黃鳳萍 梁劍 何英鸞

(平果市人民醫(yī)院，廣西 平果 531499)

細胞焦亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的細胞程序性死亡方式，在形態(tài)學(xué)上出現(xiàn)細胞核固縮、染色質(zhì)DNA斷裂等與凋亡相似的特征，又同時具備一些與細胞凋亡不同的特異性表現(xiàn)，如細胞質(zhì)膜孔洞形成、炎性因子大量釋放等[1]。消皮素D(Gasdermin D,GSDMD)是細胞焦亡的“殺手蛋白”，不論在經(jīng)典的還是非經(jīng)典的焦亡途徑的信號通路中，GSDMD都作為執(zhí)行蛋白發(fā)揮關(guān)鍵作用。近年來多項研究顯示，GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡與急性肺損傷、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺氣腫、肺癌等多種呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展過程密切相關(guān)。本文通過總結(jié)GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡在呼吸系統(tǒng)疾病中作用研究進展，期望為今后研究如何通過GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡途徑診斷及治療呼吸系統(tǒng)疾病提供理論基礎(chǔ)。

1 GSDMD與細胞焦亡的概述

GSDMD屬于GSDM蛋白家族，位于人第8號染色體，由487個氨基酸構(gòu)成，全長53kDa，廣泛表達于多種細胞和組織的胞漿中[2]。在靜息狀態(tài)下GSDMD的 N 端與 C 端結(jié)構(gòu)域通過長環(huán)相連接，處于無活性的自抑制狀態(tài)；GSDMD被Caspase切割后，釋放N端結(jié)構(gòu)域，參與細胞焦亡；被切割后形成的N端形成多聚體，特異性結(jié)合細胞膜內(nèi)的膜磷酸肌醇，穿透質(zhì)膜形成直徑約10～15 nm的親水性孔道，10 nm以下的無機離子可通過該孔道引起細胞腫脹，炎性因子IL-1β和IL-18也同時被釋放到細胞外，進而募集其他的炎性細胞并擴大炎癥反應(yīng)[2-3]。根據(jù)所依賴的炎性 Caspase 的不同，焦亡被分為經(jīng)典細胞焦亡途徑和非經(jīng)典細胞焦亡途徑。當(dāng)機體受到病原微生物等刺激，NLRP3、NLRC4、AIM2、Pyrin等炎癥小體被激活，可將Pro-Caspase-1加工裂解形成有活性的Caspase-1，GSDMD蛋白被Caspase-1切割釋放N端結(jié)構(gòu)域，使細胞死亡并破壞細胞膜形成微小孔隙，IL-18、IL-1β和細胞內(nèi)容物通過這些孔隙釋放到胞外誘發(fā)炎癥反應(yīng)，并募集更多的炎癥細胞聚集，擴大炎癥反應(yīng)，這種依賴于Caspase -1的細胞死亡方式稱為經(jīng)典途徑細胞焦亡[3]。非經(jīng)典途徑細胞焦亡：人Caspase-4/5 通過CARD結(jié)構(gòu)域直接識別宿主細胞質(zhì)中細菌脂多糖，在胞內(nèi)形成的大分子蛋白復(fù)合體發(fā)生寡聚而活化，直接切割 GSDMD導(dǎo)致細胞焦亡[4]。

2 GSDMD與呼吸系統(tǒng)疾病

2.1GSDMD與肺炎 肺炎是指氣道、肺泡及肺間質(zhì)的肺實質(zhì)感染，可由病原微生物、理化因素、免疫損傷、藥物等引起，在全世界所有年齡組中都有高發(fā)病率。焦亡是在細菌感染的吞噬細胞中被首次發(fā)現(xiàn)的，說明其與感染性疾病密切相關(guān)；研究發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌、胸膜肺炎放線桿菌、白色念珠菌、耐藥性金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌等病原微生物均被證實可誘導(dǎo)細胞發(fā)生焦亡[6]。GSDMD的 N 端不僅可通過直接殺傷游離細菌來參與感染過程中受損細胞的死亡，還可充當(dāng)警報信號，促進免疫細胞募集進而促進病原體清除，防治感染并誘發(fā)病理性炎癥。Li等研究發(fā)現(xiàn)，在肺炎誘導(dǎo)的膿毒癥患者血液樣本中IL-1β、IL-18、NLRC4、NLRP3、Caspase-1、GSDMD表達上調(diào)，其機制可能為，被IL-17激活的NF-κB與TLR4和NLRP3啟動子區(qū)結(jié)合，提高了GSDMD的轉(zhuǎn)錄，從而促進細胞焦亡[7]。Liud等發(fā)現(xiàn)，肺炎支原體感染的患兒外周血單核細胞中IL-1β、IL-18、TNF-α、NLRP3的mRNA表達水平均升高，進一步的體外細胞研究證實，肺炎支原體感染可誘導(dǎo)A549細胞中NLRP3、Caspase-1、pro-Caspase-1和GSDMD-N的上調(diào)，而應(yīng)用NLRP3抑制劑INF39和中藥麻杏石肝湯可以下調(diào)NLRP3、Caspase -1、pro-IL-1β、GSDMD-N水平，減輕細胞焦亡、抑制促炎細胞的產(chǎn)生[8]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在肺炎球菌引起的膿毒癥中，IL-6可通過抑制肺炎球菌肺炎膿毒癥中GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡來阻止肺巨噬細胞死亡、減輕肺炎癥損傷[9]。此外，Peng等通過建立流感合并肺炎鏈球菌感染的小鼠模型，進行的動物實驗表明：GSDMD介導(dǎo)的巨噬細胞焦亡通過增加炎癥因子加劇肺炎癥損傷，而應(yīng)用IL-4和雙硫合劑可通過抑制細胞焦亡來降低免疫細胞的死亡以及降低流感后肺炎鏈球菌合并感染的風(fēng)險[10]。上述研究均提示：GSDMD 的致炎和抗炎作用使其可能成為肺炎抗菌和抗炎治療的靶點。

2.2GSDMD與急性肺損傷 急性肺損傷是由各種直接或間接因素導(dǎo)致肺泡上皮細胞及毛細血管內(nèi)皮細胞損傷，造成彌漫性肺間質(zhì)和肺泡水腫，進而導(dǎo)致急性低氧性呼吸功能不全[11]。細胞焦亡通過參與固有免疫反應(yīng)來保護機體免受病原微生物的感染，但如果細胞焦亡被過度激活，則會導(dǎo)致細胞大量死亡、組織損傷、器官衰竭甚至膿毒性休克等病理狀態(tài)。張曉等研究表明，與正常對照組相比，機械通氣相關(guān)性肺損傷的小鼠肺組織中GSDMD-N表達上調(diào)[12]。另一項研究則發(fā)現(xiàn)注射鳶尾素后，可減輕大鼠呼吸機相關(guān)性肺損傷，其機制可能與抑制細胞焦亡中GSDMD、Caspase-1活性有關(guān)[13]。還有研究通過動物實驗表明：在脂多糖所致的急性肺損傷小鼠中，存在GSDMD蛋白的表達與活化，而GSDMD基因敲除后，脂多糖所致的小鼠肺組織炎癥水平與肺組織損傷程度均減輕[14]。解健等對急性呼吸窘迫綜合征患者血液中性粒細胞中GSDMD的表達水平進行檢測，結(jié)果顯示：較健康志愿者，GSDMD在急性呼吸窘迫綜合征患者中的表達水平顯著升高；進一步的動物實驗研究證實：急性肺損傷小鼠肺部浸潤的中性粒細胞焦亡水平升高，而經(jīng)過特異性敲除GSDMD后，急性肺損傷小鼠肺組織受損程度、肺部炎癥水平得到明顯緩解[15]。上述研究均說明，調(diào)控細胞焦亡可能成為防治急性肺損傷的一個突破點。

2.3GSDMD與支氣管哮喘 支氣管哮喘是一種以氣道慢性炎癥為特征的呼吸系統(tǒng)疾病，目前對其發(fā)病機制的研究主要集中于氣道炎癥機制、免疫調(diào)節(jié)機制、遺傳及環(huán)境因素以及神經(jīng)調(diào)節(jié)機制等方面[16]。由感染性或非感染性刺激引起的炎癥小體可激活氣道上皮中GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡，引起的氣道上皮損傷可誘發(fā)氣道高敏感性和高反應(yīng)性，誘發(fā)持續(xù)氣道炎癥。有研究在哮喘小鼠肺組織中檢測到NLRP3、Caspase 1、GSDMD-N表達水平增加，說明哮喘過程中可能存在細胞焦亡的過度激活[17]。劉帆等研究發(fā)現(xiàn)，在肥胖型哮喘小鼠的支氣管上皮細胞中NLRP3、GSDMD高表達并影響氣道重塑，其機制可能為血清類黏蛋白1樣蛋白3促進下游因子高表達，激活GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡，進而加重了氣道重塑，誘發(fā)哮喘[18]。Zhuang等通過構(gòu)建體內(nèi)外模型，發(fā)現(xiàn)甲苯二異氰酸酯可導(dǎo)致人、小鼠支氣管上皮細胞發(fā)生焦亡，其機制可能為GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡被激活后，通過招募中性粒細胞和嗜酸性粒細胞來加劇氣道炎性上皮損傷；而應(yīng)用NLRP3炎癥小體抑制劑可通過降低支氣管上皮細胞中的Caspase-1、GSDMD分解，來抑制炎癥反應(yīng)進而降低氣道炎癥和高反應(yīng)性[19]。上述研究均表明哮喘發(fā)病過程中存在細胞焦亡的過度激活，GSDMD介導(dǎo)的焦亡可能是哮喘的潛在治療靶點。

2.4GSDMD與慢性阻塞性肺疾病 慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)的發(fā)生與多種因素有關(guān)，包括空氣污染、呼吸道感染、遺傳、氣道反應(yīng)性增高等，特別是煙草暴露引起的支氣管和肺泡上皮細胞損傷被認為是COPD的重要發(fā)病機制[20]。炎癥反應(yīng)和細胞死亡是與COPD相關(guān)的兩個最重要的致病因素,而細胞焦亡過程中上皮細胞死亡、大量釋放的炎癥因子，引起的擴大炎癥反應(yīng)可能與COPD持續(xù)存在的氣道損傷與氣道重塑有關(guān)。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，在香煙煙霧誘導(dǎo)的COPD大鼠模型及體外培養(yǎng)細胞中，GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡在COPD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用，而硫化氫可以通過靶向抑制TLR4/NF-κB通路顯著降低細胞焦亡[21]。Rao等研究發(fā)現(xiàn)在COPD患者和COPD小鼠模型的氣道上皮細胞中，GSDMD-N/GSDMD-C的表達增加；進一步的體外細胞實驗表明，香煙煙霧提取物可誘導(dǎo)GSDMD-N在氣道上皮細胞中的表達上調(diào)；應(yīng)用藥物抑制GSK205或敲減TRPV4功能后，可作用于Ca2+/NLRP3/caspase-1/GSDMD途徑減弱香煙煙霧誘導(dǎo)的細胞凋亡[22]。Mo等研究發(fā)現(xiàn)，尼古丁暴露可通過提高氣道上皮細胞中Caspase-1、IL-1β、IL-18、NLRP3、ASC和GSDMD的表達抑制細胞增殖、促進細胞死亡，進而參與COPD的進展[23]。因此，進一步研究COPD與支氣管上皮細胞焦亡的關(guān)系，能夠增加人們對COPD的認識，為疾病的診療提供幫助。

2.5GSDMD與肺癌 近年來，GSDMD被證實在多數(shù)腫瘤中均有表達差異，可作為腎上腺皮質(zhì)癌、腎癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、肝細胞癌、黑色素瘤和直腸腺癌等惡性腫瘤的預(yù)后標(biāo)志物[24]。一方面炎性小體可以誘導(dǎo)腫瘤細胞發(fā)生焦亡，抑制腫瘤細胞的增殖；另一方面，炎性小體的累積效應(yīng)也可以形成適宜腫瘤細胞生長的微環(huán)境，起著促瘤生長的作用[25]。Gao等證明了GSDMD參與調(diào)節(jié)非小細胞肺癌細胞增殖，且GSDMD的表達量與腫瘤大小及TNM分期有關(guān)，其機制可能為GSDMD下調(diào)后可抑制線粒體凋亡通路和EGFR/Akt信號通路來抑制腫瘤增殖[26]。王莉等研究顯示，GSDMD在肺癌組織中的表達高于癌旁正常組織，通過在肺癌細胞A549中下調(diào)GSDMD的表達，可抑制癌細胞的增殖、遷移、侵襲能力[27]。Cheng等在腫瘤裸鼠模型和A549細胞耐藥模型中驗證，麥冬戈青素B可通過GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡抑制非小細胞肺癌細胞的增殖，并減輕肺癌細胞對順鉑的耐藥性[28]。Yuan等發(fā)現(xiàn)在非小細胞肺癌細胞和非小細胞肺癌小鼠模型中，葫蘆素B直接結(jié)合toll樣受體4 后激活NLRP3炎癥小體，進而導(dǎo)致GSDMD的N-末端和c -末端分離介導(dǎo)細胞焦亡，最終通過焦亡作用發(fā)揮抗腫瘤作用[29]。Teng等報道了從延齡草中分離的PPVI可顯著抑制非小細胞肺癌的細胞增殖，進一步實驗研究發(fā)現(xiàn)，在非小細胞肺癌裸鼠模型及H1299細胞中，PPVI可通過ROS/NF-κB/NLRP3/GSDMD信號軸發(fā)揮作用，調(diào)控細胞焦亡進而抑制非小細胞肺癌的進展[30]。綜述所述，GSDMD在肺癌的進展中起著重要作用，GSDMD可能成為肺癌的潛在治療靶點。

3 展 望

雖然GSDMD在焦亡中的作用近期才被發(fā)現(xiàn)，已有研究人員已經(jīng)開始尋找能阻斷GSDMD功能的小分子抑制劑來減輕細胞焦亡帶來的不利影響[31]。目前對GSDMD介導(dǎo)的細胞焦亡在呼吸系統(tǒng)疾病中的研究才剛剛起步，無論是致病機制還是其在疾病發(fā)生發(fā)展進程中的作用與地位都有待進一步更細致的研究，相信對細胞焦亡機制的深入探索可以為呼吸系統(tǒng)疾病的治療尋找到新的靶點。