焦孔素D 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡機(jī)制及其在子宮內(nèi)膜癌中的研究進(jìn)展

張倩倩，陳凡，朱姣姣，丁瑤瑤，沖喜會(huì)，劉會(huì)玲,3#

1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000

2隴南市第一人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，甘肅 隴南 742500

3甘肅省人民醫(yī)院婦科，蘭州 730000

全球癌癥數(shù)據(jù)庫對(duì)全球185個(gè)國(guó)家36種腫瘤的發(fā)病率和病死率進(jìn)行評(píng)估，報(bào)告顯示，2018年子宮內(nèi)膜癌（endometrial arcinoma，EC）新發(fā)病例382 069例，病死89 929 例[1]。EC 作為最常見的婦科惡性腫瘤，大多早期診斷患者具有良好的預(yù)后[2]，但Ⅲ期和Ⅳ期患者[3]，特別是遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的EC 患者，其生存率仍然很低。目前，有關(guān)EC 的發(fā)病機(jī)制尚不明確。因此，尋找EC 患者預(yù)后相關(guān)生物標(biāo)志物至關(guān)重要。

細(xì)胞焦亡是一種由焦孔素（gasdermin，GSDM）介導(dǎo)的炎癥性程序性細(xì)胞死亡形式，伴隨質(zhì)膜穿孔、細(xì)胞外液內(nèi)流、細(xì)胞腫脹、核濃縮及促炎性細(xì)胞內(nèi)容物釋放[4-5]。細(xì)胞焦亡的調(diào)控機(jī)制主要分為典型的細(xì)胞焦亡途徑和非典型的細(xì)胞焦亡途徑。典型的細(xì)胞焦亡途徑通過病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）或損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）識(shí)別并觸發(fā)半胱氨酸蛋白酶（caspase）1活化，非典型的細(xì)胞焦亡途徑主要通過脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）識(shí)別并活化caspase 4/5/11，進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞焦亡[6]。GSDM 是近期發(fā)現(xiàn)的一種具有成孔效應(yīng)的蛋白家族[7]，且是介導(dǎo)細(xì)胞焦亡發(fā)生的關(guān)鍵底物分子。GSDM 家族成員包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME、GSDMF，不同的GSDM在不同的組織臟器中表達(dá)，發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能。GSDM 家族成員之間具有45%的序列同源性，大多數(shù)家族成員的N 端結(jié)構(gòu)域和C 端結(jié)構(gòu)域高度相似、保守[8]，且除了GSDMF，其余分子被激活后均產(chǎn)生具有穿孔活性的N 末端進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞焦亡的發(fā)生。GSDMD 作為最早發(fā)現(xiàn)的GSDM 家族成員，被caspase 1/4/5/11 切割后產(chǎn)生具有活性的GSDMD-N 末端，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。與正常子宮內(nèi)膜相比，GSDMD 在EC 中高表達(dá)，且通過免疫組化發(fā)現(xiàn)GSDMD 在人及異種移植小鼠EC 細(xì)胞系中均高表達(dá)[9]。研究表明，GSDMD的高表達(dá)可能參與EC 的發(fā)生、發(fā)展并與患者的預(yù)后有關(guān)，但作用機(jī)制尚不明確。本文就GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡機(jī)制及其在EC 中的作用進(jìn)行綜述，以期為未來的研究奠定基礎(chǔ)。

1 細(xì)胞焦亡的概述

細(xì)胞死亡在維持生物體體內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。目前，已發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡形式主要包括細(xì)胞壞死、凋亡和焦亡[10]。細(xì)胞焦亡是一種溶解性的細(xì)胞死亡形式，也被稱為GSDM 介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡。細(xì)胞焦亡具有壞死和凋亡的兩種特征，凋亡過程中可形成凋亡小體，而焦亡中可形成焦亡小體[11]。與細(xì)胞凋亡不引起大量的炎癥反應(yīng)和保持了細(xì)胞膜的完整性相比，細(xì)胞焦亡的早期可出現(xiàn)凋亡樣染色質(zhì)濃縮和DNA 片段化，隨后出現(xiàn)壞死性的細(xì)胞膜孔形成、細(xì)胞內(nèi)容物外滲和促炎因子釋放。細(xì)胞凋亡是維持機(jī)體內(nèi)壞境穩(wěn)態(tài)的主要方法，是細(xì)胞自主的、程序的、非炎癥性的細(xì)胞死亡形式。而細(xì)胞焦亡是一種新的細(xì)胞死亡方式，在免疫調(diào)控、抵抗感染和腫瘤抑制方面發(fā)揮重要作用。1992 年，細(xì)胞焦亡在福氏志賀菌感染巨噬細(xì)胞后引起的細(xì)胞裂解反應(yīng)中被發(fā)現(xiàn)，由于對(duì)程序性細(xì)胞死亡形式認(rèn)識(shí)的局限性，誤將其歸為細(xì)胞凋亡的范疇[12]。而在2001 年，焦亡的概念首次被提出，并定義為沙門氏菌感染巨噬細(xì)胞的caspase 1 依賴性非程序性細(xì)胞死亡形式[13]。在焦亡的過程中，活化的caspase 1/4/5/11 切割GSDMD 形成N 末端結(jié)構(gòu)域，促使細(xì)胞膜孔形成、細(xì)胞膜破裂釋放內(nèi)容物及炎性因子[14]。

2 GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡機(jī)制

2.1 GSDMD 的特性

GSDMD 又稱為 GSDMDC1、DFNA5L 或FKSG10，最初在人類基因組數(shù)據(jù)庫中以查找GSDMA同源物的方式被發(fā)現(xiàn)[15]。GSDMD基因位于人類染色體8q24.3 上，而在小鼠染色體上位于15D3-E1 位點(diǎn)[16]。GSDMD-N 端和GSDMD-C 端通過肽接頭連接形成GSDMD 蛋白[14]。caspase 1/4/5/11 被炎癥體或LPS 激活后，切割GSDMD 產(chǎn)生對(duì)特定脂質(zhì)如心磷脂、磷脂酸、雙磷酸肌醇等成分具有高親和力的細(xì)胞毒性GSDMD-N 端結(jié)構(gòu)域。在質(zhì)膜的內(nèi)小葉上，GSDMD-N 端寡聚化使細(xì)胞質(zhì)表面形成跨膜孔[17]并釋放細(xì)胞內(nèi)容物和炎性因子，如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-18[18]。相反，GSDMD-N 端與質(zhì)膜外小葉沒有親和力，可避免細(xì)胞焦亡對(duì)周圍正常細(xì)胞的損傷[17]。這說明GSDMD-N 端的特性可能為惡性腫瘤的靶向治療提供新的方向。

2.2 GSDMD 參與細(xì)胞焦亡的典型通路

細(xì)胞焦亡的典型通路由caspase 1 介導(dǎo)，為應(yīng)對(duì)各種內(nèi)源性和外源性感染，細(xì)胞質(zhì)模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor，PRR）可識(shí)別一系列PAMP 或DAMP，激活各種炎癥體[19]，主要包括黑色素瘤2（absent in melanoma 2，AIM2）和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體（nucleotide binding oligomerization domain like receptor，NLR）家族。炎癥體是細(xì)胞內(nèi)的一種多蛋白復(fù)合物，在體內(nèi)免疫途徑中發(fā)揮重要作用，且是細(xì)胞焦亡典型通路中caspase 1切割GSDMD的重要組成部分[20]。典型炎癥體復(fù)合物由PRR、銜接蛋白細(xì)胞凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein，ASC）和效應(yīng)蛋白caspase 1 組成[21]。ASC 作為銜接蛋白，含有嘧啶結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD）和半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域（caspase activation and recruitment domain，CARD），攜帶CARD 的PRR 可直接募集半胱天冬酶原-1 以組裝caspase 1 依賴性的炎癥小體，然后通過自切割激活caspase 1 使之轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓摹⒕哂谢钚缘腸aspase 1[22]。一方面，活化后的caspase 1 切割GSDMD，產(chǎn)生31 kD 的C 端阻遏結(jié)構(gòu)域和22 kD的N 端成孔結(jié)構(gòu)域，GSDMD-N 端可使細(xì)胞膜形成大量非選擇性的孔，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、質(zhì)膜破裂及細(xì)胞內(nèi)容物釋放，進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞焦亡[23]。另一方面，活化后的caspase 1 可將IL-1β和IL-18 前體切割為成熟的IL-1β和IL-18，其可通過由GSDMD-N 端形成的細(xì)胞膜孔被釋放出來，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡，并誘發(fā)炎癥反應(yīng)[24-25]。GSDMD-C端可阻遏GSDMD-N端的毒性作用，進(jìn)而抑制上述變化。

2.3 GSDMD 參與細(xì)胞焦亡的非典型通路

細(xì)胞焦亡的非典型通路中，人源性caspase 4/5和鼠源性caspase 11 可與細(xì)胞內(nèi)LPS 結(jié)合而被激活，活化后的caspase 裂解GSDMD 產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的GSDMD-N 端，其轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜促使質(zhì)膜孔的形成，最終誘發(fā)焦亡[24]。與細(xì)胞焦亡的典型通路相比，caspase 4/5/11 只能通過含pyrin 結(jié)構(gòu)域NOD 樣受體家族3（NOD-like receptors family 3,pyrin domain containing，NLRP3）/caspase 1 途徑介導(dǎo)IL-1β和IL-18 前體的成熟與釋放，而不能直接進(jìn)行切割[26]。且在非典型通路中，GSDMD-N 形成的質(zhì)膜孔可以引起鉀離子釋放以促進(jìn)NLRP3和caspase 1 的活化，最終導(dǎo)致IL-1β和IL-18 的成熟和釋放[27]。因此，在非典型通路中，IL-1β和IL-18前體的成熟與釋放是通過依賴典型通路中活化的caspase 1 間接發(fā)生的。

3 GSDMD 與EC

3.1 GSDMD 與EC 標(biāo)志物

EC 的腫瘤標(biāo)志物主要包括糖類抗原（carbohydrate antigen，CA）125 和CA19-9。子宮內(nèi)膜漿液性癌主要以分泌CA125 為主，而子宮內(nèi)膜樣癌或黏液性癌會(huì)分泌CA125 和CA19-9，因此就表現(xiàn)為CA125 或CA19-9 升高。但這兩種標(biāo)志物的特異性較差，如卵巢癌有可能會(huì)表現(xiàn)為CA125 升高，直腸癌也有可能表現(xiàn)為CA19-9 升高。CA125/CA19-9更多用于EC 患者手術(shù)后或者放化療后的療效觀察，可根據(jù)腫瘤標(biāo)志物血清學(xué)水平的降低和升高判斷疾病的緩解和復(fù)發(fā)情況，而不能作為腫瘤患者預(yù)后甚至診療的標(biāo)志物。而已有的研究結(jié)果顯示，GSDMD 在EC 組織中高表達(dá)，當(dāng)GSDMD 低表達(dá)時(shí)患者具有較長(zhǎng)的生存期[28]。在EC 異種移植小鼠模型中，氫處理后GSDMD 蛋白過表達(dá)可使異種移植瘤變小，闡明了其在治療方面的作用[9]。但目前的研究甚少，還需進(jìn)一步探索。

3.2 GSDMD 在EC 中的表達(dá)及意義

細(xì)胞焦亡在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中扮演雙重角色。一方面可激活甚至釋放炎性因子促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，并增加腫瘤細(xì)胞的化療耐藥性；另一方面可作為一種程序性細(xì)胞死亡方式誘發(fā)腫瘤細(xì)胞死亡，并發(fā)揮腫瘤抑制作用。而GSDMD 作為GSDM 家族研究最多的成員之一，近期被確定為細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行者。Zhang和Yang[28]通過癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)了4 個(gè)與細(xì)胞焦亡相關(guān)的預(yù)后基因，包括中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶（elastase,neutrophil expressed，ELANE）、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）、含有銜接蛋白的TIR結(jié)構(gòu)域（TIR domain containing adaptor protein，TIRAP）和GSDMD，且GPX4和GSDMD在子宮內(nèi)膜癌中高表達(dá)，而ELANE和TIRAP低表達(dá)。當(dāng)GPX4和GSDMD低表達(dá)時(shí)，EC 患者具有較好的預(yù)后。Kambara 等[29]研究表明，ELANE 以caspase 非依賴的方式在其切割位點(diǎn)的上游介導(dǎo)GSDMD 的切割與活化。Kang 等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，GPX4 可通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)過氧化依賴性caspase 11 的活化，進(jìn)而激活GSDMD 以促進(jìn)細(xì)胞焦亡的發(fā)生。同樣，Gurung 等[31]發(fā)現(xiàn)，TIRAP 可調(diào)節(jié)caspase 11 的表達(dá)，caspase 11 是一種與caspase 1 相關(guān)的蛋白酶，且在NLRP3炎癥體的激活中發(fā)揮重要作用，caspase 1和caspase 11活化后介導(dǎo)的GSDMD 裂解是誘發(fā)細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵。Yang 等[9]的研究結(jié)果顯示，GSDMD、caspase 1、NLRP3 及IL-1β等細(xì)胞焦亡相關(guān)分子在EC 組織中高表達(dá)，且GSDMD、caspase 1、NLRP3 的表達(dá)情況與腫瘤患者的預(yù)后密切相關(guān)。這闡明GSDMD誘發(fā)的細(xì)胞焦亡參與EC 的進(jìn)展過程，而EC 中GSDMD 介導(dǎo)的焦亡通路尚未明確，有待進(jìn)一步研究。

3.3 GSDMD 在EC 治療中的作用

有研究結(jié)果顯示，在HEC1A、AN3CA 等EC 細(xì)胞系中，氫處理可提高細(xì)胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，促使NLRP3 炎癥小體形成，激活caspase 1，剪切GSDMD 蛋白，進(jìn)而誘導(dǎo)EC 細(xì)胞焦亡的發(fā)生；敲除GSDMD后，氫參與的細(xì)胞焦亡通路被抑制，證實(shí)GSDMD 在ROS 誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡通路中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在EC 異種移植小鼠模型的研究中，氫處理后，caspase 1、GSDMD 等細(xì)胞焦亡相關(guān)蛋白過表達(dá)，而移植物的體積和重量則減輕，這說明氫在GSDMD 等蛋白分子的作用下誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡具有腫瘤抑制作用[9]。因此，GSDMD 可能有望成為EC 潛在的預(yù)后生物標(biāo)志物并指導(dǎo)臨床診斷，也為EC的治療提供了新的方法。

4 小結(jié)

EC 作為婦科常見惡性腫瘤，晚期患者特別是轉(zhuǎn)移患者，生存率很低，其治療手段主要包括手術(shù)、放療和化療，但對(duì)于轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)EC 患者的療效仍不明確。CA125 是EC 的主要腫瘤標(biāo)志物，可用于評(píng)估患者的預(yù)后情況，但不能作為診斷依據(jù)。因此，需要進(jìn)一步研究以支持EC的診斷與治療。

細(xì)胞焦亡是一種促炎的細(xì)胞程序性死亡方式，在腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)歸中發(fā)揮關(guān)鍵作用。GSDMD作為細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵底物蛋白，通過活化的caspase 1/4/5/11 切割后產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的GSDMD-N 末端導(dǎo)致質(zhì)膜穿孔、細(xì)胞內(nèi)容物及炎性因子的釋放，進(jìn)而誘發(fā)腫瘤細(xì)胞焦亡，且其高表達(dá)與多種腫瘤的預(yù)后相關(guān)。盡管當(dāng)前研究表明GSDMD 的高表達(dá)與EC 的發(fā)生、發(fā)展及患者的預(yù)后相關(guān)，但缺乏更多臨床研究及動(dòng)物模型以驗(yàn)證GSDMD 高表達(dá)與EC 進(jìn)展及預(yù)后的關(guān)系。

因此，本文就GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡機(jī)制及其與EC 發(fā)生、發(fā)展、患者預(yù)后的關(guān)系進(jìn)行綜述，為后期進(jìn)一步探索GSDMD 在腫瘤中的作用機(jī)制奠定基礎(chǔ)，以期為未來EC 的診治提供新思路。