順鉑誘導的腎損傷中的細胞死亡

張明嬌 ， 朱杰夫 ， 吳雄飛

武漢大學人民醫(yī)院腎內科，武漢 430060

順鉑（cisplatin， CDDP）是用于治療腫瘤的有效藥物之一，可單獨或與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合使用，也被用作手術或放療后的輔助治療［1］。CDDP可引起腎毒性、耳毒性和神經(jīng)毒性，因此使用常受到限制。由于CDDP轉運蛋白的特殊分布，在腎小球濾過和腎小管分泌過程中，CDDP優(yōu)先積聚在近端腎小管上皮細胞中，其濃度可為血藥濃度的3倍［2］。CDDP進入腎細胞后，氯原子被水分子取代形成水合順鉑，水合順鉑通過改變膜轉運蛋白的表達抑制線粒體功能，生成大量活性氧誘導氧化應激、細胞凋亡或死亡，并刺激細胞產生強烈的炎癥反應，引起急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）［3］。CDDP還可能誘發(fā)腎血管系統(tǒng)損傷，導致血流量減少，腎臟缺血性損傷和腎小球濾過率下降。這些損傷共同作用會導致腎功能喪失，甚至引起急性腎功能衰竭［4］。

通?；趯⑺兰毎男螒B(tài)學分析對細胞死亡形式進行定義，這些細胞死亡形式被認為是調節(jié)性細胞死亡（regulated cell death， RCD），是所有生物體的基本生理過程［5］。RCD參與胚胎發(fā)育、器官維護、衰老和免疫反應過程，在宿主防御病原體和維持體內平衡方面起著重要作用。然而，RCD途徑的過度激活是有害的，可能導致突變、免疫受損和自身免疫性疾?。?］。細胞凋亡、壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡是RCD最主要的幾種形式。RCD的其他類型也有報道，如溶酶體依賴性細胞死亡、自噬依賴性細胞死亡等，但對于這些類型的生理功能，以及不同死亡方式的串擾關系知之甚少。本文將主要介紹細胞凋亡、壞死性凋亡、焦亡和鐵死亡四種RCD形式，以期為減少順鉑誘導的腎損傷提供思路。

1 細胞凋亡

細胞凋亡是對死亡信號的反應，可通過內在、外在細胞凋亡或內質網(wǎng)應激途徑發(fā)生［7］。內在細胞凋亡途徑由氧化應激、內質網(wǎng)應激或DNA損傷等刺激致使細胞穩(wěn)態(tài)失衡引起。細胞穩(wěn)態(tài)失調、p53激活誘導促凋亡因子活化，導致線粒體外膜透化（mitochondrial outer membrane permeabilization， MOMP），線粒體促凋亡因子從線粒體膜間隙釋放到細胞質中［8］。B細胞淋巴瘤2（Bcell lymphoma 2， Bcl2）蛋白家族是內源性途徑MOMP的主要調節(jié)蛋白［9］，細胞色素c的釋放觸發(fā)細胞凋亡體的形成和半胱天冬酶-3（Caspase-3）活化［10］。

外在細胞凋亡途徑是通過細胞外死亡受體激活觸發(fā)的。促凋亡死亡受體包括腫瘤壞死因子受體1/2（tumor necrosis factor receptor 1/2，TNFR1/2）［11］、脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，F(xiàn)as）［12］和腫瘤壞死因子受體超家族受體DR4、DR5［13］。TNFR1在被配體激活后寡聚在細胞表面形成平臺，通過細胞質死亡結構域將死亡信號傳遞到細胞內。在早期階段形成死亡誘導信號復合物，也稱為復合物Ⅰ［14］。此時復合物Ⅰ中Caspase-8的活化由細胞FADD樣IL-1β轉換酶抑制蛋白調節(jié)，這種募集限制了Caspase-8的促凋亡功能，同時促進促炎和核因子-κB（nuclear factor，NF-κB）依賴性信號通路，具有促生存作用［15］。這種促生存復合物后來被內化或完全脫離受體，以促進具有促凋亡活性的復合物Ⅱ的形成。在復合物Ⅱ中，無活性的Caspase-8和Caspase-10被激活，直接通過蛋白水解激活效應Caspase或間接激活Bcl-2蛋白家族成員對內在途徑進行反饋并促進MOMP［16］。兩種凋亡途徑都會引起Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7及其他Caspase的活化。

一些研究表明，細胞凋亡在順鉑誘導的腎損傷中發(fā)揮重要作用。順鉑誘導的細胞應激會激活絲裂原活化蛋白激酶途徑，引發(fā)氧化應激和凋亡級聯(lián)反應。細胞外信號調節(jié)激酶1/2（extracellular signal regulated kinase1/2，ERK1/2）、Caspase-3/7表達的下調會減少腎小管細胞凋亡［17］。在CDDP小鼠模型中，鈣調磷酸酶調節(jié)因子1（regulator of calcineurin 1，RCAN 1）通過與下游c-Jun N端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）結合，增加線粒體裂變因子（mitochondrial fission factor，Mff）的磷酸化，導致腎小管上皮細胞線粒體功能障礙和細胞凋亡［18］。近端腎小管上皮細胞中轉化生長因子β激活激酶-1（transforming growth factor-β-activated kinase-1，TAK1）能夠促進Caspase-3活化、促炎分子表達和腎臟中的JNK磷酸化，從而誘導細胞凋亡［19］。p53參與調控細胞凋亡過程，作為順鉑誘導的細胞死亡的關鍵分子而備受關注。抑制選擇性AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）會減少CDDP誘導的腎損傷小鼠模型的p53磷酸化、Bax表達、Caspase-3活化和細胞凋亡［20］。上調NAD-依賴性去乙?；福∟AD-dependent deacetylase，Sirts）-1蛋白會減少腎臟凋亡蛋白BAX和p53的表達，上調腎臟抗凋亡蛋白Bcl-2，從而抑制細胞凋亡［21］。此外，Sirt-3缺失通過增加活性Caspase-3的表達水平來增加順鉑誘導的腎小管細胞凋亡［22］。Sirt-5抑制順鉑引起的胞內核因子紅系2相關因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2， Nrf2）、血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1， HO-1）和Bcl-2蛋白的上調，同時提高了Bax蛋白的表達水平，減輕了順鉑引起的細胞凋亡［23］。這些研究證實了細胞凋亡在順鉑引起的腎損傷中的作用（表1）。

表1 CDDP誘導腎損傷中的RCDTable 1 RCD in CDDP-induced kidney injury

2 壞死性凋亡

壞死性凋亡發(fā)生在TNFR1、Fas/FasL、Toll樣受體以及胞質核酸傳感器之后，受體激活后誘導Ⅰ型干擾素和TNF-α的產生，從而促進自分泌反饋回路中的壞死性凋亡［36］。壞死性凋亡可以被阻止細胞凋亡執(zhí)行的病原體激活，并提醒免疫系統(tǒng)注意潛在的入侵威脅。在TNFR1介導的壞死性凋亡中，受體相互作用蛋白激酶-1（receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1，RIPK1）磷酸化RIPK3形成壞死體的淀粉樣信號復合物。在壞死體組裝后，RIPK3磷酸化混合系列蛋白激酶樣結構域（mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL）。磷酸化的MLKL寡聚并易位到細胞膜上，形成導致細胞膨脹的質膜孔。質膜孔的形成導致細胞內容物的釋放，從而促進炎癥的發(fā)生。MLKL的激活不一定導致壞死性凋亡，RIPK1是壞死性凋亡的關鍵誘導劑，通常被Caspase-8介導的蛋白水解中和。通過翻譯后修飾，RIPK1可以在細胞凋亡或缺乏活性Caspase-8的情況下通過壞死性凋亡激活促生存NF-κB途徑和促死亡途徑［37］。壞死性凋亡和細胞凋亡都能夠誘導受體脫落，但凋亡細胞釋放核小體成分，而壞死性凋亡細胞通過膜透化早期階段激活溶酶體胞吐作用釋放溶酶體成分［9］。

受體相互作用蛋白1（receptor-interacting protein 1，RIP1）、RIP3和MLKL依賴性的壞死性凋亡是CDDP誘導的AKI中近端腎小管細胞死亡的主要機制。RIPK3抑制劑通過與RIPK3的蘇氨酸146和絲氨酸146位點結合，阻斷RIPK3的磷酸化并減輕CDDP誘導的AKI［24］。Smad3誘導煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4（nicotinamide adenine dinucleotide phosphooxidase 4，NOX4）和活性氧的產生，而靶向Smad3敲除會阻斷RIPK介導的RCD，減輕順鉑誘導的腎損傷［25］。細胞的壞死性凋亡可能由CDDP或細胞因子組合誘導，而CDDP治療引起的腎細胞壞死性凋亡又誘導炎性細胞因子，即這些基因和炎性細胞因子的正反饋環(huán)能夠促進壞死性凋亡進展［38］。壞死抑制素可以通過抑制裂解的Caspase-3調節(jié)壞死性凋亡，并影響腎小管上皮細胞系中ERK、JNK和p38信號通路，從而減輕CDDP誘導的腎毒性［26］。在腎小管細胞和成纖維細胞中，腦Ras同源蛋白（Ras homolog enriched in brain，Rheb1）基因消融會加劇CDDP誘導的細胞凋亡、壞死性凋亡和鐵死亡，而腎小管細胞中結節(jié)性硬化基因1（tuberous sclerosis 1，Tsc1）單倍體不足會導致Rheb1活化，減輕CDDP誘導的細胞死亡、線粒體缺陷和AKI［27］。因此，抑制壞死性凋亡的發(fā)生可以減少順鉑腎毒性的發(fā)生（表1）。

3 焦亡

焦亡是一種炎癥性的細胞死亡形式，通常由微生物感染引起，伴有炎癥小體的激活和促炎細胞因子白細胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-18的激活。焦亡可通過干擾素、Toll樣受體和TNF-α的胞漿外信號傳導引發(fā)，Gasdermin D（GSDMD）家族蛋白則是焦亡的執(zhí)行者［39］。在焦亡過程中，細胞質模式識別受體感知內源性相關分子模式和病原體相關分子模式，吸引凋亡相關斑點樣蛋白ASC形成炎癥體復合體［40］。炎癥小體傳感器與ASC相關蛋白作用形成炎性小體，炎性小體可以切割GSDMD，釋放GSDMD-N結構域并在細胞膜上形成孔，導致IL-1β和IL-18的前體形式激活［39］。除了活化Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5，小鼠Caspase-11能直接在不激活炎癥小體的情況下被細胞內脂多糖激活引發(fā)焦亡［41］。細胞溶質結合脂多糖時，上述Caspase催化結構域p11片段直接與GSDMD-C結構域結合，在Asp5處執(zhí)行切割［42］，導致Caspase活化和GSDMD裂解。核苷酸結合寡聚化合物結構域樣受體3（NACHT-LRRPYD-containing proteins 3 inflammasome，NLRP3）也被Caspase-11介導的非典型炎癥小體激活，從而導致IL-1β和IL-18的活化［43-44］。

已有研究證實，TLR4/NLRP3/IL-1β信號參與CDDP誘導的腎小管損傷［45］。研究發(fā)現(xiàn)，靶向JNK、ERK及GSDME的抑制劑通過抑制Caspase-3/GSDME信號緩解順鉑誘導的細胞焦亡［46］。CDDP上調Caspase-11，促進GSDMD裂解為GSDMD-N，后者易位到質膜上，觸發(fā)細胞焦亡并促進IL-18在原代培養(yǎng)的腎小管細胞中釋放。GSDMD缺乏顯著抑制CDDP誘導的IL-18釋放，表明GSDMD誘導的焦亡參與了CDDP誘導的AKI［28］。維生素D受體（vitamin D receptor，VDR）通過抑制NF-κB介導的NLRP3/Caspase-1/GSDMD焦亡來緩解CDDP誘導的急性腎損傷［29］。這些結果表明焦亡在順鉑誘導的AKI中具有重要作用（表1）。

4 鐵死亡

不同于細胞凋亡、壞死性凋亡和自噬，鐵死亡是一種伴隨著嚴重的脂質過氧化的鐵依賴性死亡方式［47］。在鐵死亡中，谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）是細胞抗氧化防御系統(tǒng)的主要樞紐，谷胱甘肽（glutathione， GSH）作為GPX4的輔助因子，協(xié)助GPX4防止細胞膜脂質過氧化，保護細胞免于鐵死亡［48］。在氧化應激條件下，GPX4將有害脂質過氧化物還原為無毒脂質醇［49］。Xc-系統(tǒng)是一種胱氨酸/谷氨酸抗轉運蛋白，Xc-系統(tǒng)功能障礙促進胱氨酸流入細胞，細胞內胱氨酸轉化為半胱氨酸，而半胱氨酸是合成GSH的限速底物，因此Xc-系統(tǒng)功能缺陷會導致GSH依賴性抗氧化機制受損，促進不受控制的脂質過氧化和鐵死亡［50］。細胞轉硫途徑激活、細胞外谷氨酸濃度降低也能影響鐵死亡［51-52］。細胞內游離鐵是羥自由基的主要來源，可以引發(fā)脂質過氧化促進鐵死亡。

許多研究工作已經(jīng)證實了鐵死亡在腎臟疾病中的有害作用，而鐵死亡抑制劑和鐵螯合劑能減輕腎損傷［53］。鐵死亡抑制劑減輕葉酸誘導的腎損傷，減少壞死性凋亡，而壞死性凋亡抑制劑并未消除這種作用［54］，表明鐵死亡可能在炎癥、凋亡和壞死性凋亡過程的上游起作用。CDDP誘導的鐵死亡主要由脂質過氧化引起，GPX4可能介導了CDDP誘導的腎細胞鐵死亡。在CDDP誘導的AKI模型中，VDR活化能降低脂質過氧化水平，恢復GPX4表達，減輕腎損傷［30］。Nrf2是抗氧化性應激中最重要的核轉錄因子，調節(jié)許多與鐵的儲存和運輸有關的重要基因的表達。CDDP處理的Nrf2敲除小鼠出現(xiàn)鐵積累改變，GPX4水平下調，鐵死亡加劇［31］。最近的研究發(fā)現(xiàn)，腎臟基因二肽酶1（dipeptidase 1，Dpep1）和帶電多泡體蛋白1A（charged multivesicular body protein 1 A，Chmp1a）都是單一途徑鐵死亡的重要調節(jié)因子，并通過改變細胞內的鐵運輸促進腎臟疾病的發(fā)展［32］?；罨姆岽糥受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）調節(jié)鐵死亡相關基因的轉錄，并防止CDDP誘導的AKI［54］。下調Cx43可以通過恢復系統(tǒng)Xc-轉運體中SLC7A11的水平，增加GSH的含量抑制鐵死亡，并減輕CDDP誘導的腎損傷［34］。此外，四面體DNA納米結構（tetrahedral DNA nanostructures，TDN）通過減少脂質過氧化產物的產生，上調GPX4水平，抑制鐵死亡，減輕CDDP誘導的細胞凋亡［35］?？傊种畦F死亡是減輕CDDP誘導腎損傷的有效途徑（表1）。

5 展望

隨著對細胞死亡機制的深入了解，我們發(fā)現(xiàn)許多新定義的死亡類型緊密相關，具有重疊的分子特征和相同途徑的分層關聯(lián)。盡管對于CDDP誘導的腎毒性的分子和細胞機制已經(jīng)做了大量研究，進一步探索以確定這些細胞死亡途徑和細胞靶標將提高我們對它們在順鉑腎毒性中的作用的理解，為進一步減輕腫瘤患者使用CDDP造成的腎毒性提供思路。