溫 金 李 寧 李梓匯 馬智穎 毛海婷

山東大學(xué)第二醫(yī)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中心，山東 濟(jì)南 250033

細(xì)胞焦亡（pyroptosis）是一種炎性程序性細(xì)胞死亡模式，依賴(lài)于炎性蛋白酶的活性，這些蛋白酶屬于含有半胱氨酸的天冬氨酸特異性蛋白酶（cysteine-dependent aspartate-specific proteases，caspase）家族，在這一過(guò)程中，Gasdermin（GSDMD）家族是細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白［1］。細(xì)胞焦亡廣泛參與腫瘤、缺血再灌注損傷、感染性疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的發(fā)生發(fā)展［2］。研究發(fā)現(xiàn)，滋養(yǎng)細(xì)胞焦亡也是胎盤(pán)中的重要促炎途徑，滋養(yǎng)細(xì)胞損傷后破裂，釋放出大量炎癥因子，誘導(dǎo)免疫細(xì)胞聚集，過(guò)度激活炎性反應(yīng)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷和局部組織無(wú)菌性炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)發(fā)性流產(chǎn)、子癇前期、妊娠期糖尿病、早產(chǎn)等一系列不良妊娠結(jié)局［3］。本文就細(xì)胞焦亡在不良妊娠結(jié)局中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞焦亡形態(tài)學(xué)特征

細(xì)胞焦亡這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)源于希臘詞根“pyro”，被用來(lái)描述促炎程序性細(xì)胞死亡方式［4］。細(xì)胞焦亡也存在DNA 損傷、核固縮和caspase 依賴(lài)性等與細(xì)胞凋亡相似的特征，但又有獨(dú)特的形態(tài)學(xué)特征，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，焦亡是一種非常特殊的DNA 損傷形式，細(xì)胞發(fā)生焦亡時(shí)，盡管出現(xiàn)了染色質(zhì)凝結(jié)和DNA 斷裂，但細(xì)胞核仍然保持完整。而在凋亡細(xì)胞中，DNA 的損傷依賴(lài)于caspase-3 激 活 的 DNA 酶（caspase-activated Dnase，CAD）和 其特異性分子伴 侶（inhibitor caspase-3 activated Dnase，ICAD）結(jié)合的二聚體，其中ICAD 被裂解，同時(shí)釋放并激活CAD，降解DNA，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而在焦亡細(xì)胞中，即使caspase-1 可以切割CAD，DNA 的損傷也不需要CAD 完成［5］。其次，細(xì)胞發(fā)生凋亡時(shí)其胞膜是完整的，而焦亡細(xì)胞膜上會(huì)形成小孔，破壞細(xì)胞膜的完整性。水通過(guò)孔隙流入，導(dǎo)致細(xì)胞腫脹和滲透破裂，釋放出炎癥介質(zhì)，引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)［6］。第三，細(xì)胞凋亡和細(xì)胞焦亡都依賴(lài)caspase 的激活。早期研究普遍認(rèn)為，caspase-3/6/7/8 激活只發(fā)生在凋亡細(xì)胞中，而只有激活炎性的caspase-1 和caspase-11 才能誘導(dǎo)焦亡。然而，近期研究發(fā)現(xiàn)，caspase-3 也參與了細(xì)胞焦亡［7］。最后，細(xì)胞焦亡的發(fā)生與多聚腺苷酸（adenosine diphosphate，ADP）聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）無(wú)關(guān)［8］，這一點(diǎn)與凋亡不同。

2 細(xì)胞焦亡相關(guān)蛋白

2.1 炎癥小體

炎癥小體（inflammasomes）是含有模式識(shí)別受體（pattern-recognition receptor，PRR）的多分子復(fù)合體，通過(guò)刺激炎癥反應(yīng)激活PRR 而觸發(fā)細(xì)胞焦亡。PRR 可以識(shí)別病原體相關(guān)分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）和細(xì)胞損傷過(guò)程中釋放的危險(xiǎn)相關(guān)分子模式（damaged-associated molecular patterns，DAMPs）［9］，PRRs 在識(shí)別DAMPs和PAMPs 后誘導(dǎo)凋亡相關(guān)顆粒樣蛋白（apoptosisassociated speck-like protein containing CARD，ASC）形成一個(gè)巨大的分子組裝，連接Nod 樣受體［nucleotide oligomerization domain （NOD） -like receptors，NLRs］和caspase-1［10］。在經(jīng)典的炎癥小體途徑中，該復(fù)合物激活caspase-1，在非經(jīng)典的炎癥小體途徑中，該復(fù)合物通過(guò)激活小鼠caspase-11和人的caspase-4，5而觸發(fā)細(xì)胞焦亡［11］。

2.2 GSDMD家族

GSDMD 是活化的caspase-1/4/5/11 的底物，可被裂解為含有N端結(jié)構(gòu)域（GSDMD-NT）和C端結(jié)構(gòu)域（GSDMD-CT）的兩部分片段［12］。GSDMD-NT連接細(xì)胞膜上的磷脂酰肌醇、磷脂酸和磷脂酰絲氨酸，引發(fā)寡聚，導(dǎo)致細(xì)胞膜上孔隙形成，成熟的白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-18 以及其他胞內(nèi)容物通過(guò)孔隙釋放到細(xì)胞外。這一過(guò)程有別于細(xì)胞凋亡的炎癥過(guò)程。此外，GSDMD-CT 端具有可溶性，被認(rèn)為會(huì)返回到GSDMD-NT端，抑制其激活［13］。早期研究表明，活化的caspase-1/4/5/11 可通過(guò)裂解GSDMD引起細(xì)胞焦亡，但近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，caspase-3也可影響并激活GSDME，從而引發(fā)細(xì)胞焦亡［12-13］。

3 細(xì)胞焦亡通路

3.1 經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路

經(jīng)典的炎癥小體包括NLRP1，3、NLRC4 和AIM2，它們都具有N 端caspase 募集域（N-terminal caspase recruitment，CARD）或pyrin 結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD），當(dāng)PRRs 與PAMPs 和DAMPs 接觸后可以激活caspase-1［14］。這些炎性小體可以募集ASC，NLR 或AIM2信號(hào)域（PYD 或CARD）通過(guò)同型相互作用與ASC 連接，形成ASC 焦點(diǎn)，招募pro caspase-1，導(dǎo)致caspase-1 激活。在這一過(guò)程中，pro caspase-1 進(jìn)行自裂解，導(dǎo)致caspase-1 p10/p20 四聚體形成和活化，caspase-1 活化后參與IL-18 原體和IL-1β原體的成熟，并切割I(lǐng)L-18原體和IL-1β原體，后者被釋放到細(xì)胞外并觸發(fā)一系列炎癥反應(yīng)［15-16］。同時(shí)，caspase-1 活化也可形成1.1 ～ 2.4 nm 的質(zhì)膜孔隙，水從孔隙流入導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、裂解，伴有促炎介質(zhì)HMGB1、IL-1β、IL-18 的分泌而發(fā)生焦亡［15，17］。然而，caspase-1如何引起焦亡的具體機(jī)制尚未完全明確。

綜上所述，GSDMD 是caspase-1/4/5/11 的直接底物，可被炎性caspase 特異性切割，在炎性caspase的下游發(fā)揮重要作用。GSDMD 在質(zhì)膜上形成孔隙，導(dǎo)致膜缺陷和胞質(zhì)蛋白釋放，引起一系列炎癥反應(yīng)。

3.2 非經(jīng)典細(xì)胞焦亡通路

人類(lèi)非典型炎癥小體途徑由caspase-11 和caspase-4/5 觸發(fā)。caspase-11 識(shí)別并結(jié)合到來(lái)源于革蘭氏陰性菌或宿主來(lái)源的氧化磷脂的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）上，由此激活caspase-11，活化的caspase-11 既能直接誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，又能通過(guò)裂解GSDMD 激活caspase-1。另外，在caspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡通路中，成熟的caspase-3可以切割人gasdermin E （GSDME）蛋白的連接體，使GSDME裂解為C 端片段（GSDME-CT）和N 端片段（GSDMENT），GSDME-NT 參與胞膜孔隙的形成，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡［18］。

4 細(xì)胞焦亡與不良妊娠結(jié)局

4.1 細(xì)胞焦亡與復(fù)發(fā)性流產(chǎn)

復(fù)發(fā)性流產(chǎn)（recurrent spontaneous abortion，RSA）是指女性連續(xù)發(fā)生2 次或2 次以上的自然流產(chǎn)，其發(fā)病原因包括遺傳學(xué)、感染、免疫等多種因素［19］。研究發(fā)現(xiàn)，在RSA患者的母胎界面處高遷移率族蛋白B（high mobility group box 1，HMGB1）、GSDMD、NLRP-3以及caspase-1分子高表達(dá)；在易流產(chǎn)小鼠模型中，小鼠蛻膜組織中的巨噬細(xì)胞高分泌HMGB1，HMGB1 抑制劑阿司匹林可通過(guò)HMGB1-TLRs/RAGE-NF-κB 通路下調(diào)巨噬細(xì)胞來(lái)源的HMGB1的表達(dá)，給予流產(chǎn)小鼠阿司匹林治療后，小鼠血清中HMGB1 水平顯著下降，胚胎流產(chǎn)率明顯降低［20］。Park 等［21］發(fā)現(xiàn)，山莨菪卷須熱水提取物（tendrils of cucurbita moschata duchesne， TCMD）可以減弱炎癥小體激活物［如LPS、ATP、黑素和尿酸鈉（monosodium urate，MSU）］引起的小鼠巨噬細(xì)胞和人滋養(yǎng)細(xì)胞NLRP3 炎性小體激活，限制ASC 寡聚，抑制caspase-1的活化以及IL-1β的成熟和釋放。盡管目前尚未見(jiàn)報(bào)道NLRP1炎癥小體與RSA有關(guān)，但其已被證實(shí)參與先兆流產(chǎn)的發(fā)生［22］。以上研究結(jié)果提示，RSA 患者子宮內(nèi)膜中普遍存在caspase-1、炎性小體等焦亡相關(guān)炎性標(biāo)志物的激活以及炎癥介質(zhì)釋放誘導(dǎo)無(wú)菌性炎癥和組織損傷的狀況，而通過(guò)減弱或抑制滋養(yǎng)細(xì)胞焦亡可以有效扭轉(zhuǎn)這種炎癥狀態(tài)，阻止RSA發(fā)生。

4.2 細(xì)胞焦亡與子癇前期

子癇前期（preeclampsia，PE）是一種妊娠特異性高血壓綜合征，以高血壓、蛋白尿?yàn)橹饕R床表現(xiàn)，是造成母親和胎兒死亡的重要原因［23］。PE時(shí)由于滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲不足而導(dǎo)致子宮螺旋動(dòng)脈重塑障礙，胎盤(pán)血管因灌注不足誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激反應(yīng)，釋放多種胎盤(pán)因子，引起ROS 積聚，從而激活NLRP3炎性小體并促進(jìn)細(xì)胞焦亡的發(fā)生［24］。近期研究發(fā)現(xiàn)，特異性microRNAs（miRNAs）在PE 相關(guān)的生物通路中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在滋養(yǎng)細(xì)胞HTR8-S/Vneo中過(guò)表達(dá)miR-125a-3p，通過(guò)靶向調(diào)控胎盤(pán)生長(zhǎng)因子，可以抑制滋養(yǎng)細(xì)胞增殖、遷移、侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡和炎癥因子NLRP3、caspase1、IL-1β和ROS釋放［25］。除此之外，Liu 等［26］證實(shí)，脂氧素A4（lipoxin A4，LXA4）可以抑制caspase-1的活化、滋養(yǎng)細(xì)胞的焦亡以及血管緊張素Ⅱ1 型受體（angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R）的暴露，而PE患者胎盤(pán)缺乏LXA4，導(dǎo)致患者胎盤(pán)中caspase-1 和炎癥因子IL-1β、IL-18的水平明顯升高。另有研究顯示，二甲雙胍可以抑制PE 滋養(yǎng)細(xì)胞中TLR4/NF-κB 信號(hào)通路，抑制NLRP3 炎癥小體釋放，從而抑制滋養(yǎng)細(xì)胞焦亡［27］。因此，滋養(yǎng)細(xì)胞焦亡是誘發(fā)子癇前期的關(guān)鍵事件，阻斷其發(fā)生的途徑可能是PE潛在的治療策略。為進(jìn)一步探究細(xì)胞焦亡在PE 中的機(jī)制，Quan 等［28］使用缺氧/復(fù)氧（H/R）模型刺激人和大鼠滋養(yǎng)細(xì)胞并首次發(fā)現(xiàn)，在H/R條件下，可上調(diào)趨化素的表達(dá)，并通過(guò)趨化素激活CMKLR1/AMPK/TXNIP/NLRP3 炎癥小體通路而加重H/R誘導(dǎo)的滋養(yǎng)層細(xì)胞的焦亡。

總之，PE 時(shí)子宮螺旋動(dòng)脈重塑異常，誘發(fā)了強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)，釋放大量炎性介質(zhì)，這不僅導(dǎo)致滋養(yǎng)細(xì)胞功能受損、胚胎淺著床、血管形成障礙，而且釋放炎癥因子后誘發(fā)免疫細(xì)胞聚集，使母體血管內(nèi)皮廣泛受損，在這一過(guò)程中，滋養(yǎng)細(xì)胞的焦亡發(fā)揮了重要作用。目前關(guān)于PE 與焦亡的研究中，NLRP3炎性小體復(fù)合物途徑的研究比較多，對(duì)焦亡其他途徑的研究較少，后續(xù)仍需進(jìn)一步探索。

4.3 細(xì)胞焦亡與妊娠期糖尿病

妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）是孕婦的一種代謝紊亂疾病，其特征是在妊娠中期或晚期出現(xiàn)葡萄糖不耐受與胰島素抵抗（insulin resistance，IR）［29］。Yu 等［30］在GDM 患者的脂肪組織中觀察到炎癥小體、caspase-1 和成熟IL-1β分泌升高，干擾胰島素信號(hào)通路，導(dǎo)致GDM產(chǎn)生IR。有研究指出，胎盤(pán)中H2S 合成酶缺乏可能引起NLRP3炎癥小體的過(guò)度激活，進(jìn)而導(dǎo)致IL-1β和IL-18 升高，從而引發(fā)母體IR，導(dǎo)致糖代謝異常［31］。另外，近期的研究也發(fā)現(xiàn)，活性氧（reactive oxygen species，ROS）有助于促炎細(xì)胞因子和NLRP3 炎性小體的激活，并且誘發(fā)細(xì)胞損傷。Negi等［32］檢測(cè)到別嘌醇可以抑制葡萄糖誘導(dǎo)的滋養(yǎng)細(xì)胞caspase-1的激活，減少I(mǎi)L-1β和ROS分泌，降低了額外的促炎和抗血管生成反應(yīng)。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，采用C57BL/KsJ-db/+ （db/+）孕鼠作為GDM小鼠模型，每日給予NLRP3 抑制劑曲尼司特治療2 周后，可以顯著降低GDM 小鼠NLRP3 和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，改善母體高血糖、葡萄糖不耐受和IR 等癥狀［33］。研究發(fā)現(xiàn)，類(lèi)黃酮物質(zhì)—前花青素（procyanidins，PA）形成的結(jié)合產(chǎn)物可以被腸上皮吸收后，在腸道菌群產(chǎn)生的一系列酶的作用下，經(jīng)過(guò)分離轉(zhuǎn)化后具有抗糖尿病的活性［34］。因此，在采用高脂高蔗糖飼料喂養(yǎng)構(gòu)建的GDM小鼠模型中，在孕前4周至分娩期間進(jìn)行PA 干預(yù)治療，PA 可通過(guò)NF-κB/NLRP3 途徑顯著降低妊娠母體體質(zhì)量、空腹血糖，提高胰島素敏感性。有趣的是，給GDM 小鼠注射廣譜抗生素，建立腸道菌群缺陷的（intestinal flora deficient，IFD）小鼠模型，在IFD 小鼠中PA 改善IR 的作用明顯減弱［35］。以上結(jié)果提示，在GDM 發(fā)病過(guò)程中，高糖可誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡并釋放IL-1β、IL-18等炎性介質(zhì)，導(dǎo)致局部以及全身炎癥并引發(fā)胰島素抵抗，因此，有效抑制母胎細(xì)胞焦亡及其導(dǎo)致的炎癥小體和炎性因子的釋放有望成為GDM治療的新靶點(diǎn)。

4.4 細(xì)胞焦亡與早產(chǎn)

早產(chǎn)是指孕齡小于37周時(shí)發(fā)生分娩，是新生兒發(fā)病和死亡的重要原因［36］。引起早產(chǎn)的原因有多種，現(xiàn)有的證據(jù)表明感染導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)是引起早產(chǎn)的主要原因之一。Jaiswal 等［37］利用TLR3 激動(dòng)劑Poly（I∶C）聯(lián)合TLR2 配體肽聚糖（peptidoglycan，PGN）分別模擬革蘭陽(yáng)性菌及病毒感染，誘導(dǎo)構(gòu)建早產(chǎn)小鼠模型，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)小鼠中NLRP3 表達(dá)和caspase-1 活化增加，誘發(fā)子宮焦亡和炎癥過(guò)程，從而誘導(dǎo)早產(chǎn)。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，純化的B 族鏈球菌（group B streptococci，GBS）產(chǎn)生的色素/脂質(zhì)毒素可誘導(dǎo)細(xì)胞膜通透性改變和細(xì)胞內(nèi)鉀外排，導(dǎo)致紅細(xì)胞滲透裂解，并通過(guò)激活巨噬細(xì)胞NLRP3炎癥小體和caspase-1 而誘導(dǎo)焦亡［38］。高溶血/色素的GBS 菌株以NLRP3 炎癥小體依賴(lài)或獨(dú)立的方式增加了早產(chǎn)和宮內(nèi)胎兒死亡的發(fā)生率［39］。綜上所述，感染或炎癥可激活焦亡的發(fā)生，導(dǎo)致促炎因子表達(dá)增加，誘發(fā)子宮平滑肌收縮，增加胎兒早產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

5 展 望

近年來(lái)，對(duì)于流產(chǎn)、PE、GDM、早產(chǎn)等不良妊娠疾病的研究越來(lái)越多，但對(duì)于其病因及發(fā)病機(jī)制目前尚未完全闡明。滋養(yǎng)層細(xì)胞焦亡及相關(guān)焦亡信號(hào)通路與不良妊娠結(jié)局的發(fā)生密切相關(guān)。以滋養(yǎng)細(xì)胞焦亡相關(guān)的NLRP3、caspase-1 等炎癥因子作為治療靶點(diǎn)，為早期預(yù)防與治療不良妊娠提供了新思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突