細(xì)胞焦亡與心血管疾病

杜會(huì)君 楊紅曉 白俊彩 楊巍 高宇囡

細(xì)胞焦亡是一種新發(fā)現(xiàn)的程序性細(xì)胞死亡，是細(xì)胞主動(dòng)受控死亡、內(nèi)容物和炎性因子釋放進(jìn)入周圍環(huán)境的過(guò)程。有研究表明細(xì)胞焦亡廣泛參與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。ü谛牟。1]、糖尿病心肌病[2]等心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。

1 細(xì)胞焦亡的機(jī)制

細(xì)胞焦亡以快速的質(zhì)膜破壞為特征，隨后釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和促炎性介質(zhì)，如白細(xì)胞介素（IL）-1β、IL-18 等。炎性體（焦小體）的形成是細(xì)胞焦亡發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。參與焦亡的炎性體主要有：核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD 樣受體（NLRs）、PYHIN家族成員黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）和三結(jié)構(gòu)域蛋白家族（TRIM）家族成員Pyrin。典型炎性體（如NLRP1、NLRP3、AIM2、NLRC4）依靠半胱氨酸的胱關(guān)蛋白酶（caspase）-1 發(fā)揮作用，在啟動(dòng)和激活后可引發(fā)細(xì)胞焦亡。典型炎性體啟動(dòng)過(guò)程為模式識(shí)別受體檢測(cè)到病原相關(guān)分子和內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式時(shí)，觸發(fā)下游的核因子κB（NF-κB）信號(hào)通路，從而促進(jìn)典型炎性體轉(zhuǎn)錄。炎性體激活則需多個(gè)細(xì)胞信號(hào)的整合作用，如 NLRP3 典型炎性體能夠通過(guò)共同的上游事件（如K＋外排、Ca2＋信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等）間接感應(yīng)刺激（經(jīng)典的細(xì)胞通路主要由細(xì)菌、病毒來(lái)啟動(dòng)），NLRP3 炎性體激活后，募集銜接分子凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC），該蛋白將NLRP3 連接到pro-caspase-1，caspase-1通過(guò)自身蛋白水解作用和二聚作用被激活為活性caspase-1，活性caspase-1誘導(dǎo)Gasdermin 家族蛋白D（GSDMD）裂解。釋放的GSDMD-N 端結(jié)構(gòu)域與質(zhì)膜中的磷酸肌醇結(jié)合并低聚產(chǎn)生1 個(gè)12～14 nm 的通道，通道的形成破壞了滲透壓，從而引起細(xì)胞焦亡和炎性因子（IL-18、IL-1β）的釋放。

非典型炎性體也稱caspase-11 炎性體，不依賴caspase-1 也無(wú)需激活即可引發(fā)細(xì)胞焦亡。感染細(xì)胞胞質(zhì)中的細(xì)菌脂多糖分子和胞內(nèi)細(xì)菌可以誘導(dǎo)非典型炎性體形成。細(xì)菌脂多糖的脂質(zhì)A 組分與細(xì)胞質(zhì)caspase-11 的募集結(jié)構(gòu)域可以相互作用并結(jié)合，發(fā)生寡聚化后激活caspase-11。活化的caspase-11 誘導(dǎo)GSDMD 裂解，之后的過(guò)程與典型炎性體途徑相似。此外非典型炎性體激活可激活典型炎性體和caspase-1，促進(jìn)IL-18、IL-1β 成熟和分泌，這可能是GSDMD-N 端結(jié)構(gòu)域作用的間接結(jié)果。

2 細(xì)胞焦亡與心血管疾病

2.1 細(xì)胞焦亡與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化是一種與內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈脂質(zhì)沉積有關(guān)的慢性炎性疾病，多由細(xì)胞死亡和炎性反應(yīng)引起，其中細(xì)胞死亡的主要形式是壞死和凋亡。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞焦亡也是細(xì)胞死亡的重要形式。動(dòng)脈粥樣硬化患者主動(dòng)脈NLRP3 表達(dá)增多，頸動(dòng)脈粥硬化斑塊組織中NLRP3、ASC、caspase-1、IL-18、IL-1β 表達(dá)均明顯增加，有癥狀患者NLRP3水平高于無(wú)癥狀患者。

血清總膽固醇中氧化低密度脂蛋白（oxLDL）對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化有很大影響，研究顯示三磷酸腺苷（ATP）和P2Y2 受體參與oxLDL 介導(dǎo)的炎性體激活過(guò)程，隨后產(chǎn)生IL-1β，其機(jī)制可能是通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體活性氧-線粒體的表達(dá)，調(diào)節(jié)Toll 樣受體9（TLR9）-NF-κB 信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的[3]。此外oxLDL 也可以通過(guò)微小RNA（miR）-125a-5p/TET2 途徑誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞焦亡[4]。sestrin1 可抑制動(dòng)脈粥樣硬化小鼠巨噬細(xì)胞中oxLDL 誘導(dǎo)的NLRP3 炎性體活化[5]，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21 通過(guò)TET2-UQCRC1-ROS 途徑抑制oxLDL 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞焦亡[6]。

Zhuang 等[7]建立了內(nèi)皮叉頭盒蛋白P1（FOXP1）缺失的高脂血癥小鼠模型，發(fā)現(xiàn)Foxp1、Krüppel 樣轉(zhuǎn)錄因子2 可直接調(diào)節(jié)內(nèi)皮炎性體成分（如NLRP3、caspase-1 和IL-1β），從而影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，高遷移率族蛋白1 是NLRP3 炎性體激活的關(guān)鍵下游信號(hào)分子，并且通過(guò)晚期糖基化終產(chǎn)物的受體下調(diào)肝X受體α和ATP 結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)子的表達(dá)，在血管平滑肌細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞形成和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[8]。

2.2 細(xì)胞焦亡與冠心病

晚期動(dòng)脈粥樣硬化時(shí)血管內(nèi)皮細(xì)胞的死亡會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈性心臟病的發(fā)生發(fā)展。穩(wěn)定型心絞痛和急性心肌梗死（AMI）患者外周血單核細(xì)胞中NLRP3、IL-1β 的表達(dá)較對(duì)照組增加，下調(diào)NLRP3及其下游成分表達(dá)可以減輕冠心病的炎性反應(yīng)進(jìn)展[1]。

Mao 等[9]發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的外泌體中長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）KLF3-AS1 作 為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA（ceRNA）與miR-138-5p 結(jié)合，調(diào)節(jié)SIRT1 表達(dá)，從而抑制細(xì)胞焦亡，延緩心肌梗死進(jìn)展。AMI 患者外周血中性粒細(xì)胞中的鈣敏感受體（CaSR）、NLRP3、caspase-1、IL-1β 表達(dá)上調(diào)。AMI 大鼠模型外周血中性粒細(xì)胞數(shù)量增加趨勢(shì)。鈣調(diào)素（CaSR 的激活劑）可促進(jìn)健康志愿者中性粒細(xì)胞NLRP3 炎性體活化和IL-1β 釋放，鈣調(diào)素的激活作用可被磷脂酶 C-三磷酸肌醇（PLC-IP3）途徑抑制劑和ER-Ca2＋釋放抑制劑阻斷。Calhex-231（CaSR 負(fù)性調(diào)節(jié)劑）可減少AMI 患者中性粒細(xì)胞NLRP3 炎性體活化數(shù)量和IL-1β 釋放，說(shuō)明CaSR 可以激活中性粒細(xì)胞NLRP3 炎性體，參與患者AMI 后心室重構(gòu)[10]。

研究發(fā)現(xiàn)丙酮酸乙酯處理心肌細(xì)胞可引起缺血再灌注損傷（I/R），NLRP3、caspase-1、IL-1β表達(dá)減少及中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)減少可能是由活性氧減少介導(dǎo)的NLRP3 炎性體上調(diào)及其相關(guān)途徑所致[11]。此外，抑制miR-132 可以通過(guò)靶向Sirt1 激活PGC 1α/核因子E2 相關(guān)因子2（Nrf2）信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)抑制細(xì)胞焦亡[12]。

2.3 細(xì)胞焦亡與糖尿病性心肌病

糖尿病大鼠心肌中存在NLRP3 炎性體、caspase-1 激活現(xiàn)象，而沉默NLRP3 可減輕心臟炎性反應(yīng)和細(xì)胞焦亡，改善心肌功能。飲食誘發(fā)糖尿病的小鼠模型顯示左室caspase-1 和IL-1 表達(dá)增加，導(dǎo)致NLRP3 炎性體激活[13]。此外，在2 型糖尿病患者的右心耳組織中裂解caspase-1，IL-1 和GSDMD 的表達(dá)增加。

2 型糖尿病患者右心耳組織中蛋白酶激活受體4（PAR4）、caspase-1、IL-1β 和GSDMD的表達(dá)水平高于非糖尿病患者。研究表明蛋白酶激活受體4（PAR4）的左室含量隨血糖的增加而增加，并與caspase-1、IL-1β 增加和GDSMD 的裂解程度呈正相關(guān)。發(fā)生糖尿病心肌病時(shí)PAR4 通過(guò)NLRP3 炎性體驅(qū)動(dòng)caspase-1產(chǎn)生IL-1β，并影響糖尿病心肌病的發(fā)生發(fā)展[14]。沉默Kcnq1ot1促進(jìn)GSDMD 裂解和IL-1β的分泌，可通過(guò)miR-214-3p和caspase-1抑制高糖處理的心臟成纖維細(xì)胞中的TGF-β1/Smads 途徑，延緩糖尿病進(jìn)展[15]。

3 靶向細(xì)胞焦亡治療方法

NLRP3 炎性體為心血管疾病治療提供了新思路。VX-765 是一種高選擇性的caspase-1 抑制劑，可以減少循環(huán)中的IL-1β，對(duì)積極I/R大鼠模型心臟功能具有長(zhǎng)期保護(hù)作用[16]。卡那單抗是一種IL-1β抑制劑，CANTOS 臨床試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在不影響血液膽固醇水平的情況下，卡那單抗可以減少心血管疾病患者的輕度全身性炎性反應(yīng)，并降低心血管事件風(fēng)險(xiǎn)[17]，表明干擾IL-1β 的產(chǎn)生或功能可以改善心血管疾病的臨床療效[18]。MCC950 是一種NLRP3 炎性體抑制劑，可以特異性阻斷NLRP3 炎性體的活化，但不影響NLRP1、NLRC4 和AIM2炎性體的作用[2]。

卡維地洛通過(guò)防止溶酶體、線粒體損傷，減少ASC 寡聚，以阻斷小鼠巨噬細(xì)胞中NLRP3 炎性體的激活[19]。在與NLRP3 相關(guān)的腹膜炎小鼠模型中，口服卡維地洛可以減少腹腔灌洗液中IL-1β、IL-18、活性caspase-1、ASC 和腹膜細(xì)胞中NLRP3 水平。此外，卡維地洛通過(guò)SIRT1 依賴性途徑誘導(dǎo)自噬，從而抑制NLRP3 炎性體，但不影響AIM2、NLRC4 和非典型炎性體。阿托伐他汀的抗動(dòng)脈粥樣硬化作用與降低膽固醇的能力無(wú)關(guān)，最近發(fā)現(xiàn)阿托伐他汀可以通過(guò)長(zhǎng)鏈非編 碼RNA（lncRNA）NEXN-AS1-NEXN途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞焦亡[20]。另有研究發(fā)現(xiàn)一些降糖藥[21-22]對(duì)NLRP3 炎性體有抑制作用，如二甲雙胍可以通過(guò)AMP 依賴的蛋白激酶/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白途徑抑制細(xì)胞焦亡，而恩格列凈則通過(guò)抑制可溶性鳥苷酸環(huán)化酶-環(huán)磷酸鳥苷酸-環(huán)磷酸鳥苷酸依賴的蛋白激酶途徑抑制細(xì)胞焦亡，此外利格列汀、達(dá)格列凈、利拉魯肽可通過(guò)靶向NLRP3/ASC 炎性體預(yù)防心臟功能障礙[23]。

此外，大黃素能通過(guò)TLR4/髓樣分化因子/NF-B/NLRP3 炎性體減輕心肌I/R[24]。天麻素可以在體內(nèi)和體外降低IL-1β 表達(dá)，通過(guò)抑制NLRP3/caspase-1 途徑阻斷心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞焦亡，減少梗死面積和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，促進(jìn)毛細(xì)血管形成。黃岑苷能明顯抑制IL-1、IL-18、線粒體活性氧、總活性氧、細(xì)胞間黏附分子-1 和血管細(xì)胞間黏附分子-1 的產(chǎn)生，以降低NLRP3 炎性體的表達(dá)并抑制其激活[25]。其他中藥如絞股藍(lán)、燈盞花乙素也可抑制細(xì)胞焦亡[26]。