細(xì)胞焦亡在肝纖維化發(fā)生發(fā)展中的作用

凡 暢， 吳芙蓉， 張家富， 姜 輝

1 安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床研究實(shí)驗(yàn)中心， 合肥 230031；2 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院 藥劑科， 合肥 230001

肝纖維化是肝臟受到各種損傷因素刺激后，一種可逆的組織過度修復(fù)反應(yīng)，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)過度增生與沉積為其主要病理學(xué)特征，是不同病因慢性肝損傷轉(zhuǎn)變成肝硬化、甚至肝癌的共同階段[1-2]。細(xì)胞焦亡是一種有別于細(xì)胞凋亡、壞死的新型細(xì)胞程序性死亡方式，已被證實(shí)參與包括肝纖維化在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生、發(fā)展[3-5]。本文現(xiàn)簡(jiǎn)要綜述細(xì)胞焦亡對(duì)肝纖維化發(fā)病機(jī)理影響的進(jìn)展情況。

1 細(xì)胞焦亡的概念

細(xì)胞焦亡是由半胱天冬氨酸蛋白酶-1(caspase-1)和炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞新型程序性死亡方式，可造成炎癥介質(zhì)、內(nèi)容物、電解質(zhì)等釋放，進(jìn)一步誘發(fā)炎癥反應(yīng)[6]。通常狀態(tài)下，適度的細(xì)胞焦亡能幫助機(jī)體提高自我保護(hù)能力；然而，焦亡激活過度，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)病理學(xué)損傷[7]。細(xì)胞焦亡與凋亡、壞死在形態(tài)學(xué)改變、作用機(jī)制以及對(duì)細(xì)胞功能的影響等方面均有所不同，詳見表1[8]。

2 細(xì)胞焦亡的途徑

2.1 細(xì)胞焦亡的經(jīng)典通路 焦亡經(jīng)典通路是指由caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，其中炎癥小體在caspase-1激活中發(fā)揮重要作用[9]。炎癥小體通常由不同蛋白組合而成[10-11]，通過裂解caspase-1前體，形成有活性的caspase-1，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引發(fā)細(xì)胞溶解、死亡[12-13]。有催化活性的caspase-1還可誘導(dǎo)IL-1β與IL-18前體成熟，分泌到細(xì)胞外，從而促進(jìn)焦亡的發(fā)生。

2.2 細(xì)胞焦亡的非經(jīng)典通路 焦亡非經(jīng)典通路是指通過人caspase-4/5或小鼠caspase-11在細(xì)胞內(nèi)作為受體與細(xì)菌脂多糖(lipopolysac-charide，LPS)結(jié)合介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡[14]。Caspase-4/5/11與LPS結(jié)合后被活化，直接剪切Gasdermin-D，釋放有活性的N端結(jié)構(gòu)域。一方面它可直接與細(xì)胞膜上脂類結(jié)合，使膜結(jié)構(gòu)受損，誘發(fā)焦亡；另一方面它可激活體NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor pyrin domain containing three，NLRP3)炎癥小體，活化caspase-1，產(chǎn)生IL-1β、IL-18等，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生[15]。活化后的caspase-4/5/11還能通過激活細(xì)胞膜上的pannexin-1通道，導(dǎo)致P2X7受體離子門控通道開放，膜表面出現(xiàn)孔洞，促進(jìn)焦亡的發(fā)生。另外，pannexin-1還可釋放鉀離子，使NLRP3激活，生成IL-1β，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生焦亡[16]。

3 細(xì)胞焦亡與肝纖維化

肝臟細(xì)胞由肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞(HSC)、Kupffer細(xì)胞以及其他一些免疫細(xì)胞等非實(shí)質(zhì)細(xì)胞組成。這些不同類型的肝細(xì)胞參與了肝臟多種重要的生理功能[17]。有研究[18-19]表明，炎癥反應(yīng)伴隨肝纖維化發(fā)病始終，肝細(xì)胞焦亡可使炎癥小體活化，造成炎癥介質(zhì)釋放，引發(fā)肝臟炎癥，進(jìn)而發(fā)展為肝纖維化。

表1 細(xì)胞焦亡、凋亡、壞死對(duì)照表

3.1 肝星狀細(xì)胞(HSC) HSC是ECM的主要來源細(xì)胞，其活化是肝纖維化發(fā)生的核心事件[20-21]。研究[22]表明，細(xì)胞焦亡所引起的炎性反應(yīng)及炎癥小體的釋放，可促使HSC活化。當(dāng)HSC中的NLRP3活化后，誘導(dǎo)HSC激活，釋放IL-1β、IL-18，HSC分化成肌成纖維細(xì)胞，加快組織纖維化[23]。同時(shí)，HSC激活后， TGFβ1的分泌和生成速度加快，TGFβ1可通過與TGFβ受體結(jié)合，激活TGFβ/Smads通路，活化HSC，增加ECM合成，減少其降解，加速肝纖維化的進(jìn)程[24-25]。另有研究[26]表明，細(xì)胞之間的相互作用也會(huì)激活HSC，如受損的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等釋放出的細(xì)胞因子，亦會(huì)激活HSC，誘導(dǎo)肝纖維化的發(fā)生。

3.2 肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞 肝臟中的細(xì)胞約有4/5以上是肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞，作為含量最高的細(xì)胞，其對(duì)維持肝臟正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著極其關(guān)鍵的作用[27]。肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞焦亡可導(dǎo)致炎性反應(yīng)，誘發(fā)HSC活化，ECM合成隨之增加，加速肝纖維化的發(fā)生[28]。有研究[29]發(fā)現(xiàn)，肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞自身特異性NLRP3的激活和焦亡是肝纖維化又一關(guān)鍵因素。該研究通過將不同的細(xì)胞特異性NLRP3敲入小鼠，使小鼠組成性地表達(dá)活化的NLRP3，發(fā)現(xiàn)具有髓系特異性NLRP3小鼠的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞焦亡較少，且相關(guān)炎癥反應(yīng)及肝纖維化程度均明顯減輕，表明肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞焦亡對(duì)肝纖維化有促進(jìn)作用。另有研究[30]表明，由內(nèi)源性炎癥小體激活所引起的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞焦亡，會(huì)加劇炎癥反應(yīng)，促進(jìn)肝纖維化的發(fā)展。

3.3 Kupffer細(xì)胞 Kupffer細(xì)胞本質(zhì)屬于巨噬細(xì)胞，位于肝竇中，含量約為所有非實(shí)質(zhì)細(xì)胞的1/4左右，對(duì)維持組織體內(nèi)平衡以及對(duì)肝損傷做出快速反應(yīng)具有關(guān)鍵作用[31]。Kupffer細(xì)胞可通過表達(dá)模式識(shí)別受體、甘露糖受體和NLR來識(shí)別病原體相關(guān)分子模式、損傷相關(guān)分子模式，對(duì)炎癥小體的活化具有重要作用[32]。有研究[33-34]顯示，LPS的主要配體Toll樣受體4通過LPS刺激Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，進(jìn)而介導(dǎo)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。同時(shí)，LPS還能通過Toll樣受體2與Kupffer細(xì)胞結(jié)合，促進(jìn)NLRP3活化，進(jìn)一步激活caspase-1并產(chǎn)生IL-1β和IL-18，誘導(dǎo)肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)焦亡。隨之而來的過度炎性反應(yīng)，可刺激HSC活化，分泌ECM，導(dǎo)致肝纖維化的發(fā)生。近來發(fā)現(xiàn)，LPS還可引起組織蛋白酶B的釋放，進(jìn)而激活Kupffer細(xì)胞中的caspase-11，誘導(dǎo)Kupffer細(xì)胞通過非典型通路發(fā)生焦亡，造成肝損傷，誘發(fā)肝纖維化[35]。

3.4 嗜酸性粒細(xì)胞 嗜酸性粒細(xì)胞作為白細(xì)胞中的一種，不僅對(duì)侵入機(jī)體的有害生物(如細(xì)菌等)有殺傷作用，且對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)也有重要影響[36]。嗜酸性粒細(xì)胞可釋放細(xì)胞內(nèi)容物，誘導(dǎo)組織損傷，促進(jìn)炎癥反應(yīng)[37]。當(dāng)肝臟處于受損狀態(tài)下，肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞發(fā)生焦亡，造成細(xì)胞死亡，進(jìn)而募集嗜酸性粒細(xì)胞，分泌IL-1β、IL-18，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，從而激活HSC，分泌大量ECM，加速肝纖維化的進(jìn)程[38]。

4 小結(jié)

作為各類肝臟疾病病理進(jìn)程中的重要環(huán)節(jié)，肝纖維化值得深入探究并進(jìn)行針對(duì)性干預(yù)，這對(duì)于阻止，甚至逆轉(zhuǎn)其進(jìn)一步發(fā)展為肝硬化、肝癌意義重大。目前，細(xì)胞焦亡與肝纖維化發(fā)病機(jī)理，以及兩者相互關(guān)系等正逐漸為學(xué)者所重視。如今，對(duì)于細(xì)胞焦亡與肝纖維化的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但臨床相關(guān)研究仍有待加強(qiáng)。隨著相關(guān)領(lǐng)域的研究不斷深入，細(xì)胞焦亡在肝纖維化中的具體作用將進(jìn)一步闡明，這不僅幫助人們更全面地了解肝纖維化的發(fā)生機(jī)制，還可為其臨床診療提供新的靶點(diǎn)和策略。