細胞程序性死亡在反流性食管炎發(fā)病機制中作用的研究進展

劉思雨 唐艷萍

反流性食管炎（RE）是胃食管反流病（GERD）的常見表型之一，是指胃和（或）十二指腸內(nèi)容物反流入食管引起黏膜損傷，以反酸、燒心及其他食管外癥狀為臨床表現(xiàn)的一類疾病[1]。食管黏膜的完整性是GERD重要的病理、生理學(xué)因素，食管上皮細胞通過調(diào)控細胞死亡來維持體內(nèi)平衡和黏膜屏障完整性[2]。研究發(fā)現(xiàn)，多種細胞程序性死亡（PCD）形式與RE的發(fā)病機制相關(guān)。本文就細胞凋亡、細胞焦亡、壞死性凋亡、自噬及鐵死亡在RE發(fā)病機制中作用的研究進展作一綜述。

1 RE患者食管上皮細胞損傷的影響因素

1.1 胃和（或）十二指腸內(nèi)容物反流

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，胃和（或）十二指腸反流物的化學(xué)性腐蝕作用是導(dǎo)致RE患者食管黏膜損傷的主要因素[3]。當(dāng)食管抗反流防御能力減弱或反流物對食管黏膜刺激作用增強時，胃和（或）十二指腸反流物中的胃酸、胃蛋白酶、胰蛋白酶、膽汁等損傷性物質(zhì)可破壞食管上皮細胞間的緊密連接蛋白，使回流的H+擴散至細胞間隙，并經(jīng)由基底外側(cè)膜進入食管上皮細胞，通過誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性，激活磷脂酶和核酸內(nèi)切酶，干擾細胞呼吸等方式，造成食管上皮細胞損傷和食管黏膜屏障受損[4-6]。

1.2 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激（OS）是機體內(nèi)氧化作用強于抗氧化作用的一種狀態(tài)，當(dāng)活性氧（ROS）的產(chǎn)生超過細胞抗氧化系統(tǒng)的防御能力，就會發(fā)生OS，進而對組織和細胞造成損傷[7]。ROS是RE與促炎細胞因子產(chǎn)生聯(lián)系的重要分子途徑。暴露于酸和膽汁酸的食管鱗狀細胞會產(chǎn)生ROS[8]，ROS通過激活缺氧誘導(dǎo)因子 -2α（HIF-2α），促進 IL-8、IL-1β、TNF-α和環(huán)氧合酶-2（COX-2）等促炎細胞因子的釋放及NF-κB/p65的轉(zhuǎn)錄，造成食管上皮細胞損傷[9-10]。

1.3 免疫炎性反應(yīng)

研究表明，胃和（或）十二指腸內(nèi)容物反流所致的食管黏膜損傷并非是酸“燒傷”，而是通過反流物刺激食管鱗狀上皮細胞分泌趨化因子，誘導(dǎo)免疫細胞遷移、聚集，引起食管黏膜免疫炎性反應(yīng)而形成的[11]。因此，RE最初表現(xiàn)為黏膜下層的淋巴細胞浸潤，之后進展至黏膜表面，且基底細胞乳頭狀增生的進展早于黏膜表面浸潤，其中IL-1β、IL-6、IL-8、IL-33和TNF-α等細胞因子所介導(dǎo)的炎性反應(yīng)在RE食管上皮細胞損傷中發(fā)揮了重要作用[12-13]。

1.4 食管微生態(tài)紊亂

隨著高通量測序和基因組學(xué)的發(fā)展，食管微生態(tài)在食管疾病中發(fā)揮的作用已成為研究熱點。與正常食管者相比，RE患者食管菌群組成發(fā)生了明顯變化，表現(xiàn)為食管菌群由革蘭陽性需氧菌向革蘭陰性厭氧菌轉(zhuǎn)變[14]，其中鏈球菌屬、普雷沃菌屬、彎曲桿菌和梭桿菌等可能是關(guān)鍵菌屬[15]。食管微生態(tài)紊亂的潛在致病機制為：（1）革蘭陰性菌細胞壁的脂多糖（LPS）激活Toll樣受體4（TLR4），通過啟動炎性級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)IL-1β和TNF-α釋放，上調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和COX-2的表達，導(dǎo)致食管黏膜淋巴細胞浸潤、食管下括約肌松弛和胃動力降低等，從而損傷食管黏膜屏障[16]。（2）LPS可啟動和激活炎性小體NOD樣受體蛋白3（NLRP3），介導(dǎo)細胞焦亡的發(fā)生和IL-1β、IL-18的釋放，加重食管上皮細胞損傷[17]。（3）LPS可激活p38-MAPK和細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）信號通路，通過調(diào)節(jié)細胞增殖、胃腸動力和相關(guān)炎性因子釋放，介導(dǎo)食管上皮細胞損傷[18]。

2 PCD在RE發(fā)病機制中的作用

2.1 細胞凋亡

細胞凋亡是PCD中典型的死亡形式，其對于保持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[19]。目前已確定的細胞凋亡途徑包括死亡受體介導(dǎo)的外部凋亡途徑、內(nèi)部線粒體途徑[20]、細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）途徑[21]、顆粒酶 B誘導(dǎo)途徑[22]和顆粒酶 A誘導(dǎo)途徑[23]等。研究表明，細胞凋亡參與了潰瘍性結(jié)腸炎、心肌梗死、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和腫瘤等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展[24-27]。

Pardon等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，含有脫氧膽酸的弱酸性溶液可通過誘導(dǎo)食管上皮細胞凋亡破壞食管黏膜完整性。張萌等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，胃和（或）十二指腸內(nèi)容物反流可誘導(dǎo)食管上皮細胞中凋亡相關(guān)蛋白TNF-α、天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）、Survivin的異常表達，從而介導(dǎo)食管上皮細胞凋亡，損傷食管黏膜屏障。Katada等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，十二指腸內(nèi)容物反流所造成的食管黏膜損傷伴有表面凋亡細胞數(shù)量的顯著增多。Zhang等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，膽汁反流可誘導(dǎo)RE大鼠的食管黏膜炎性反應(yīng)及食管上皮細胞凋亡。以上研究表明，食管上皮細胞凋亡在RE患者食管黏膜屏障損傷中發(fā)揮了重要作用。

2.2 細胞焦亡

細胞焦亡是一種近年來發(fā)現(xiàn)的促炎性PCD形式，其激活途徑主要包括：（1）炎性小體如NLRP3等激活Caspase-1所介導(dǎo)的經(jīng)典細胞焦亡途徑；（2）LPS激活Caspase-4、5、11所介導(dǎo)的非經(jīng)典細胞焦亡途徑[32]。經(jīng)典細胞焦亡途徑主要通過NLRP3激活Caspase-1，造成消皮素D （GSDMD）的剪切和多聚化，從而介導(dǎo)細胞裂解及促炎因子IL-18、IL-1β的釋放[33]。在非經(jīng)典細胞焦亡途徑中，模式識別受體與LPS相結(jié)合，激活下游Caspase-4、5、11，進而切割GSDMD，誘發(fā)細胞焦亡[34]。

研究表明，LPS與TLR4結(jié)合可激活NLRP3及NF-κB 信號通路，促進 IL-1β前體（pro-IL-1β）、IL-18前體（pro-IL-18）和NLRP3 mRNA轉(zhuǎn)錄，誘發(fā)細胞焦亡，參與Barrett食管的“炎-癌轉(zhuǎn)化”[17]。Wang等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，乙醇可上調(diào)食管組織中Caspase-1的表達并促進IL-1β、IL-18釋放，導(dǎo)致食管上皮細胞焦亡，而Caspase-1抑制劑Ac-YVADCMK可顯著抑制IL-1β和IL-18釋放，減輕食管炎性反應(yīng)。給予酸性膽汁鹽處理可以上調(diào)食管組織中CaSR和NLRP3的表達，進而激活Caspase-1所介導(dǎo)的經(jīng)典細胞焦亡途徑，損傷食管上皮屏障[36]。研究表明，N-3多不飽和脂肪酸可通過上調(diào)Nrf2表達抑制NLRP3形成，進而抑制食管上皮細胞焦亡，減輕酸反流造成的食管上皮細胞損傷，發(fā)揮食管黏膜保護作用[37]。因此，經(jīng)典細胞焦亡途經(jīng)是參與RE患者食管黏膜損傷及修復(fù)的重要靶點。

2.3 壞死性凋亡

壞死性凋亡是一種機體應(yīng)對環(huán)境壓力的細胞反應(yīng)，可由TLR激活、病毒感染、線粒體累積的ROS信號和TNF-α刺激所誘發(fā)[38]，一方面壞死性凋亡可以經(jīng)由破裂的質(zhì)膜釋放細胞內(nèi)容物直接激活和調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)，另一方面壞死性凋亡調(diào)節(jié)因子即受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1（RIPK1）和RIPK3可以在免疫炎性反應(yīng)中獨立發(fā)揮作用，從而調(diào)控胃腸道、腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)、肺等部位疾病的發(fā)展[39-40]。

RE患者的食管菌群以革蘭陰性菌為主，其菌壁的主要成分LPS、革蘭陽性菌的肽聚糖及部分細胞因子可通過激活NF-κB信號通路介導(dǎo)RE患者食管黏膜炎性反應(yīng)的發(fā)生[41-43]。此外，p38-MAPK/NF-κB信號通路的激活及相關(guān)炎性因子IL-6、TNF-α的分泌也參與了RE患者的食管黏膜損傷[44]。因 此，LPS/TLR4/NF-κB信 號 通 路、p38-MAPK/NF-κB信號通路和相關(guān)炎性介質(zhì)TNF-α等所誘發(fā)的壞死性凋亡參與了RE患者的食管黏膜損傷。

2.4 自噬

自噬是一種程序化細胞內(nèi)降解機制，受損的蛋白和細胞器可被遞送至動物細胞中的溶酶體或植物細胞和酵母菌中的液泡進行降解，包括微自噬、伴侶介導(dǎo)自噬和巨自噬[45]。自噬通過消除受損或多余的線粒體，限制ROS累積，抑制細胞因子生成，以及促進上皮緊密連接表達等多種方式抑制炎性反應(yīng)[46]。

Roesly等[47]的研究發(fā)現(xiàn)，正常食管鱗狀上皮細胞急性暴露于膽汁酸會導(dǎo)致自噬核心因子Beclin-1表達上調(diào)，自噬被激活，但長期暴露于膽汁酸會導(dǎo)致Beclin-1表達下調(diào)和自噬抵抗。研究表明，TLR2在RE和Barrett食管中高表達，可增加線粒體和溶酶體數(shù)量，升高溶酶體酶和內(nèi)吞相關(guān)因子的表達水平[48]。自噬在食管組織炎性反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用，但其在GERD中的作用機制有待進一步探究[49]。

2.5 鐵死亡

鐵死亡是一種新型的PCD形式。鐵代謝、脂質(zhì)過氧化及MAPK信號通路的激活參與了該過程，其形態(tài)學(xué)特征是線粒體膜密度增大、線粒體嵴減少或消失，以及線粒體外膜破裂[50]，其生理機制是鐵催化脂質(zhì)自由基的形成，結(jié)合谷胱甘肽（GSH）的消耗或脂質(zhì)修復(fù)酶——谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的失活[51]。鐵死亡調(diào)控途徑可分為鐵代謝途徑、GSH/GPX4途徑和脂質(zhì)代謝途徑[52]。鐵死亡參與多種疾病的病理過程，包括腎臟、心臟、肝臟及胃腸道疾病等[53]。

本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運體xCT/血管內(nèi)皮生長因子B（VEGF-B）/GPX4信號通路參與了RE模型大鼠的食管損傷過程[54]。研究表明，鐵死亡可以升高COX-2的表達水平，加速花生四烯酸代謝，促進前列腺素、白三烯、IL和TNF等相關(guān)炎性因子釋放，其中TNF-α、IL-6和IL-1等可直接調(diào)控GPX4的表達水平和活性；此外，鐵死亡還可以通過釋放具有免疫原性的損傷分子直接誘發(fā)組織免疫炎性反應(yīng)[55]。LPS是RE常見的損傷因素之一，其可通過影響脂質(zhì)過氧化、COX-2表達、ROS水平、xCT/GPX4軸等多種途徑參與鐵死亡的發(fā)生過程[56]。上述研究表明，鐵死亡是RE的潛在治療靶點。

3 結(jié)語

RE的發(fā)病機制復(fù)雜，RE患者食管上皮細胞損傷與胃和（或）十二指腸內(nèi)容物反流、氧化應(yīng)激、免疫反應(yīng)及食管微生態(tài)紊亂等因素密切相關(guān)。越來越多的研究表明，多種細胞死亡形式參與了RE患者食管黏膜損傷過程，主要包括細胞凋亡、細胞焦亡、壞死性凋亡、自噬及鐵死亡。PCD可通過介導(dǎo)免疫炎性反應(yīng)，破壞食管黏膜屏障的完整性，增加ROS累積等多種機制參與RE的病理、生理過程。

目前有關(guān)PCD與RE相關(guān)性的研究大多局限于對細胞死亡形式的宏觀驗證，對其機制的研究相對較少，故該研究領(lǐng)域仍存在許多空白和不足，例如：細胞凋亡參與RE的分子機制尚未闡明；非經(jīng)典細胞焦亡途徑在RE中的作用尚未驗證；自噬及鐵死亡在RE發(fā)病機制中的作用仍有待進一步探究等。深化PCD與RE相關(guān)性的研究，進一步闡明RE的發(fā)病機制，可為RE的治療提供新的靶點和思路。