徐漢杰，張丹婭，李 飛，魏 睿，周 穎，奚 玲

(華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬同濟醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢 430030)

細胞死亡方式可分為壞死(necrosis)和程序化細胞死亡(programmed cell death,PCD)，后者主要分為凋亡(apotosis)、壞死性凋亡(necroptosis)、自噬(autophagy)和焦亡(pyroptosis)[1]。細胞焦亡不同于凋亡、壞死等其他細胞死亡方式，其最具特征的表現(xiàn)為觸發(fā)炎癥反應(yīng)，并與炎癥性疾病、腫瘤等多種疾病密切相關(guān)[1]。隨著對細胞焦亡研究的不斷深入，其在子宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌等婦科惡性腫瘤中的相關(guān)作用以及抗腫瘤治療效應(yīng)也逐漸被發(fā)現(xiàn)。本文擬對細胞焦亡在婦科惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的作用及其抗腫瘤效應(yīng)進行綜述，以期為婦科惡性腫瘤的治療提供新的策略。

1 細胞焦亡的發(fā)現(xiàn)

細胞焦亡(pyrotosis)是希臘語“pyro”(意為fire)和“ptosis”的結(jié)合，是一種新定義的炎性程序性細胞死亡[2]。早在1990s，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)福氏志賀氏菌或沙門氏菌感染能夠引起小鼠或人巨噬細胞的死亡[3-4]。1997年，Arturo Zychlinsky實驗室發(fā)現(xiàn)，福氏志賀氏菌可激活宿主細胞的caspase-1，2年后，該實驗室發(fā)現(xiàn)敲除caspase-1可阻斷福氏志賀氏菌誘導(dǎo)的細胞死亡[5-6]。2001年，Brad Cookson實驗室闡明這種細菌感染引起的細胞死亡方式是一種不同于細胞凋亡的死亡方式，并將此caspase-1依賴的程序化死亡方式命名為細胞焦亡[2]。在細胞焦亡被正式定義之前，人們對細胞焦亡這一復(fù)雜通路了解唯一清楚的是caspase-1激活后可活化白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)，并引起細胞死亡，而對于引起caspase-1激活的上游通路以及caspase-1激活后引起細胞焦亡的下游通路均不清楚。

2002年，Martinon等首次提出炎癥小體(inflammasome)這一概念，他們發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)受體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白-1(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain-containing 1,NLRP1)與凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)和caspase-1可組成復(fù)合體(即炎癥小體)，參與caspase激活，此后，不同受體組成的經(jīng)典炎癥小體相繼被發(fā)現(xiàn)[7]。2015年，邵峰課題組發(fā)現(xiàn)gasdermin-D(GSDMD)蛋白在正常微環(huán)境處于自抑制狀態(tài)，經(jīng)caspase-1剪切后產(chǎn)生N端和C端兩個肽段，N端肽段在細胞膜形成質(zhì)膜孔，至此明確GSDMD蛋白為細胞焦亡的執(zhí)行蛋白[8]。GSDM家族的其他成員，包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、DFNA5/GSDME以及DFNB59，也具有膜穿孔活性，能在細胞膜上形成質(zhì)膜孔，誘導(dǎo)細胞焦亡的發(fā)生，尤其2017年發(fā)現(xiàn)caspase-3剪切GSDME誘導(dǎo)細胞焦亡，是細胞焦亡研究的又一里程碑(圖1)[9-10]。

2 細胞焦亡的機制

2.1 焦亡的經(jīng)典途徑 細胞焦亡的經(jīng)典途徑由caspase-1炎癥小體激活。當細胞感知外源性的病原體或內(nèi)源性損傷(細菌感染、病毒、毒素等)，NOD樣受體(NOD-like receptor,NLR)、ASC和caspase-1組成多蛋白復(fù)合物(即炎癥小體)，該炎癥小體通過caspase-1的自我剪切激活caspase-1，此步驟為細胞焦亡進程的關(guān)鍵步驟，激活的caspase-1直接剪切GSDMD產(chǎn)生GSDMD-NT(N端片段的GSDMD)和GSDMD-CT(C端片段的GSDMD)，前者插入細胞膜脂質(zhì)形成大小約18nm的質(zhì)膜孔，該質(zhì)膜孔致使炎性因子和危險相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)的釋放，并導(dǎo)致細胞內(nèi)滲透壓增加，致使細胞腫脹、裂解，殺傷細胞同時擴大免疫炎性反應(yīng)；激活的caspase-1同時促進IL-1β和白細胞介素-18(interleukin-18,IL-18)的成熟，并通過質(zhì)膜孔釋放到細胞外，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用(圖2)[11]。

2.2 焦亡的非經(jīng)典途徑 與經(jīng)典途徑不同的是，非經(jīng)典途徑的關(guān)鍵步驟是caspase-4/5/11的激活，此步驟不需要炎癥小體而是在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)等炎性因素的刺激下被直接激活，激活的caspase-4/5/11剪切GSDMD，剪切后產(chǎn)生的GSDMD-NT形成質(zhì)膜孔，致使細胞腫脹、破裂死亡(圖2)[11]。有研究提示，caspase-11還可通過非典型炎癥小體激活NLRP3，誘導(dǎo)IL-1β和IL-18的成熟[12]。

順鉑、阿霉素等多種化療藥物可激活caspase-3，通過激活的caspase-3剪切GSDME，誘導(dǎo)細胞焦亡的發(fā)生(圖2)[10]。Caspase-3介導(dǎo)的GSDME焦亡路徑并不需要炎癥小體，但GSDME-NT的產(chǎn)生可激活經(jīng)典的炎癥小體通路，促進IL-1β和IL-18的成熟、釋放[10,13]。由此不難看出，caspase-3并不是細胞凋亡獨有的蛋白酶，在GSDME蛋白存在的情況下，caspase-3可誘導(dǎo)細胞凋亡向細胞焦亡轉(zhuǎn)換。

最近有研究表明，顆粒酶也可通過引起特定GSDM家族成員的剪切，誘導(dǎo)細胞焦亡。顆粒酶A(granzyme A,GZMA)、顆粒酶B(granzyme B,GZMB)分別引起GSDMB和GSDME的裂解，剪切后的GSDM蛋白N端，在細胞膜上形成質(zhì)膜孔，引起細胞焦亡[14-15]。

3 細胞焦亡與婦科惡性腫瘤

細胞焦亡在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中扮演著雙重角色：一方面，可激活某些信號通路或釋放炎性介質(zhì)促進腫瘤發(fā)展以及增加腫瘤對化療藥物的耐藥性；另一方面，作為一種程序化細胞死亡方式，誘導(dǎo)腫瘤細胞的死亡，發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[11]。

3.1 細胞焦亡與子宮頸癌 Zhou等自TCGA和UCSC Xena數(shù)據(jù)庫獲得子宮頸癌數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)、CASP3、GSDMB、GSDMC、GZMB等多種細胞焦亡相關(guān)基因在子宮頸癌中高表達。進一步進行生存分析發(fā)現(xiàn)，低表達IL-1β和高表達PRKACA患者的預(yù)后較好，并鑒定出子宮頸癌細胞焦亡的關(guān)鍵基因GZMB，預(yù)測通過GZMB/miR-378a/TRIM52-AS1信號通路促進子宮頸癌的進展，但該研究結(jié)果缺乏實驗數(shù)據(jù)驗證[16]。

眾所周知，高危型HPV持續(xù)感染與子宮頸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。研究證實，HPV E7蛋白可通過促進E3泛素連接酶三結(jié)構(gòu)域蛋白21(TRIM21)介導(dǎo)的γ-干擾素誘導(dǎo)蛋白16 (interferon-gamma inducible protein 16,IFI16)炎癥小體的泛素化及降解，抑制細胞焦亡的發(fā)生，引起HPV的免疫逃逸，促進子宮頸癌的進展。這一研究結(jié)果證實，細胞焦亡參與調(diào)控HPV感染免疫逃逸機制[17]。另一方面，AIM2作為分子識別受體識別到HPV dsDNA后，與ASC及caspase-1形成超分子炎癥小體，激活細胞焦亡經(jīng)典途徑，誘導(dǎo)焦亡的發(fā)生，抑制子宮頸癌進展[18]。HPV感染的子宮頸癌乙?；? (sirtuin 1,SIRT1)高表達，SIRT1可通過調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)的基因轉(zhuǎn)錄功能，干擾AIM2 mRNA的表達，抑制AIM2炎癥小體及其介導(dǎo)的細胞焦亡，促進子宮頸癌的進展[19]。

3.2 細胞焦亡與卵巢癌 自GTEx和TCGA數(shù)據(jù)庫獲取88個正常卵巢上皮組織以及379個卵巢癌組織的RNA表達數(shù)據(jù)，分析33個細胞焦亡相關(guān)基因的表達，發(fā)現(xiàn)31個基因表達具有差異性，PRKACA、GSDMB等13個基因表達下調(diào)，caspase-3、GSDMA等18個基因表達上調(diào)，進一步通過Cox回歸分析，篩選出AIM2、caspase-3以及GSDMA等7個細胞焦亡相關(guān)基因，建立卵巢癌預(yù)后風險預(yù)測模型，結(jié)果顯示細胞焦亡相關(guān)基因在卵巢癌進展過程中發(fā)揮重要作用，能夠用來預(yù)測卵巢癌患者的預(yù)后[20]。

caspase-1、IL-1β以及IL-18在卵巢癌組織中的表達明顯高于正常卵巢組織[21]。在另一研究中發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA生長停滯特異性轉(zhuǎn)錄本5(long non-coding RNA growth arrest-specific transcript 5,lncRNA GAS5)在卵巢癌細胞中低表達，而高表達lncRNA GAS5誘導(dǎo)炎癥小體的形成，繼而介導(dǎo)卵巢癌細胞發(fā)生焦亡[22]。這些研究結(jié)果表明，細胞焦亡與卵巢癌進展密切相關(guān)。

3.3 細胞焦亡與子宮內(nèi)膜癌 Zhang等通過TCGA數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，細胞焦亡相關(guān)基因ELANE、GPX4、GSDMD及TIRAP參與腫瘤免疫微環(huán)境形成，且與子宮內(nèi)膜癌患者的預(yù)后密切相關(guān)[23]。已有研究提示，lncRNAs通過細胞焦亡參與子宮內(nèi)膜癌的進展，并成功鑒別出AC087491.1、 AL353622.1等9個細胞焦亡相關(guān)的lncRNAs，據(jù)此能預(yù)測子宮內(nèi)膜癌患者的預(yù)后及免疫治療療效[24]。已有研究結(jié)果顯示，NLRP3、GSDMD、caspase-1及IL-1β等細胞焦亡相關(guān)因子在子宮內(nèi)膜癌組織中的表達高于正常子宮內(nèi)膜組織，進一步研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3、GSDMD、caspase-1表達與子宮內(nèi)膜癌患者的預(yù)后密切相關(guān)，提示細胞焦亡參與子宮內(nèi)膜癌的進展過程[25]。

4 細胞焦亡在婦科惡性腫瘤治療中的作用

細胞焦亡與婦科惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且利用其抗腫瘤的作用機制取得了極大進展。在傳統(tǒng)手術(shù)、放療、化療等無法取得滿意療效的情況下，細胞焦亡具有雙重抗腫瘤作用：一方面,直接誘導(dǎo)腫瘤細胞死亡；另一方面,腫瘤細胞發(fā)生焦亡過程中，釋放多種炎性介質(zhì)、ATP以及腫瘤相關(guān)抗原等，誘導(dǎo)機體產(chǎn)生較強的抗腫瘤免疫作用，使其成為治療惡性腫瘤的有效策略[26]。見表1。

4.1 細胞焦亡在子宮頸癌中的治療 已有研究表明，順鉑、阿霉素等多種化療藥物，通過激活caspase-3剪切GSDME致使子宮頸癌HeLa細胞焦亡，發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)[10]。第三代鉑類抗腫瘤藥物洛鉑，同樣可激活caspase-3，剪切GSDME，促使子宮頸癌細胞發(fā)生焦亡[27]。從丹參中提取的丹參酮ⅡA，具有抗炎、抗腫瘤、抗菌等多種生物活性[28]。Tong等研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮ⅡA可抑制子宮頸癌HeLa細胞的增殖、促進細胞凋亡，進一步研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮ⅡA可通過調(diào)控miR-145/GSDMD信號通路，誘導(dǎo)HeLa細胞發(fā)生細胞焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用[29]。

4.2 細胞焦亡在卵巢癌中的治療 α-NETA是一種穩(wěn)定的、非競爭性的乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶抑制劑，其半抑制濃度IC50為9μmol/L[30]。使用a-NETA 處理Ho8910、A2780等卵巢癌細胞系，發(fā)現(xiàn)細胞出現(xiàn)質(zhì)膜出泡等焦亡特征，且Werstern blot結(jié)果顯示caspase-4、GSDMD表達升高，而敲除caspase-4或GSDMD能抑制α-NETA誘導(dǎo)卵巢癌發(fā)生細胞焦亡的能力，提示α-NETA通過GSDMD/caspase-4通路誘導(dǎo)焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用，動物實驗也進一步證實了α-NETA對卵巢癌的治療療效[31]。Nobiletin 是一種來自柑橘皮的聚甲氧基黃酮。已有大量文獻證實，nobiletin具有抗腫瘤、抗氧化等多種生物活性[32]。Liao 等使用nobiletin對A2780、OVCAR3卵巢癌細胞進行處理，處理后的腫瘤細胞發(fā)生細胞焦亡現(xiàn)象，繼續(xù)進行機制研究發(fā)現(xiàn)，nobiletin通過誘導(dǎo)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生及調(diào)節(jié)細胞自噬，引起GSDMD、GSDME發(fā)生剪切，誘導(dǎo)細胞焦亡[33]。蛇床子素(osthole)是一種天然抗組胺藥替代試劑，也可通過介導(dǎo)細胞焦亡執(zhí)行蛋白GSDME，誘導(dǎo)A2780、OVCAR3卵巢癌細胞發(fā)生細胞焦亡[34]。

4.3 細胞焦亡在子宮內(nèi)膜癌中的治療 已有研究結(jié)果顯示，在HEC1A 、AN3CA等子宮內(nèi)膜癌細胞系中，氫可提高細胞內(nèi)ROS水平，促進NLRP3炎癥小體的形成，激活caspase-1，剪切GSDMD蛋白，繼而介導(dǎo)細胞焦亡，敲除GSDMD，可抑制氫介導(dǎo)的細胞焦亡，在小鼠子宮內(nèi)膜癌皮下瘤腫瘤模型也證實氫可誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜癌焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用，這一發(fā)現(xiàn)為子宮內(nèi)膜癌的臨床治療提供了新方向[25]。

表1 細胞焦亡在婦科惡性腫瘤中的治療

5 展望

細胞焦亡在婦科腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用，其對婦科惡性腫瘤的治療作用也已得到研究證實，未來極有可能被運用到婦科惡性腫瘤的臨床治療中。但此前仍有許多問題亟需解決，如順鉑、阿霉素等常用的化療藥物通過caspase-3/GSDME非經(jīng)典途徑誘導(dǎo)細胞焦亡，發(fā)揮抗腫瘤作用，但大部分腫瘤細胞由于DFNA5基因甲基化致使GSDME蛋白表達水平低于正常細胞，以GSDME為焦亡執(zhí)行蛋白誘導(dǎo)細胞焦亡，可能存在誘導(dǎo)腫瘤細胞焦亡能力弱及較強的化療副反應(yīng)等問題，這些都需要我們繼續(xù)深入研究進行解決。同時，以細胞焦亡相關(guān)的炎癥小體、caspase家族蛋白、GSDM家族蛋白及相關(guān)信號通路為基礎(chǔ)，積極尋找可靠有效的治療靶點，也可為婦科腫瘤的治療提供新的治療方法。

細胞焦亡在惡性腫瘤的治療中具有廣泛的應(yīng)用前景，將給婦科惡性腫瘤的治療帶來突破性的進展，鑒于細胞焦亡的炎性特征，其與免疫檢查點抑制劑等其他免疫治療手段聯(lián)合應(yīng)用，也將會為婦科惡性腫瘤的治療帶來更優(yōu)策略。