作者：田启航 李杰
来源：《世界中医药》2020年第12期
摘要 细胞焦亡是一种能产生炎性反应并引发细胞膜破裂、溶解的新型死亡方式。该死亡方式依赖于半胱氨酸蛋白酶家族1的启动，以致炎性反应小体在病原体的反应下聚集，从而发生焦性细胞死亡。焦亡的细胞在形态学、生物学、基因学特征上与传统的细胞死亡方式均有明显的不同。细胞焦亡已被发现参与多种人类疾病进程，而在肿瘤发生发展中扮演的角也引起高度关注。因此，细胞焦亡发生机制及传导通路的研究，将为肿瘤的防治提供重要的策略。本文基于细胞焦亡的生物学特征和信号传导通路，以及焦亡与传统细胞死亡方式的区别，结合中医药在肿瘤中应用特点，为探索中医药肿瘤的新策略提供了理论依据。 关键词 细胞焦亡;细胞凋亡;中医药;肿瘤炎性微环境;机制;炎性反应;细胞打孔蛋白D
Abstract Pyroptosis is a new type of cells death，which leads to inflammation reaction and triggers cell membrane rupture and dissolution.This pattern of cells death depends on the launching of Caspase-1，which causes the inflammasome to aggregate in response to pathogens，leading to pyroptosis.In morphology，biology and gene，the cells with pyroptosis are different from the death method of traditional cells.Pyroptosis ha
s been found to be involved in many disease processes in buman beings，and its role in the occurence and development of tumor is of great concern.Therefore，the study on the pathogenesis and conduction pathway of pyroptosis will provide an important therapeutic strategy for the prevention and treatment of tumors.In this paper，based on the biological characteristics and signal transduction pathways of pyroptosis，as well as the differences between the pyroptosis and the traditional cells apoptosis，combined with the application characteristics of traditional Chinese medicine in tumors，a theoretical basis for exploring new strategies for traditional Chinese medicine treatment of tumors is provided.
Keywords Pyroptosis; Apoptosis; Traditional Chinese medicine; Inflammatory tumor microenvironment; Mechanism; Inflammatory reaction; GSDMD
中圖分类号：R273文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.12.030金城戒备
sf9 目前研究较为成熟的细胞死亡方式有自噬、坏死与凋亡3种。其中凋亡与自噬属于程序性死亡。程序性死亡是指由细胞内相关基因调控的细胞主动而有序的死亡方式，其对机
体内免疫系统正常功能的发生和发展起到至关重要的作用[1]。是机体免疫自稳的重要部分，能肃清对机体无用或有害的细胞。近年来发现的一种新的促炎性反应、由Gasdermin介导的程序性细胞死亡方式——细胞焦亡。其特征在于孔道的形成，质膜破裂，细胞内容物和促炎性反应递质进入细胞间质，导致炎性反应和细胞死亡[2]。2000年Brennan等[3]首次在鼠伤寒沙门氏菌感染的巨噬细胞中发现细胞焦亡，并伴有Caspase-1的表达增高。
细胞焦亡可以由多种内源及外源性危险因素所触发，其信号转导途径可分为Caspase-1依赖的细胞焦亡途径和Caspase-4/5/11依赖的细胞焦亡途径[4-5]。近年来，研究者发现细胞焦亡遍及中枢神经系统、心血管系统、肾脏疾病、免疫性疾病、感染性疾病、及肿瘤性疾病的发生发展中。并有研究表明中药在干预细胞焦亡通路上有一定优势。本文就细胞焦亡发生的分子机制及其与肿瘤疾病的研究进展进行探讨。
财税201215号 1 细胞焦亡的形态学特征及分子机制
1.1 形态学特征 细胞焦亡的形态学特征是在质膜细胞中形成孔洞，细胞肿胀和膜破裂，造成大量胞质内容物的渗漏[6]。当发生细胞焦亡时，质膜会出现破裂形成1.1～2.4 nm的小孔[7]，破坏细胞质离子梯度，细胞发生渗透性肿胀，胞内物质（如炎性反应因子、乳
酸脱氢酶等）流出，因此能够穿透破损细胞膜的细胞染料（如溴化乙锭）可以嵌入细胞和DNA，使其染阳性[8-9]。焦亡细胞由一种未知的核苷酸内切酶介导而降解染体DNA，其细胞膜破裂以及染质DNA降解均依赖于Caspase-1的激活[7]。
1.2 细胞焦亡的分子机制
1.2.1 Caspase家族是细胞焦亡中重要的上游蛋白 Caspase家族成员是一组存在于胞质溶质中的半胱氨酸蛋白酶，可以利用半胱氨酸（Cys）侧链切割含有天冬氨酸（Asp）的多肽底物，选择性地对多种信号转导途径中的蛋白质进行高效切割。Caspase调节多种生物过程，如程序性细胞死亡，炎性反应，细胞分化、增殖和运动，以及我们所研究的细胞焦亡。
1.2.2 GSDMD是细胞焦亡的直接和最终执行蛋白 人GSDM蛋白是一类具有Gasdermin结构域的蛋白家族，包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME（又称DFNA5）及DFNB59共6个家族成员，之间具有45%的序列同源性[10]。GSDMA及GSDMB位于人第17号染体，主要表达于胃肠道细胞，与哮喘及炎性反应性肠病等免疫性疾病有关。GSDMC及GSDMD位于人第8号染体，其中GSDMC主要表达于胃、食管
潜水钟与蝴蝶 下载及脾脏，与肿瘤的发生发展密切相关;GSDMD主要介导细胞焦亡，参与炎性反应，可能是一种抑癌基因[11]。GSDME在皮肤和胃肠道上皮细胞中以组织高度分化的特异性方式表达。相关报道[12]称GSDME在胃、结肠和乳腺癌中扮演着假定的抑癌基因的角。
GSDMD目前是GSDM蛋白家族中研究最多、机制研最完整的一种细胞焦亡相关蛋白，具有与疾病相关的特征，被鉴定为炎性Caspase的共有底物和焦亡的基本递质。主要通过依赖Caspase-1的经典细胞焦亡途径，以及依赖Caspase-4/5/11的非经典细胞焦亡途径，诱导细胞发生焦亡。Lorenzo Sborgi等[13]通过体内外试验，描述GSDMD在活体肝细胞和体外的功能。在体内，GSDMD是形成质膜孔的关键，Caspase-1裂解GSDMD的N-末端片段能迅速定位到巨噬细胞的膜部分。在体外，Caspase-1裂解重组的GSDMD的N-末端片段，与脂质体紧密结合，形成大的渗透性孔隙。故GSDMD是细胞焦亡的直接和最终执行蛋白。高草酸尿症
郭杰自杀 1.2.3 炎性反应小体是细胞焦亡的起始触发点 炎性反应小体是细胞内的一种大型多蛋白复合物，由细胞内模式识别受体、凋亡相关斑点样接头蛋白和Caspase-1前体3部分组成。识别受体包括NOD样受体家族（NLRs）的NLRP1、NLRP3、IPAF及HIN200家族的
细胞质DNA传感器黑素瘤缺乏因子2[14-15]，作为机体固有免疫系统的感受器，能够识别不同病原体的分子模式，包括外源性病原相关分子模式（PAMPs）和内源性损伤相关分子模式（DAMPs）。再通过接头分子——凋亡相关斑点样蛋白（Apoptosis-associated Speck-like Protein Containing CARD，ASC），激活效应分子，如Caspase-1，促进炎性反应因子（如IL-1β）成熟，参与细胞炎性反应，调节固有免疫。NLRP3作为炎性体，在焦亡过程中的主要作用是活化Caspase-1前体，在细胞质内自动加工形成异源二聚体，并进一步形成具有活性的四聚体Caspase-1[16]。
NLRP3炎性反应小体是目前研究最多、具有广泛激活剂的炎性反应小体，可被细菌（如金黄葡萄球菌、弧菌）、真菌（如白念珠菌、烟曲霉菌）、病毒（如流感病毒、丙肝、脑心肌炎病毒）、寄生虫（如曼氏血吸虫、屋尘螨）等病原微生物活化[17]。NLRP3复合物主要在炎性反应刺激触发后的免疫细胞尤其是抗原提呈细胞（APCs）和炎性反应细胞中表达，包括巨噬细胞、树突状细胞、脾脏中性粒细胞和单核细胞[18]。NLRP3包含配体感应和自身调节的富含亮氨酸重复序列（LRRs结构域）;介导NLR寡聚化的核苷酸结合寡聚化结构域（NACHT）;以及调节下游信号传导的N端PYD结构域[19]。NLRP3的PYD结构域能与ASC的PYD结构域结合，通过ASC的接头作用招募并激活Caspa
se-1[20]。机体受到外来刺激时，NLRP3与ASC结合，并募集Caspase-1前体组装NLRP3炎性反应小体，同时活化Caspase-1，诱导细胞发生焦亡。
1.2.4 信号传导途径 如上文所述，细胞焦亡途径分为经典的Caspase-1依赖的和Caspase-4/5/11依赖的信号传导途径。2种途径的细胞形态学类似，Caspase-1依赖的细胞焦亡途径主要通过模式识别受体（Pattern Recognition Receptors，PRRs）、Caspase-1前体和凋亡相关斑点样蛋白（ASC）组合成的炎性复合物，激活Caspase-1前体，活化炎性因子（IL-1β、IL-18）。被激活的Caspase-1可以裂解GSDMD蛋白，将具有诱导焦亡活性的GSDMD-N端从GSDMD-C端释放出来，解除自身结构抑制，最终导致了细胞肿胀破裂、炎性因子释放等生物学效应。Caspase-4/5/11依赖的非经典信号传导途径是由细菌脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）直接结合Caspase-4/5/11的CARD结构域并激活Caspase4/5/11，活化的Caspase-4/5/11一方面通過切割泛连接蛋白1通道（Pannexin-1）导致ATP释放，激活对ATP敏感的P2X7膜通道，破坏细胞膜完整性，使细胞内K+外流[21]，激活NLRP3促成IL-1β的释放及Caspase-1的活化。另一方面活化的Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11可直接切割GSDMD，暴露其N端结构功能域，使细胞膜形成微孔，膜通透性发生改变，细胞肿胀、破裂，诱导细胞焦亡[22]。
2 细胞焦亡与传统死亡方式的区别
细胞凋亡是基于Caspase-3/6/7介导的、由基因调控的、自主程序性死亡方式。从形态学方面分析，其细胞膜保持了完整性，细胞体积缩小，细胞器皱缩、胞质分叶状突起并形成凋亡小体，细胞并不溶解。从基因学方面分析，DNA发生片段化，降解为180～200 bp及其整数倍的片段[23-25]。坏死是一种被动过程，细胞结构完全溶解、破裂，细胞内容物释放到细胞外，会引起炎性反应。其DNA随机降解，且降解不够彻底。
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