織中GSDMB呈中度表達(dá)，而大多數(shù)癌組織中GSDMB表達(dá)水平較高，對GSDMB進(jìn)行擴(kuò)增后的平板克隆實(shí)驗(yàn)顯示其對胃癌細(xì)胞無生長抑制作用，這些發(fā)現(xiàn)表明GSDMB可能是一種癌基因，其過度表達(dá)可能與腫瘤的侵襲有關(guān)[17-18]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在消化道上皮腫瘤中高表達(dá)的GSDMB能被細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞分泌的顆粒酶A切割，誘導(dǎo)癌細(xì)胞焦亡[19]。

有研究發(fā)現(xiàn)3/4的腸型胃癌中過度表達(dá)的炎癥小體接頭蛋白ASC，在胃炎中未發(fā)現(xiàn)過度表達(dá)，其效應(yīng)因子IL-18促進(jìn)了胃癌的發(fā)展[20]。上述研究提示細(xì)胞焦亡可能部分程度上在胃癌發(fā)生發(fā)展中起促進(jìn)作用。

2.2 細(xì)胞焦亡也有抗癌作用

CD8+T細(xì)胞通過細(xì)胞焦亡殺死腫瘤細(xì)胞，這可能與細(xì)胞焦亡可協(xié)同增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICIs）抗腫瘤作用相關(guān)，甚至在ICI抵抗腫瘤中也顯示此療效[21]。癌細(xì)胞具有逃脫程序性細(xì)胞死亡并進(jìn)入永生階段的能力，在細(xì)胞焦亡方面也不例外，研究表明GSDME的啟動(dòng)子在多種癌癥細(xì)胞被甲基化，這一表觀修飾抑制GSDME在癌細(xì)胞的表達(dá)[22]。有研究對89例原發(fā)癌組織中GSDME基因甲基化模式進(jìn)行分析，其中52%的組織顯示GSDME啟動(dòng)子甲基化異常。與轉(zhuǎn)染空載體的細(xì)胞相比，轉(zhuǎn)染GSDME的癌細(xì)胞克隆數(shù)和細(xì)胞生長抑制率降低[23]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)來自殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK）的顆粒酶（granzyme B，GzmB）能夠直接切割GSDME，激活癌細(xì)胞焦亡，抑制腫瘤生長，這一抑制作用依賴自然殺傷細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞的介導(dǎo)[24]。部分研究從側(cè)面證實(shí)了這一觀點(diǎn)，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑（histone methyltransferase inhibition，HMTi）BIX01294可通過激活胃癌細(xì)胞中的自噬潮，誘導(dǎo)GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，提高化療藥物的療效[25]。二甲雙胍可通過Caspase3-GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡抑制癌細(xì)胞[26]。化療可通過BAK/Bax-Caspase-3-GSDME途徑介導(dǎo)癌細(xì)胞焦亡[27]，但也有研究顯示，Gsdme-/-小鼠不受化療藥物引起的各種組織損傷和體重減輕的影響[28]。因此體內(nèi)環(huán)境下的細(xì)胞焦亡更偏向宿主抗癌還是腫瘤發(fā)展尚待進(jìn)一步研究。

GSDMA在上消化道中表達(dá)，但在胃癌細(xì)胞中沉默，通過調(diào)增GSDMA的表達(dá)可抑制癌細(xì)胞增殖，且GSDMC、GSDMD與GSDMA具有相同效應(yīng)，共同被認(rèn)為抑癌基因[17]。但一項(xiàng)研究表明在人胃癌細(xì)胞系中恢復(fù)GSDMA可以增加它們對轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）誘導(dǎo)的凋亡的敏感性[29]，因此GSDMA的抑癌作用是否與細(xì)胞焦亡相關(guān)尚不明確。

有研究表明[30]，GSDMD在大多數(shù)胃癌組織中表達(dá)降低，在胃癌細(xì)胞系（MKN-28、MKN-45、SGC7901、BGC823和AGS）中，GSDMD的表達(dá)較正常人胃上皮細(xì)胞系低，且在進(jìn)一步體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)GSDMD的低表達(dá)能明顯促進(jìn)腫瘤的增殖，下調(diào)的GSDMD可能通過激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3和 PI3K/AKT信號通路，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白，促進(jìn)胃癌細(xì)胞S/G2轉(zhuǎn)變。GSDMD水平低的裸鼠腫瘤體積更大。上述數(shù)據(jù)表明GSDMD在胃癌中具有抑癌作用。

炎癥小體也可能是胃癌的抑制因子。NLRC4炎癥小體在胃癌中的表達(dá)高于正常胃上皮細(xì)胞[31]，有研究表明，NLRP6的表達(dá)降低與胃癌患者的不良預(yù)后相關(guān)，上調(diào)NLRP6可能抑制胃癌的進(jìn)展[32]。

3 細(xì)胞焦亡在胃癌治療中的臨床應(yīng)用潛力

化學(xué)療法藥物通常通過凋亡途徑抑制腫瘤細(xì)胞的生長。然而，腫瘤細(xì)胞通過逃避凋亡而變得對化學(xué)療法藥物具有抗性。因此有必要尋找新的方法誘導(dǎo)其他類型的細(xì)胞死亡從而抑制腫瘤生長，而細(xì)胞焦亡則在癌癥治療中顯示出較好的前景和潛力。

3.1 藥物誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡可抑制胃癌生長

許多臨床治療胃癌的藥物可以誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，抑制腫瘤生長。這些藥物包括DNA結(jié)合/修飾化合物阿霉素、順鉑和放線菌素-D以及拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑拓?fù)涮婵?、CPT-11、依托泊苷、米托蒽醌、曲美替尼、厄洛替尼、克利替尼和洛鉑等[33]。其他在臨床或?qū)嶒?yàn)研究中對胃癌顯示出一定療效的藥物或化合物也會引起腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞焦亡。這些藥物包括伊維菌素、omega-3二十二碳六烯酸（omega-3 docosahexaenoic acid，DHA）、小檗堿，花青素，二甲雙胍，以及Polo樣激酶1（Polo-like kinase 1，PLK1）抑制劑BI2536[33]。Caspase-1依賴的細(xì)胞焦亡途徑伴隨著炎性細(xì)胞因子IL-1和IL-18的釋放，IL-1R拮抗劑如阿那白滯素Anakinra可阻斷IL-1R信號通路的激活，從而抑制IL-1通路，抑制腫瘤生長[34]。黃獨(dú)素B （Diosbulbin B，DB）可通過激活腫瘤固有的PD-L1/NLRP3信號通路介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，從而增加順鉑對胃癌的敏感性[35]。但并非所有證據(jù)都表明藥物可通過促進(jìn)焦亡達(dá)到抑癌作用，多項(xiàng)研究表明雙硫侖可抑制胃癌細(xì)胞增殖具有抗腫瘤作用，但它也可通過阻斷Gasdermin D介導(dǎo)的質(zhì)膜孔的形成來抑制細(xì)胞焦亡[36]。

3.2 作為生物標(biāo)記物診斷和評估胃癌預(yù)后

細(xì)胞焦亡各組分關(guān)鍵蛋白在胃癌中呈現(xiàn)差異表達(dá)，有作為診斷胃癌生物學(xué)標(biāo)志物的潛力。如GSDMB在大多數(shù)正常胃組織中不表達(dá)，大多數(shù)癌前病變組織中GSDMB呈中度表達(dá)，而大多數(shù)癌組織中GSDMB表達(dá)水平較高[18]，GSDMA在上消化道中表達(dá)，但在胃癌細(xì)胞中沉默[17]，GSDMD水平低的裸鼠腫瘤體積更大[30]，炎癥小體接頭蛋白ASC在3/4的腸型胃癌中過度表達(dá)，但在胃炎中未發(fā)現(xiàn)過度表達(dá)[20]，NLRP6的表達(dá)降低與胃癌患者的不良預(yù)后相關(guān)，上調(diào)NLRP6抑制胃癌的進(jìn)展[32]。提示上述相關(guān)因子或可作為診斷胃癌或評估預(yù)后的生物標(biāo)記物。

4 結(jié)語與展望

胃癌是全球第五大最常見的癌癥和第三大最常見的癌癥死亡原因。其主要原因是胃癌未得到有效防治。胃癌是一種在分子和表型上高度異質(zhì)的疾病。早期胃癌的主要治療方法是內(nèi)窺鏡切除術(shù)。不可早期手術(shù)的胃癌通過選用手術(shù)輔助化療方式治療，晚期胃癌采用連續(xù)化療方案治療，但中位生存期不到1年。化療藥物通常通過凋亡途徑抑制腫瘤細(xì)胞的生長，然而，腫瘤細(xì)胞會通過逃避凋亡而變得對化療藥物具有抗性。因此有必要尋找新的方法誘導(dǎo)其他類型的細(xì)胞死亡從而抑制腫瘤生長。細(xì)胞焦亡是新近發(fā)現(xiàn)的一種炎性細(xì)胞死亡。越來越多的臨床疾病，如動(dòng)脈粥樣硬化和癌癥，被發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞焦亡密切相關(guān)。然而，目前細(xì)胞焦亡的研究尚處于初級階段，特別是腫瘤細(xì)胞中的細(xì)胞焦亡，因其是一種炎性細(xì)胞死亡，伴隨著IL-1和IL-18等炎性細(xì)胞因子的釋放，如果這些炎性細(xì)胞因子沒有得到很好的控制，它們通常會增加血管生成和侵襲，并抑制免疫系統(tǒng)對癌細(xì)胞的破壞。因此細(xì)胞焦亡在促癌變和抗癌之間哪一方面占據(jù)主導(dǎo)，其關(guān)鍵影響因素如何值得進(jìn)一步研究。同時(shí)細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵蛋白Gasdermin家族分別有抑癌和促癌兩種效應(yīng)表現(xiàn)，其存在怎樣的平衡，尋找某種途徑調(diào)控這種平衡是治療胃癌的可行方向之一。綜上所述，目前對胃癌與焦亡的關(guān)系仍缺乏深入研究，該生物學(xué)過程的研究能夠?yàn)槲赴┑脑\斷提供新的思路及線索，為胃癌的治療尋找新的靶點(diǎn)和優(yōu)化方案。