孫東杰，雷連成,2，張付賢*

(1.長江大學動物科學學院，湖北荊州 434023；2.吉林大學動物醫(yī)學學院，吉林長春 130062)

細胞死亡是生命現(xiàn)象不可逆停止及生命的結束，正常的組織中經常發(fā)生細胞死亡，是維持組織機能和形態(tài)所必須的[1]。細胞遭遇到異常的物理、化學及生物因素等各種因素也可導致細胞意外死亡或非典型性死亡。細胞非典型性死亡常伴有代謝性疾病、退行性疾病、組織纖維化以及自身免疫性疾病等多種疾病的發(fā)生，具有發(fā)病率高、發(fā)病機制復雜的特點，且無特異性治療方法，針對細胞死亡機制的研究成為近年來的研究熱點[2]。細胞死亡方式多樣，通路機制繁雜，使得疾病治療難度加大，在臨床上急需闡明細胞死亡的機制及藥物發(fā)揮作用的機理，為抗細胞死亡藥物的研發(fā)和應用奠定基礎。近些年來，隨著科學工作者對細胞死亡研究的深入，不斷有新的細胞死亡方式被發(fā)現(xiàn)[3-4]，也研發(fā)了一系列針對不同細胞死亡方式的抑制藥物，并應用于與多種疾病相關的細胞死亡的臨床治療，具有良好的效果[5-6]。本文對細胞死亡方式、細胞死亡抑制藥物的種類和作用機制以及細胞死亡抑制藥物在臨床治療中的應用進行簡要的概述，對細胞死亡抑制藥物的研究和推廣具有重要意義。

1 細胞死亡的方式

常見的細胞死亡方式通常分為凋亡、自噬、壞死、焦亡、鐵死亡等。

1.1 細胞凋亡

細胞凋亡是細胞本身發(fā)生的程序性的主動死亡過程，屬于非炎癥性細胞死亡方式[1]，是細胞的一種生理性、主動性的“自覺自殺行為”，主要涉及一系列半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶 (cysteine-dependent aspartate-specific proteases,Caspase)的水解、活化及信號傳遞過程。凋亡主要有細胞外和細胞內兩種方式，細胞外主要是通過死亡受體途徑，細胞內主要是通過內質網途徑和線粒體途徑誘導細胞發(fā)生凋亡。

1.2 自噬

自噬是維持細胞正常代謝所必需的生理過程[7]，其可以去除損傷的細胞器與蛋白質聚集體，過度自噬則可能會引起細胞器和細胞質蛋白的過度降解而促進細胞死亡[6]。自噬流的受阻或過度活化參與了包括代謝性疾病、退行性疾病、組織纖維化、自身免疫性疾病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生[8]。

1.3 細胞壞死

細胞壞死是指在種種不利因素作用下，使得細胞的正常代謝活動受損或者中斷而造成的細胞損傷和死亡，通常是由腫瘤壞死因子 (tumour necrosis factor,TNF)、白介素1(interleukin 1,IL-1)及Ⅰ型干擾素 (typeⅠinterferons,IFNs) 等調控，這些細胞因子不僅可以誘導細胞壞死，在一定條件下也可以誘導細胞凋亡，此外受體相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting protein kinase 1,RIPK1)、受體相互作用蛋白激酶3(receptor-interacting protein kinase 3,RIPK3)、磷酸化混合譜系激酶結構域樣蛋白(mixed-lineage kinase domain-like protein,MLKL)在細胞壞死中也發(fā)揮重要作用[2]。通常機械性因素、理化因素、生物學因素、神經營養(yǎng)性疾病和免疫性疾病等在達到一定的時間或強度時均會造成細胞的壞死。

1.4 細胞焦亡

焦亡作為一種新的細胞死亡方式，近年來有研究表明膜穿孔蛋白(gasdermins,GSDM)家族是焦亡的直接執(zhí)行者[4]，在病原微生物病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和非感染性刺激損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)作用下使炎性體中核苷酸結合寡聚化結構域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)樣受體(NOD-like receptors,NLRs)或者黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)激活，并與特定區(qū)域的無活性的半胱氨酸蛋白酶1前體結合使其活化成半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶-1(cysteine-dependent aspartate-specific proteases-1,caspase-1),而caspase-1能夠裂解gasdermin D(GSDMD)和IL-1,GSDMD-N端能夠插入細胞膜中形成細胞膜孔道，從而誘導焦亡的發(fā)生[9]。

1.5 鐵死亡

鐵死亡也是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型的細胞死亡方式，是指鐵離子依賴性非凋亡性細胞過度氧化壞死，其發(fā)生主要是由于鐵離子沉積引發(fā)膜脂質過氧化反應及過度氧化應激，進一步導致選擇透過性損壞質膜，最終形成細胞死亡[3]。

2 細胞死亡抑制藥物的種類及作用機制

細胞死亡信號的抑制或上調均可影響疾病的發(fā)生與發(fā)展，隨著近些年研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列不同種類的抑制細胞死亡藥物，如中藥、小分子抑制劑、化學合成藥物等，藥物通過不同的作用機制阻止與多種疾病相關的細胞死亡，為疾病的治療提供潛在的靶點及指導。

2.1 中藥

近年來研究發(fā)現(xiàn)，復方中藥及單體在抗細胞死亡等方面發(fā)揮一定的保護作用。如參葵通脈顆?？山档托呐K組織中白細胞介素1β (interleukin-1β,IL-1β)、caspase-1蛋白水平，調控心肌細胞的焦亡，發(fā)揮治病作用[10]。京尼平苷通過激活腺苷酸激活蛋白激酶α抑制心肌活性氧的積累，阻斷NOD樣受體家族3(NOD-like receptor 3,NLR3)炎癥小體介導的細胞焦亡[11]；白芍總苷化合物可有效的改善缺血再灌注模型中的心臟功能，減少心臟梗死面積[12]；阿膠作為一味傳統(tǒng)中藥，在氧化應激壓力下，對RAW264.7細胞具有抗凋亡作用[5]。

2.2 小分子抑制劑

RIPK1、RIPK3、MLKL是肝臟細胞壞死的幾個關鍵因子，近年來在抗細胞死亡的研究中發(fā)現(xiàn)了一些通過抑制RIPK1、RIPK3、MLKL的作用而發(fā)揮抗細胞死亡的抑制劑。壞死性凋亡抑制劑壞死抑素-1(necrostatin-1,Nec-1)作為RIPK1抑制劑，通過與RIPK1結合來抑制RIPK1與RIPK3結合，從而抑制死亡小體形成，進而發(fā)揮抑制細胞死亡的作用[13]；GSK840、GSK843、GSK872是3種RIPK3的抑制劑[14]，通過競爭性的與RIPK3受體結合抑制RIPK3的作用，進而發(fā)揮抑制細胞壞死的作用；GW806742X是MLKL的抑制劑，通過抑制MLKL的假激酶結合位點，進而抑制RIPK1與RIPK3的結合發(fā)揮抗細胞死亡的作用[15]。

非吞噬細胞氧化酶Nox2和Nox4作為還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(triphosphopyridine nucleotide,NADPH)氧化酶的成員，參與了缺血/再灌注(I/R)引起的腦損傷；Wang J J等[16]通過用Nox2的抑制劑gp91ds-tat(Anaspec.63855)、Nox4的抑制劑GKT137831(MedChem Express.HY-12298) 處理大鼠，研究發(fā)現(xiàn)gp91ds-tat和GKT137831有效抑制了I/R誘導的活性氧(reactive oxygen species,ROS) 水平升高，明顯減輕了血腦屏障的損傷。

膽堿酯酶抑制劑利斯的明可提高腦內乙酰膽堿，保護阿爾茨海默病患者的內皮細胞[17]。蛋白水解酶抑制劑Z-Asp-cmk在缺血再灌注損傷治療中降低血清轉氨酶的含量及半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶-3等凋亡相關蛋白表達量[13]；腫瘤抑制因子p53和親環(huán)素D復合物p53-PPIF的小分子抑制劑T4-79、T6-26、A3-49、A3-66均能顯著提高HK-2細胞在過氧化氫誘導下的細胞活力[18]。

鐵中毒是一種依賴于鐵的程序性細胞死亡，不同于其他形式的細胞死亡，許多的神經退行性疾病都與鐵中毒有關。Chu J等[19]在谷氨酸誘導的神經毒性中發(fā)現(xiàn)，鐵中毒抑制劑ferrostatin-1處理減少了HT-22細胞乳酸脫氫酶的釋放和線粒體超微結構損傷，降低活性氧和丙二醛水平，增強了超氧化物歧化酶的活性，顯著降低谷氨酸鹽對HT-22細胞的影響，提高細胞的存活率。

Hu J J等[20]確定了FDA批準的雙硫侖可阻斷GSDMD孔的形成來抑制焦亡的發(fā)生，作為GSDMD的孔隙形成抑制劑，雙硫侖可阻斷細胞內細胞因子和脂多糖誘導的膿毒性死亡，納摩爾濃度下，阻止孔的形成，防止IL-1β釋放，為重新利用這種安全藥物來對抗炎癥提供了新的治療適應癥。

2.3 天然肽激素

Serelaxin，人類內源性松弛素 (relaxin,RLX)-2的重組形式，是一種天然肽激素，可以顯著改善臨床急性衰竭的癥狀，防止心力衰竭惡化。Diez J[21]通過現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Serelaxin的臨床作用可能歸因于其多種作用的潛在組合，如改善心臟、腎臟等的血流動力學，通過抗炎、抗細胞死亡等作用，使細胞與器官免受損害。

2.4 化學合成藥物

奧拉西坦可改善因自身自發(fā)性疾病或外傷所導致的記憶力衰退患者的學習功能和記憶，臨床上主要適用于老年癡呆、輕中度血管性癡呆及腦外傷等引起的記憶與智能障礙的治療。在腦創(chuàng)傷的保護作用試驗中，奧拉西坦治療組小鼠的腦水腫減輕、細胞膜皺縮減輕，細胞形態(tài)逐漸恢復，對創(chuàng)傷小鼠發(fā)揮了腦保護作用[22]。在抑制細胞死亡作用的研究中發(fā)現(xiàn)，經梯度給藥后，氯喹對H5N1病毒感染A549細胞導致的細胞死亡具有非常顯著的挽救效果[23]。

3 細胞死亡抑制藥物在疾病治療中的應用

3.1 細胞死亡抑制藥物與阿爾茲海默病

近年來，研究發(fā)現(xiàn)神經退行性疾病在發(fā)生過程中往往伴隨著大量的相關細胞的死亡，因而細胞死亡抑制藥物的研發(fā)是預防與治療該類疾病的重要解決方法。Lecca D等[24]在評估phenserine tartrate(Phen T)介導減輕創(chuàng)傷性腦損傷誘導的認知障礙的研究中發(fā)現(xiàn)，Phen T治療組小鼠的海馬CA1區(qū)以及大腦皮層中退化細胞數(shù)均減少，且5 mg/kg劑量的Phen T處理后，退化細胞數(shù)減少最為明顯，證明了Phen T的抗凋亡潛能；曲唑酮 (trazodone,TRZ) 作為一種選擇性血清素再攝取抑制劑，具有抗抑郁和鎮(zhèn)靜作用。Akbari V等[25]研究發(fā)現(xiàn)TRZ不僅能影響微觀相關蛋白Tau蛋白原纖維的形成，而且能減弱SH-SY5Y細胞系中Tau蛋白的低聚化，使細胞存活率提高。同時，TRZ也降低了Tau聚集物的破膜活性，顯示出治療阿爾茲海默病的巨大潛力。

3.2 細胞死亡抑制藥物與糖尿病

糖尿病是最常見的慢性疾病，表現(xiàn)的臨床綜合征主要是紊亂的水代謝、紊亂的電解質、蛋白質代謝以及紊亂的糖脂代謝等，導致較高的致死率和致殘率[26]。高雨桐等[27]研究楊桃根活性成分2-十二烷基-6-甲氧基-2,5-二烯-1,4-環(huán)己二酮(2-dodecyl-6-methoxycyclohexa-2,5-diene-1,4-dione,DMDD)對高糖誘導H9c2心肌細胞損傷的改善作用及機制發(fā)現(xiàn)，高糖組細胞存活率、谷胱甘肽過氧化物酶活性、B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl)蛋白表達水平均顯著降低，表現(xiàn)出明顯的凋亡狀態(tài)，而DMDD處理組以上細胞指標活性及水平均顯著逆轉，細胞形態(tài)較完整，表明DMDD可改善高糖誘導的心肌細胞損傷。

3.3 細胞死亡抑制藥物與腦損傷

程偉能[28]研究發(fā)現(xiàn)，栝樓桂枝湯可明顯減小缺血腦組織梗死體積，改善缺血側皮層神經細胞的病理狀態(tài)，促進腦缺血損傷后神經和運動功能的恢復，對腦缺血再灌注損傷具有較好的治療作用；秦榮等[29]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠在創(chuàng)傷性腦損傷后出現(xiàn)不同程度的認知功能障礙時，通過褪黑素治療可降低海馬組織中IL-1β、TNF-α、IL-6等炎性因子的表達，改善創(chuàng)傷性腦損傷后認知功能損傷。林巍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，玉米肽能不同程度的減少細胞中活性氧含量和下調促炎因子水平，進而減輕酒精對小鼠腦組織的損傷作用。

3.4 細胞死亡抑制藥物與視網膜變性

在東亞，槭屬(槭樹科)中的多種植物常被用作治療肝病、外傷性出血等各種疾病的中草藥。Kim K Y等[31]研究雞爪槭的乙醇提取物KIOM-2015E時發(fā)現(xiàn)，其通過調節(jié)視網膜外核層的蛋白表達和厚度來防止N-乙基-N-亞硝基脲(N-ethyl-N-nitrosourea,ENU)誘導的視網膜變性，改善視網膜的功能。

3.5 細胞死亡抑制藥物與心血管疾病

心血管疾病是慢性腎臟疾病患者死亡的主要原因，主動脈平滑肌細胞凋亡可促進心血管疾病的發(fā)生。Liu Y J等[32]在用甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)刺激人主動脈平滑肌細胞的試驗中發(fā)現(xiàn)，PTH可以下調成肌細胞去乙?；?(sirtuin1,SIRT1)和Bcl-2的表達，誘導細胞凋亡，而白藜蘆醇作為一種SIRT1激動劑，抑制了PTH誘導的細胞凋亡并且恢復了Bcl-2的表達。Guo G L等[33]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素通過抑制MicroRNA-199a(miR-199a)的表達來恢復SIRT1水平、加強腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)的磷酸化來減輕缺氧引起的細胞損傷和凋亡。Liu B等[34]發(fā)現(xiàn)在異丙腎上腺素(isoprenaline,ISO)處理的類鐵質性H9c2細胞模型中，葛根素抑制了H9c2細胞在ISO孵育下鐵超載和脂質過氧化的增加，在抑制心力衰竭時心肌細胞損失方面發(fā)揮了作用，提示了葛根素在治療心力衰竭的潛在新機制。缺血/再灌注損傷在很大程度上是通過打開線粒體通透性轉變孔(permeability transition pore,PTP)介導的，Antonucci S等[35]研究出不針對親環(huán)素D(cyclophilin D,CyPD)的PTP小分子抑制劑63和TR002，發(fā)現(xiàn)這兩種化合物均表現(xiàn)出對分離線粒體中PTP開放的劑量依賴性抑制，阻止了新生大鼠心室肌細胞中Ca2+超載和活性氧誘導的PTP開放和線粒體去極化。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這兩種化合物在亞微摩爾濃度下都可以阻止心室肌細胞中缺氧/復氧損傷引起的細胞死亡、收縮功能障礙和心肌紊亂，提示化合物63和TR002是一種新型的心臟保護劑。

3.6 細胞死亡抑制藥物與肝損傷

褪黑素是松果體產生的一種高效的抗氧化物質，在對乙酰氨基酚誘導肝細胞死亡的研究中發(fā)現(xiàn)，褪黑素明顯降低了人肝細胞株HepaRG細胞的脂質過氧化物水平，對乙酰氨基酚誘導的肝細胞鐵死亡具有顯著抑制作用。此外，褪黑素還通過激活肝臟核轉錄因子E2相關因子2(NF-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)、還原型的醌氧化還原酶1(NAD(P)H quinone oxidoreductase,NQO1)和血紅素氧合酶1(heme oxygenase-1,HO-1) 通路抑制對乙酰氨基酚導致肝臟氧化應激引發(fā)的鐵死亡，進一步緩解肝損傷[36]。

3.7 細胞死亡抑制藥物與肺氣腫

通常缺氧誘導的肺細胞死亡及血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)與缺氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)和信號通路的損傷被認為是肺氣腫肺泡結構破壞和丟失的病理生物學機制。Truong T M等[37]研究咖啡酸硫酸脫氫聚合物CDSO3對肺氣腫抗細胞死亡活性和治療干預試驗時發(fā)現(xiàn)，CDSO3處理后凋亡性肺氣腫大鼠模型對運動耐力障礙、空氣空間擴大和氧化性肺損傷產生了61%～77%的干預作用，凋亡標記物歸一化，HIF-1和VEGF表達也升高。

4 結語

隨著對細胞死亡認識的加深，發(fā)現(xiàn)機體中存在著多種反應機制及調節(jié)因子誘導細胞的死亡，進而參與機體的發(fā)病和免疫等過程，而細胞死亡方式及作用機制的研究可以為細胞死亡抑制藥物的研發(fā)提供精確的切入點。近年來雖然對細胞死亡機制的研究比較多，但是目前細胞死亡在一些疾病(如腦缺血、糖尿病以及神經性疾病等)中的調節(jié)機制還有許多不明確的地方，需要更深一步的研究和闡明；同時細胞死亡抑制藥物在應用過程中仍存在臨床效果不明顯、作用機制不清楚及治療周期長等缺陷，在一定程度上限制了其在臨床上的應用和推廣[38]。雖然目前細胞死亡抑制藥物具有一定的不足，但其在特定疾病的治療中展現(xiàn)出一定的成效，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著細胞死亡機制研究的深入和越來越多細胞死亡抑制藥物作用機理的發(fā)掘，將會有更多高效、特異強的細胞死亡抑制藥物應用于臨床，為疾病的治療和提高人類健康生活水平做出貢獻。