細(xì)胞焦亡和炎性小體在妊娠相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

張小蕾，鄧東銳

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢 430030)

妊娠對(duì)母體來(lái)說(shuō)是一種免疫炎癥平衡挑戰(zhàn)，胎兒和胎盤(pán)作為一種半異體移植物，同時(shí)表達(dá)母系和父系抗原，故炎癥反應(yīng)貫穿整個(gè)妊娠過(guò)程，包括胚胎著床、胎兒生長(zhǎng)發(fā)育、妊娠維持和分娩啟動(dòng)等[1]。母胎免疫耐受與炎癥的平衡是成功妊娠的關(guān)鍵，當(dāng)平衡被打破則可能導(dǎo)致妊娠相關(guān)疾病的發(fā)生。

細(xì)胞焦亡(pyroptosis)，又稱(chēng)細(xì)胞炎性壞死，是一種依賴(lài)Gasdermin(GSDM)蛋白家族的細(xì)胞程序性死亡。其參與調(diào)節(jié)宿主病原體防御和免疫炎癥中樞過(guò)程，在維持機(jī)體免疫炎癥平衡中至關(guān)重要。與細(xì)胞凋亡等其他細(xì)胞死亡方式相比，細(xì)胞焦亡發(fā)生速度更快，特征為膜孔形成，細(xì)胞迅速腫脹增大直至細(xì)胞裂解、釋放大量促炎因子進(jìn)而激活強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)[2]。炎性小體是一種胞質(zhì)多聚蛋白復(fù)合物，激活后可介導(dǎo)包括GSDM家族在內(nèi)的多種炎性蛋白裂解，與細(xì)胞焦亡密切相關(guān)[3]。本文就細(xì)胞焦亡和炎性小體在妊娠生理和妊娠疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞焦亡和炎性小體的分子機(jī)制

細(xì)胞焦亡信號(hào)通路分為經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑[2,4]。在經(jīng)典途徑中，細(xì)胞模式受體(pattern recognition receptors，PRRs)識(shí)別病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)激活下游通路，炎性小體在細(xì)胞質(zhì)中開(kāi)始組裝。炎性小體由受體蛋白、接頭分子和效應(yīng)分子三部分構(gòu)成，受體蛋白主要有核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)樣受體1(NOD-like receptors protein 1，NLRP1)、NOD樣受體3(NOD-like receptors protein 3，NLRP3)、NOD樣受體4(NLR family CARD domain-containing protein 4,NLRC4)、黑色素瘤2缺失蛋白(absent in melanoma 2,AIM2)以及Pyrin；接頭蛋白為凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein contain a CARD,ASC)；效應(yīng)分子為半胱氨酸蛋白酶1前體蛋白(procaspase-1)[3-4]。炎性小體的組裝完成最終使procaspase-1裂解為具有催化活性的半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)，并切割Gasdermin D(GSDMD)蛋白釋放其N(xiāo)端結(jié)構(gòu)域(GSDMD-N)以誘導(dǎo)細(xì)胞膜穿孔，釋放細(xì)胞內(nèi)容物；同時(shí)，活化的caspase-1切割白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和IL-18前體，形成具有活性的IL-1β和IL-18并釋放至胞外，招募炎性細(xì)胞聚集并誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，促進(jìn)炎癥發(fā)生。

不同于依賴(lài)caspase-1的細(xì)胞焦亡經(jīng)典途徑，非經(jīng)典途徑是由半胱氨酸蛋白酶-4/-5/-11(caspase-4/-5/-11)介導(dǎo)。進(jìn)入胞質(zhì)的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)與人caspase-4/-5(小鼠capasse-11)結(jié)合，GSDMD被切割并釋放N端結(jié)構(gòu)域，一方面誘導(dǎo)細(xì)胞穿孔釋放內(nèi)容物；另一方面可誘導(dǎo)NLRP3激活，促進(jìn)GSDMD切割及釋放具有活性的IL-1β和IL-18[2]。

2 細(xì)胞焦亡、炎性小體與妊娠生理

體外研究顯示，LPS刺激可誘導(dǎo)妊娠早期的滋養(yǎng)細(xì)胞、蛻膜間質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)膜細(xì)胞NLRP1、NLRP3、NLRC4、caspase-1和IL-1β表達(dá)[5]。NOD樣受體7(NOD-like receptors protein 7,NLRP7)可通過(guò)調(diào)控滋養(yǎng)細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲參與胎盤(pán)形成[6]。與足月妊娠未啟動(dòng)孕婦比較，足月分娩啟動(dòng)者的羊水、胎盤(pán)、胎膜及子宮肌層中NLRP3、caspase-1和炎性因子表達(dá)均增強(qiáng)[7]。另一項(xiàng)研究也顯示，足月分娩啟動(dòng)孕婦胎膜中NLRP7炎性小體和唾液支原體較對(duì)照組增加。值得注意的是，在予唾液支原體源性配體成纖維細(xì)胞刺激脂肽-1(fibroblast-stimulating lipopeptide-1,FSL-1)進(jìn)一步誘導(dǎo)人原代羊膜上皮細(xì)胞后，NLRP7炎性小體激活、GSDMD介導(dǎo)細(xì)胞膜孔形成及細(xì)胞焦亡發(fā)生[8]。以上研究提示，炎性小體激活和其介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡可能不僅參與妊娠期母胎界面的免疫防御，還在胎盤(pán)形成、分娩啟動(dòng)等妊娠生理過(guò)程中扮演重要角色。

3 細(xì)胞焦亡、炎性小體與妊娠相關(guān)疾病

3.1 復(fù)發(fā)性流產(chǎn) 復(fù)發(fā)性流產(chǎn)(recurrent spontaneous abortion,RSA)是指妊娠28周前發(fā)生3次或3次以上的胎兒丟失，目前病因尚不明確，母胎之間的免疫炎癥失衡是RSA可能發(fā)病機(jī)制之一[9]。Zhu等[10]選取75例RSA和75例早期終止妊娠者的蛻膜進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RSA組的高移動(dòng)性區(qū)域框1(high mobility area box 1,HMGB1)及其受體晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(the receptor for advanced glycation end-products,RAGE)、Toll樣受體2(toll-like receptor 2,TLR2)、Toll樣受體4(toll-like receptor 4,TLR4)、NLRP3、caspase-1、GSDMD和NF-κB明顯升高；在RSA小鼠模型中觀察到同樣結(jié)果，并進(jìn)一步予阿司匹林處理后，HMGB1、RAGE、TLR2、TLR4及NLRP3炎性小體成分表達(dá)降低。這證實(shí)了NLRP3炎性小體參與RSA發(fā)生的可能機(jī)制，并為阿司匹林在RSA中的應(yīng)用提供了理論支持。

研究發(fā)現(xiàn)，RSA孕婦組子宮內(nèi)膜中NLRP3炎性小體成分較對(duì)照組明顯升高[11-12]。Tersigni等利用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)外周血中LPS水平，51Cr-EDTA方法檢測(cè)腸通透性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RSA女性外周血LPS水平和腸通透性增高。該研究團(tuán)隊(duì)提出假說(shuō),即RSA女性腸通透性增加可能激活外周循環(huán)免疫，從而激活子宮內(nèi)膜中炎性小體參與的固有免疫反應(yīng)導(dǎo)致RSA發(fā)生[12]。Lu等[13]發(fā)現(xiàn)，RSA孕婦組較正常妊娠組的外周血中NLRP3升高，且與CD4+IL-17A+的mRNA表達(dá)呈正相關(guān)，而與CD4+CD25+Treg的mRNA呈負(fù)相關(guān)，這提示NLRP3可能通過(guò)影響Treg/Th17平衡參與RSA發(fā)生。綜上，細(xì)胞焦亡和炎性小體可能通過(guò)多種方式參與RSA的發(fā)生發(fā)展，進(jìn)一步探究其具體分子機(jī)制，將有望為防治不明原因RSA提供新策略。

3.2 早產(chǎn) 早產(chǎn)是指妊娠不足37周分娩，發(fā)病率約12%，是導(dǎo)致新生兒死亡的主要原因。早產(chǎn)分娩啟動(dòng)的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，母胎界面炎癥反應(yīng)是誘發(fā)分娩啟動(dòng)的重要原因[14]。2008年Gotsch等[15]首次發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞焦亡和分娩啟動(dòng)之間的聯(lián)系。在該項(xiàng)研究中，足月分娩啟動(dòng)孕婦羊水中caspase-1水平高于足月分娩未啟動(dòng)者；而合并宮內(nèi)感染的自發(fā)性早產(chǎn)孕婦羊水中caspase-1水平較未合并感染的自發(fā)性早產(chǎn)組和足月孕婦組均明顯升高。另一項(xiàng)研究將自發(fā)性早產(chǎn)分娩啟動(dòng)孕婦根據(jù)是否合并急性絨毛膜炎分為兩組，結(jié)果顯示，合并急性絨毛膜炎者(37例)較無(wú)絨毛膜炎者(33例)絨毛膜組織中的多種炎性小體(NLRP1、NLRP3、NLRC4、NOD2)及caspase-4被激活[16]。Zhu等[17]也證實(shí)，NLRP1、NLRP3、AIM2和NLRC4炎性小體mRNA及蛋白水平在足月/未足月胎膜早破孕婦胎膜及胎盤(pán)中均明顯增加，且與胎膜早破重要發(fā)病因素之一的含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶-4(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 4,ADAMTS4)水平呈正相關(guān)。此外，NLRP6與caspase-1在合并絨毛膜炎的未足月胎膜早破孕婦血清和胎膜中升高[18]，這可能與病原體入侵誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)發(fā)生胎膜早破有關(guān)。以上結(jié)果提示，細(xì)胞焦亡經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑可能均參與早產(chǎn)發(fā)生。

在LPS誘導(dǎo)羊膜腔感染的小鼠自發(fā)性早產(chǎn)模型研究中，早產(chǎn)組胎膜和底蛻膜NLRP3炎性小體較對(duì)照組明顯增加，而進(jìn)一步予NLRP3抑制劑MCC950處理早產(chǎn)組，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)率降低,胎鼠結(jié)局得到改善[19]。另一項(xiàng)體內(nèi)外聯(lián)合實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TANK結(jié)合激酶1(TANK-binding kinase 1,TBK1)抑制劑氨來(lái)占諾可通過(guò)調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物雷帕霉素復(fù)合物靶點(diǎn)1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)信號(hào)通路抑制NLRP3炎性小體激活，從而改善炎性妊娠合并癥[20]。多不飽和脂肪酸亦被證實(shí)可通過(guò)下調(diào)NLRP1、AIM2炎性小體抑制早產(chǎn)分娩啟動(dòng)[21]。以上研究為炎性小體參與早產(chǎn)發(fā)生提供了支持依據(jù)，抑制炎性小體激活或許是未來(lái)研究早產(chǎn)防治的新方向。

3.3 子癇前期 子癇前期是累及多器官的妊娠特發(fā)性疾病，發(fā)病率約3%～5%，嚴(yán)重威脅母嬰健康[22]。局部氧供和(或)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足可誘導(dǎo)滋養(yǎng)細(xì)胞死亡，導(dǎo)致內(nèi)皮激活和母體系統(tǒng)炎性介質(zhì)釋放，這些內(nèi)源性介質(zhì)即為DAMPs，包括胎兒游離DNA、尿酸、活性氧、HMGB1等。DAMPs是炎性小體重要的內(nèi)源性信號(hào)[2]，當(dāng)炎性小體被激活后可釋放促炎因子造成血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷或滋養(yǎng)細(xì)胞功能障礙致子癇前期發(fā)生。在早發(fā)型子癇前期胎盤(pán)組織中，細(xì)胞焦亡的重要執(zhí)行者GSDMD上調(diào)；進(jìn)一步構(gòu)建滋養(yǎng)細(xì)胞缺氧模型模擬子癇前期病理環(huán)境，發(fā)現(xiàn)低氧可激活非折疊蛋白反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，通過(guò)硫氧還蛋白結(jié)合蛋白(thioredoxin-interacting protein,TXNIP)誘導(dǎo)滋養(yǎng)細(xì)胞NLRP3炎性小體激活并發(fā)生細(xì)胞焦亡，釋放炎性因子IL-1β、IL-18[23]。人組織標(biāo)本和小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果示，細(xì)胞外囊泡通過(guò)激活母體血小板和滋養(yǎng)細(xì)胞中NLRP3炎性小體，誘導(dǎo)胎盤(pán)無(wú)菌性炎癥和子癇前期發(fā)生，而抑制這一途徑可減輕子癇前期癥狀[24]。另有研究顯示，AIM2作為細(xì)胞質(zhì)中DNA感受器，可被胎兒游離DNA刺激后活化，上調(diào)其介導(dǎo)的IL-8、IL-6、C-C基序趨化因子配體2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致子癇前期發(fā)生[25]。故炎性小體激活可能通過(guò)促進(jìn)炎癥和誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡參與子癇前期的發(fā)病。

研究顯示，上調(diào)microRNA-135可在體外滋養(yǎng)細(xì)胞缺氧模型中抑制NLRP3激活，緩解炎癥并促進(jìn)滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲和遷移[26]。而沉默長(zhǎng)鏈非編碼RNA核富集豐富轉(zhuǎn)錄本1(nuclear-enriched abundant transcript,NEAT1)可下調(diào)miR-485-5p/AIM2軸，促進(jìn)子癇前期中Treg/TH17的免疫平衡[27]。Matias等[28]發(fā)現(xiàn)，孕酮和維生素D可經(jīng)TLR4/MyD88/NF-κB通路下調(diào)子癇前期孕婦外周血單核細(xì)胞中NLRP3、NLRP1水平。這提示抑制炎性小體激活在子癇前期防治中具有潛在的科研臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值，待未來(lái)更多研究證實(shí)。

3.4 妊娠期糖尿病 妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)是妊娠期最常見(jiàn)的代謝性疾病，不僅增加母體發(fā)生子癇前期、2型糖尿病等風(fēng)險(xiǎn)，還對(duì)胚胎宮內(nèi)發(fā)育、新生兒近遠(yuǎn)期健康產(chǎn)生不良影響。胎盤(pán)和脂肪組織中炎癥反應(yīng)是GDM中發(fā)生胰島素抵抗的重要原因[29]。2014年Lappas首次描述了脂肪組織炎性小體在GDM胰島素抵抗中發(fā)揮重要作用。該研究發(fā)現(xiàn)，GDM孕婦(16例)較正常血糖孕婦組(9例)的脂肪組織中caspase-1活化水平升高，而后從正常孕婦取脂肪組織行外植體培養(yǎng)并分別予LPS、游離脂肪酸棕櫚酸酯、RAGE處理，再予三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)或NF-κB通路抑制劑BAY 11-7082干預(yù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3種物質(zhì)通過(guò)啟動(dòng)NF-κB通路、ATP活化兩步驟激活脂肪組織caspase-1、分泌IL-1β[30]。此外，胎盤(pán)組織中NLRP3炎性小體在GDM孕婦中也升高，且與具有抗炎作用的硫化氫合成酶即胱硫氨酸γ裂解酶(cythionine gamma lyase,CSE)和胱硫氨酸β合成酶(cythionine beta synthase,CBS)呈負(fù)相關(guān)[31]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，抑制NLRP3炎性小體激活可明顯改善GDM癥狀[32]。這提示NLPR3炎性小體和細(xì)胞焦亡經(jīng)典途徑的激活可能促進(jìn)脂肪或胎盤(pán)組織炎癥參與GDM發(fā)生，而其他炎性小體是否亦參與GDM的發(fā)病過(guò)程待更多研究探索。

3.5 其他 NLRP7基因突變與復(fù)發(fā)性葡萄胎有關(guān)。目前已有約200個(gè)NLRP7有關(guān)的突變序列在40%～80%復(fù)發(fā)性葡萄胎孕婦中被報(bào)道，突變主要包括取代、插入、缺失和重復(fù)[33]，但NLRP7基因突變?nèi)绾斡绊憦?fù)發(fā)性葡萄胎發(fā)病的分子機(jī)制尚不明確。此外，NLRP7[6]、NLRP3炎性小體[34]在胎兒生長(zhǎng)受限孕婦胎盤(pán)組織中升高，提示炎性小體可能與胎兒生長(zhǎng)受限有關(guān)，但具體機(jī)制尚待揭示。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，細(xì)胞焦亡和炎性小體在妊娠過(guò)程中扮演著“雙刃劍”的角色，兩者不僅在妊娠生理中發(fā)揮作用，其過(guò)度激活與多種妊娠疾病的發(fā)病密切相關(guān)。今后研究需進(jìn)一步明確細(xì)胞焦亡和炎性小體在妊娠疾病中的具體發(fā)病機(jī)制，以期通過(guò)阻斷或抑制其激活為妊娠相關(guān)疾病的防治提供新靶點(diǎn)，為臨床決策提供新方向。