銀屑病與調節(jié)性細胞死亡關系研究進展

劉 建 張致琴 尹志強

南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院皮膚科，南京，210029

銀屑病是一種慢性、免疫介導的炎癥性皮膚病，其發(fā)病機制尚未完全闡明，目前認為白細胞介素-23/T輔助細胞17(IL-23/Th17)細胞軸和天然免疫系統(tǒng)等在銀屑病發(fā)病中有著重要作用。銀屑病以角質形成細胞分化和增殖異常為主要特點，表現(xiàn)為表皮通過時間和細胞周期縮短[1]，此前關于銀屑病角質形成細胞凋亡的研究較多，認為細胞凋亡異常與銀屑病的角化不全密切相關。隨著對銀屑病研究越來越深入，發(fā)現(xiàn)銀屑病皮損角質形成細胞存在多種死亡方式。除了角質形成細胞外，局部浸潤的免疫細胞如中性粒細胞等也會發(fā)生細胞死亡。細胞死亡類型可以分為兩大類，即調節(jié)性細胞死亡(regulated cell death，RCD)與意外細胞死亡(accidental cell death，ACD)，2018年細胞死亡命名委員會根據細胞死亡形態(tài)學變化及發(fā)生機制的不同，將RCD分為內外源性凋亡、壞死性凋亡等十余種類型。本文概述了在銀屑病中研究較為深入或與炎癥性疾病關系密切的幾種調節(jié)性細胞死亡方式，包括其具體發(fā)生機制及與銀屑病尤其是尋常型銀屑病之間關系的研究。

1 調節(jié)性細胞死亡

1.1 細胞凋亡 細胞凋亡是由胞內外環(huán)境改變所引起的RCD，其形態(tài)學表現(xiàn)為細胞質皺縮、染色質濃縮、核碎片化和質膜起泡，最終形成凋亡小體被周圍具有吞噬活性的細胞吞噬降解。既往研究表明細胞凋亡通過內源性凋亡與外源性凋亡途徑發(fā)生，內源性凋亡主要是由DNA損傷、內質網應激、活性氧超負荷等胞內應激或損傷信號所觸發(fā)，而外源性凋亡則主要是由死亡受體與其配體結合激活所引起的，盡管兩條通路具體機制不同，但下游都是通過激活半胱天冬酶(caspase)3/7發(fā)揮凋亡效應[2]。內源性凋亡的關鍵過程為廣泛不可逆的線粒體外膜透化(mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP),其主要調控蛋白為B淋巴細胞瘤-2(BCL-2)家族。BCL-2家族促凋亡成員與凋亡效應蛋白Bax和Bak直接結合使其寡聚化并在線粒體外膜成孔導致MOMP；而抗凋亡成員如BCL-2和BCL-xL等則通過直接結合促凋亡成員抑制Bax和Bak的寡聚成孔發(fā)揮功能[3]。細胞發(fā)生MOMP后線粒體內物質如細胞色素c(cytochrome c，CYCS)等釋放入胞質，胞質中的CYCS與凋亡肽酶激活因子1、caspase 9前體結合激活caspase 9，進而催化激活caspase 3/7[4]。外源性凋亡途徑主要是通過死亡受體如Fas和腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1)等與配體結合激活下游通路。目前為止，研究最為詳盡的死亡受體介導凋亡信號通路是Fas/FasL相關通路。Fas與其配體結合，誘導受體構象改變并通過死亡結構域與適配器Fas相關死亡域蛋白(FAS associated with death domain protein，F(xiàn)ADD)結合，F(xiàn)ADD通過其死亡效應結構域招募caspase 8及細胞FLICE樣抑制蛋白(cellular FLICE-like inhibitory protein，c-FLIP)組裝死亡誘導信號復合體激活caspase 8[5]?；罨腸aspase 8直接激活或通過線粒體途徑激活caspase 3/7[6]。

1.2 細胞壞死性凋亡 壞死性凋亡又稱程序性壞死，是一種表現(xiàn)為壞死形態(tài)的RCD。不同于壞死，壞死性凋亡通常由細胞內外穩(wěn)態(tài)改變刺激特定死亡受體(包括Fas和TNFR1等)，或病原體識別受體(pathogen recognition receptors，PRRs)，包括Toll樣受體(toll-like receptor，TLR)TLR3/4和Z-DNA結合蛋白1(Z-DNA binding protein 1，ZBP1)等引起，并依賴混合系激酶區(qū)域樣蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL)、受體相互作用蛋白激酶3(receptor interacting serine/threonine kinase3，RIPK3)及受體相互作用蛋白激酶1(receptor interacting serine/threonine kinase，RIPK1)等激酶活性[2]。目前對壞死性凋亡的研究主要圍繞TNF-α受體所引發(fā)的通路。TNF-α是一種多效性分子，能夠基于細胞死亡復合物的組裝來調節(jié)細胞生存、凋亡或壞死性凋亡反應[7]。TNF-α與受體結合可以觸發(fā)復合物Ⅰ(依賴NF-kB的促炎信號復合物)的組裝，在RIPK1去泛素化的情況下，復合物Ⅰ變成凋亡復合物Ⅱa，微生物或藥物抑制caspase 8 時，RIPK1募集并磷酸化RIPK3組裝壞死體，即復合物Ⅱb，RIPK3介導MLKL磷酸化并誘導其構象改變，磷酸化的MLKL進而破壞質膜以執(zhí)行壞死性凋亡[8]。

1.3 細胞鐵死亡 鐵死亡是一種鐵依賴的、由大量脂質過氧化介導膜損傷引起的RCD，以脂質活性氧(reactive oxygen species，ROS)的積累為特點，形態(tài)學主要表現(xiàn)為線粒體超微結構的變化，如線粒體變小、膜密度增加、嵴消失等[9]。脂質過氧化是鐵死亡的標志，引發(fā)脂質過氧化的機制尚未完全了解，其可能是通過非酶促和酶促過程發(fā)生[10]。非酶促脂質過氧化是由芬頓反應驅動的，芬頓反應利用Fe2+和氧催化鏈式反應，形成磷脂氫過氧化物(PLOOHs)；而在脂質過氧化的酶促機制中，PLOOH由脂氧合酶和/或細胞色素P450還原酶驅動形成[11,12]。脂質過氧化的連鎖反應破壞膜完整性，并最終導致細胞器和/或細胞膜的破裂。系統(tǒng)xc--GSH-GPX4途徑是鐵死亡的重要抑制機制之一。胱氨酸/谷氨酸逆向轉運系統(tǒng)xc-通過攝取胱氨酸維持谷胱甘肽(GSH)的產生，GSH不僅是一種有效的還原劑，還能作為谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)的輔助因子促進GPX4還原細胞中產生的PLOOHs以產生相應的醇 (PLOH)。經典的鐵死亡誘導劑愛拉斯汀和 RSL3，就是分別通過抑制系統(tǒng)xc-和GPX4誘導鐵死亡[13]。鐵代謝在鐵死亡過程中發(fā)揮關鍵作用，發(fā)生鐵死亡的細胞中胞內或線粒體內亞鐵(Fe2+)水平升高。一方面，鐵依賴性的芬頓反應對鐵死亡至關重要；另一方面，鐵能催化脂氧合酶和細胞色素P450還原酶的活性，因此參與鐵攝取、儲存、利用和流出過程的多種調節(jié)鐵代謝的蛋白都可能會影響鐵死亡的敏感性，如轉鐵蛋白和轉鐵蛋白受體等通過介導細胞吸收鐵促進鐵死亡[14]。

1.4 細胞焦亡 細胞焦亡是一種與天然免疫相關的由Gasdermin蛋白家族介導的的RCD[2]。目前的研究發(fā)現(xiàn)，人體組織中的Gasdermin家族包含Gasdermin A/B/C/D(GSDMA/B/C/D)、Gasdermin E(GSDME/DFNA5)和DFNB59，其中除了DFNB59外，其余成員均由兩個保守的結構域N端和C端組成。大多數(shù)Gasdermins的N端都能誘導細胞焦亡，在焦亡中研究最為深入的是GSDMD[15]， GSDMD是一種高度保守的蛋白，在哺乳動物不同的組織和細胞當中均有表達，其包含兩個自抑制的結構域，即N端(GSDMD-N)和C端(GSDMD-C)。GSDMD通過經典途徑和非經典途徑介導細胞焦亡，在經典途徑中， PRRs感受細胞內外環(huán)境變化(如各種病原微生物信號)的刺激并連接下游適配器，同時招募caspase 1前體組裝炎癥小體激活caspase 1。常見的炎癥小體有黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)炎癥小體、核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3 (nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing pyrin domain 3, NLRP3)炎癥小體等，不同的炎癥小體可以感受特定的細胞內外信號。激活的caspase 1在兩個結構域連接處切割GSDMD蛋白，GSDMD-N在細胞膜上寡聚并成孔導致胞質滲透壓破壞繼而胞膜破裂[16]。在非經典途徑中，細菌脂多糖能通過激活caspase 4/5/11進而切割GSDMD導致細胞焦亡[17]。

1.5 細胞死亡方式串擾 盡管上述介紹各細胞死亡方式機制之間有明顯的區(qū)別，但近年研究發(fā)現(xiàn)不同的RCD之間存在相互串擾。外源性凋亡中死亡受體的結合不一定引起細胞死亡，比如TNFR，當其與配體結合時，其下游通路可以是NF-κB的促炎機制、凋亡和壞死性凋亡等，這相當一部分取決于其下游中的一些關鍵分子如RIPK1和caspase 8等，揭示了在凋亡與壞死性凋亡之間存在一定的信號串擾。細胞焦亡和壞死性凋亡都代表了炎癥性細胞死亡方式。壞死性凋亡被認為是一種備用細胞死亡防御機制，當細胞凋亡受到阻礙時觸發(fā)，而細胞焦亡是感知潛在損傷的主要細胞反應，最終通過分子GSDMD或者MLKL等發(fā)揮死亡效應。有學者認為壞死性凋亡MLKL誘導膜損傷導致K+流出并激活NLRP3炎癥小體，提示壞死性凋亡與焦亡之間可能存在炎癥信號串擾[18]。此外，細胞焦亡與凋亡、鐵死亡與凋亡等之間也存在信號串擾。因此，不同的調節(jié)性細胞死亡方式首先其本身有非常嚴格的調控機制，而當同時存在多種細胞死亡方式時，其之間的信號串擾可能會抑制另一種細胞死亡方式或者放大其本身的死亡效應等。

表1 不同調節(jié)性細胞死亡方式及其特點[19]

2 銀屑病與調節(jié)性細胞死亡

2.1 銀屑病與細胞凋亡 皮膚中角質形成細胞凋亡與增殖之間的動態(tài)平衡維持了表皮的穩(wěn)態(tài)。銀屑病的臨床表現(xiàn)以紅斑上覆銀白色鱗屑，皮膚增厚為主要特征，病理特征為角質形成細胞過度增殖、角化不全和凋亡異常，皮損中的抗凋亡蛋白如BCL-2、BCL-xL等表達上調[20]，提示銀屑病角質形成細胞凋亡異?？赡軈⑴c銀屑病的發(fā)生發(fā)展。白介素(interleukin，IL)-17家族是銀屑病發(fā)病中的一類重要細胞因子，研究認為其主要作用是促進角質形成細胞的增殖及炎性浸潤[1]。研究發(fā)現(xiàn)IL-17可以通過激活IL-6/STAT3通路等促進角質形成細胞增殖[21]，誘導受體相互作用蛋白激酶4通過STAT3信號通路上調趨化因子CCL20等促進炎癥[22]。此前有研究發(fā)現(xiàn)IL-17A在某些疾病條件下如自身免疫性腦脊髓炎等發(fā)揮抗凋亡作用[23]，而Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)IL-17A并不影響角質形成細胞的凋亡。因而IL-17在銀屑病中對細胞凋亡的影響有待進一步研究。IL-22是銀屑病發(fā)病機制中另一類重要細胞因子，研究表明IL-22在銀屑病患者皮損中表達升高且與疾病嚴重程度相關，IL-22能通過上調角質形成細胞中的BCL-xL同時下調Bax表達水平調節(jié)角質形成細胞的增殖與凋亡[24]。

近年來，對調節(jié)細胞凋亡和恢復角質形成細胞穩(wěn)態(tài)成為研究銀屑病治療的主題。銀屑病表皮細胞恢復正常穩(wěn)態(tài)主要基于細胞凋亡的正常機制恢復。特定波長的中波紫外線(UVB)可通過促進角質形成細胞和致病相關T細胞凋亡[25，26]，甲氨蝶呤(MTX)能增加角質形成細胞中的CYCS和caspase 9并降低BCL-xL、c-FLIP等蛋白水平誘導內源性凋亡[27]，阿達木單抗等生物制劑抗TNF治療可以改變角質形成細胞中與凋亡相關的基因的轉錄活性[28]。這些治療方式都能通過誘導角質形成細胞凋亡發(fā)揮治療銀屑病的作用。

2.2 銀屑病與壞死性凋亡 銀屑病中角質形成細胞壞死性凋亡參與銀屑病的發(fā)病并在一定程度上影響疾病炎癥狀態(tài)。壞死性凋亡最初被描述為促炎性細胞死亡，通過釋放損傷相關分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)至胞外引發(fā)炎癥，也有研究認為TNF-α介導的壞死性凋亡通過激活NF-κB等信號通路促進炎癥發(fā)展，而不是直接釋放DAMPs[29]。目前研究發(fā)現(xiàn)，在銀屑病患者和咪喹莫特(imiquimod，IMQ)誘導的銀屑病樣小鼠皮損中壞死性凋亡均增加，RIPK1和MLKL表達上調，使用RIPK1抑制劑(Nec-1s)和MLKL抑制劑(NSA)均能抑制HaCaT細胞和銀屑病小鼠皮損的壞死性凋亡，并下調炎癥因子如IL-1β、IL-17A等表達水平[30]。也有研究發(fā)現(xiàn)通過表皮特異性基因敲除來抑制角質形成細胞NF-κB的信號轉導，能誘導壞死性凋亡觸發(fā)皮膚炎癥[31]，進一步表明角質形成細胞壞死性凋亡是皮膚炎癥的有效驅動因素。除了相關死亡受體的激活，通過PRRs也能引發(fā)細胞的壞死性凋亡。ZBP1在RIPK1缺乏的角質形成細胞中感知內源性核酸，募集RIPK3并磷酸化MLKL激活壞死性凋亡，從而誘導IL-17介導的炎癥反應[32]。Honda等[33]發(fā)現(xiàn)RIPK3還能以不依賴壞死性凋亡的方式激活角質形成細胞，促進細胞因子與趨化因子的表達，使得中性粒細胞在皮損部位聚集，促進銀屑病的炎癥發(fā)展。去泛素化酶抑制RIKP1介導的角質形成細胞壞死性凋亡并改善皮膚炎癥[34]。

GSK2982772是RIPK1的小分子抑制劑，經研究口服GSK2982772能減輕銀屑病患者的表皮厚度及抑制皮膚炎性T細胞的浸潤[35]。然而，Jiang等[36]和Zhang等[37]研究表明藥物鈴蘭毒甙和杠柳苷元卻能通過誘導細胞壞死性凋亡來改善銀屑病小鼠模型的皮損，發(fā)揮治療銀屑病作用。因此，皮膚角質形成細胞的壞死性凋亡在銀屑病中具體作用仍有待進一步研究。

2.3 銀屑病與鐵死亡 關于鐵死亡及其與炎癥性疾病之間關系的研究表明，鐵死亡不同于細胞凋亡，它具有免疫原性，能通過釋放DAMPs和警報素來放大一系列炎癥反應[38，39]。在銅綠假單胞菌和結核分枝桿菌感染及非感染性炎癥性疾病如動脈粥樣硬化和缺血/再灌注損傷等中均觀察到鐵死亡，并發(fā)現(xiàn)鐵死亡可能會促進這些炎性疾病的發(fā)展[39]。此前一項對銀屑病樣本的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，相比于未受累的皮膚及健康對照組，銀屑病皮損內的GPX4表達降低、胞內鐵增加及胱氨酸/谷氨酸逆向轉運系統(tǒng)xc-受抑制，提示銀屑病皮損中可能存在鐵死亡[40]。然而關于銀屑病中發(fā)生鐵死亡的細胞及其具體作用尚不很明確。Shou等[41]最近研究發(fā)現(xiàn)，相比于正常皮膚，銀屑病樣本表皮各層的GPX4幾乎未見表達，角質形成細胞脂質過氧化增強，且一系列結果表明細胞水平脂質氧化與Th22/Th17通路呈正相關。此外，Vats等[42]研究發(fā)現(xiàn)，盡管紫外照射后角質形成細胞出現(xiàn)細胞凋亡、細胞焦亡和鐵死亡等多種RCD，但鐵死亡是導致急性紫外照射驅動的皮膚壞死性炎癥的關鍵細胞死亡方式，表明鐵死亡可能是紫外照射相關皮膚病的重要機制，進一步支持其對皮膚炎癥的促進作用。

用鐵死亡抑制劑Fer-1處理IMQ誘導的銀屑病樣小鼠，相比于對照組，F(xiàn)er-1下調TNF-α、IL-17和IL-23等細胞因子水平，從而減輕了IMQ誘導的銀屑病樣皮膚炎癥[41]。這能部分闡述銀屑病中角質形成細胞鐵死亡的作用，其能在疾病中出現(xiàn)并能放大銀屑病炎癥反應。

2.4 銀屑病與細胞焦亡 目前認為細胞焦亡能通過活化并釋放細胞因子從而促進銀屑病表皮炎癥發(fā)展[43]。有研究表明在銀屑病當中存在NLRP3炎癥小體通路和AIM2炎癥小體通路激活的細胞焦亡，炎癥小體激活可觸發(fā)caspase 1活化，caspase 1蛋白水解活化IL-1β和IL-18，有活性的IL-1β和IL-18激活IL23/Th17通路，誘導大量炎性細胞因子和趨化因子分泌，進而引起皮膚炎癥和表皮過度增殖[44]。在銀屑病發(fā)病機制中具體是什么細胞發(fā)生焦亡且產生促炎效果還并不明確。有學者認為NLRP3炎性體的激活主要通過中性粒細胞而不是角質形成細胞或T細胞發(fā)生[45]，也有研究發(fā)現(xiàn)抑制NLRP3炎癥小體介導的巨噬細胞焦亡可以改善IMQ誘導的小鼠銀屑病樣皮膚炎癥[46]。此前還有研究認為角質形成細胞內雙鏈DNA會導致AIM2炎癥小體活化并促進其發(fā)生焦亡[44]。因此關于銀屑病發(fā)病機制中發(fā)生焦亡的是何種細胞及其如何影響炎癥發(fā)展還需要更進一步的探索。此外，盡管炎癥小體的活化與焦亡密切相關，研究表明炎癥小體的活化并不一定引起細胞焦亡，如在低GSDMD表達的細胞中炎癥小體活化能引起細胞凋亡等[47]，而且非經典途徑引起的焦亡通過誘導K+的流出觸發(fā) NLRP3炎性體的形成。在銀屑病組織中盡管NLRP1/3和AIM2等炎癥小體的水平增加，但其對銀屑病炎癥影響可能不局限于引起細胞焦亡[48]。

藥物安石榴甘抑制caspase 1和IL-1β的激活可減輕銀屑病癥狀[49]。富馬酸二甲酯是一類在歐洲等地區(qū)用于銀屑病治療的一線藥物，研究發(fā)現(xiàn)富馬酸二甲酯也能使GSDMD失活并抑制焦亡[50]，此外藥物環(huán)黃芪醇通過抑制細胞焦亡能改善IMQ誘導的小鼠皮膚炎癥[46]。這些藥物的治療均提示抑制銀屑病中細胞焦亡可能是治療銀屑病的潛在治療靶點。

3 結語

銀屑病作為一種炎癥性疾病，其皮損內存在多種形式調節(jié)性細胞死亡。銀屑病中細胞凋亡異常對于其典型皮損的發(fā)生來說可能是最重要的，角質形成細胞的抗凋亡能力使得其過度增殖并出現(xiàn)角化不全等。正是角質形成細胞增強的抗凋亡能力，使得它們更容易發(fā)生壞死性凋亡，因此壞死性凋亡對銀屑病的炎癥發(fā)生可能是更重要的。而銀屑病中發(fā)生的焦亡和鐵死亡等其他炎性細胞死亡方式則可能通過加重皮膚炎癥狀態(tài)促進疾病的發(fā)展。此外，銀屑病中可能存在的各種細胞死亡方式的串擾會進一步影響皮膚炎癥。因此，對銀屑病中細胞各種死亡方式及其機制的研究，不僅能推進對銀屑病的理解，更能為銀屑病的治療提供更多的思路與支持。