細(xì)胞焦亡在非酒精性脂肪性肝病中的作用

尹靜亞， 楊冰清， 李 越

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京地壇醫(yī)院 a.肝病中心， b.病理科， 北京 100015

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確肝損傷因素所致的，以肝臟脂肪變性為主要特征的臨床病理綜合征，包括非酒精性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、脂肪性肝纖維化、相關(guān)肝硬化和肝癌等。目前，NAFLD已經(jīng)成為最常見的慢性肝病[1]。研究顯示，NAFLD在亞洲國家的總體患病率約為29.62%[2]，北京地區(qū)成人常住人口中NAFLD流行率約為31%[3]。細(xì)胞焦亡(pyroptosis)是指一種依賴于半胱天冬酶(caspase)和Gasdermin(GSDM)家族蛋白的可調(diào)控的細(xì)胞死亡，表現(xiàn)為細(xì)胞腫脹、質(zhì)膜成孔和破裂，但核尚完好，同時(shí)伴隨大量炎癥因子的釋放[4]。正常情況下，細(xì)胞焦亡是機(jī)體的一種天然免疫反應(yīng)，有利于清除體內(nèi)的有害病原體，但越來越多的研究證實(shí)，細(xì)胞焦亡的過度激活會導(dǎo)致細(xì)胞、組織和器官損傷[5]。

目前人們最為接受的“多重打擊”學(xué)說尚不能對NAFLD的發(fā)病機(jī)制做出完整解釋，針對NAFLD的治療更多依靠于體質(zhì)量減輕和飲食結(jié)構(gòu)改善，缺乏更為有效的治療對策[6]。通過深入研究尋找更有潛力的干預(yù)治療靶點(diǎn)對于NAFLD的治療具有重大意義，細(xì)胞焦亡的研究可能成為一個(gè)新的、重要的突破口。為此，本文對細(xì)胞焦亡在NAFLD中的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 細(xì)胞焦亡的研究背景及機(jī)制

細(xì)胞焦亡最早于1992年由Sansonetti團(tuán)隊(duì)報(bào)道；2001年Boise和Collins[7]將其命名為“Pyroptosis”；2015年，邵峰團(tuán)隊(duì)和Dixit VM團(tuán)隊(duì)分別在Nature雜志發(fā)表相關(guān)研究證實(shí)了GasderminD(GSDMD)是caspase-4/11的關(guān)鍵下游分子[8-9]。至此，細(xì)胞焦亡開始成為了熱點(diǎn)領(lǐng)域，其作用機(jī)理和病理生理學(xué)功能也被逐漸闡明。

細(xì)胞焦亡與細(xì)胞凋亡(apoptosis)、細(xì)胞自噬(autophagy)、壞死性凋亡(necroptosis)、鐵死亡(ferroptosis)以及中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps，NET)相關(guān)死亡NETosis等一樣都屬于細(xì)胞程序性死亡的范疇，它們之間相互區(qū)別(表1)[4,10-14]又彼此聯(lián)系：(1)細(xì)胞焦亡和凋亡都由caspase家族介導(dǎo)，且有共同的caspase-3/8參與[15]；(2)發(fā)生壞死性凋亡的細(xì)胞破裂后釋放出K+可通過NEK7驅(qū)動NLRP3炎癥小體組裝，促進(jìn)細(xì)胞焦亡發(fā)生[16]；(3)壞死性凋亡或細(xì)胞凋亡的發(fā)生主要取決于caspase-8的作用，只有當(dāng)caspase-8受到抑制時(shí)，在外來刺激(如TNFα)作用下才可誘發(fā)壞死性凋亡，反之則引起細(xì)胞凋亡[12]。在某些代謝性炎性疾病(如NAFLD)中，細(xì)胞焦亡和其他程序性死亡發(fā)揮著重要的促進(jìn)作用，細(xì)胞死亡后釋放的一些細(xì)胞成分可引起強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)，促進(jìn)炎癥細(xì)胞募集和肝星狀細(xì)胞(HSC)活化，進(jìn)而加重疾病的進(jìn)展[17]。

表1 程序性死亡之間的區(qū)別

目前報(bào)道的細(xì)胞焦亡發(fā)生機(jī)制(圖1)包含由微生物和宿主細(xì)胞損傷因素誘導(dǎo)的經(jīng)典炎癥小體途徑[5,18-19]、由革蘭陰性細(xì)菌脂多糖誘導(dǎo)的非經(jīng)典炎癥小體途徑[20]以及其他途徑[15,21-22]，其中對經(jīng)典炎癥小體途徑和非經(jīng)典炎癥小體途徑的研究相對較為清晰，并在NAFL、NASH和肝纖維化、HCC中均有體現(xiàn)，且以NASH的研究最為豐富。

注：Apaf-1，凋亡酶激活因子-1；AIM2，一種DNA感受器； ASC，凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白； DAMP，損傷相關(guān)分子模式； dsDNA，雙鏈DNA； GSDMD-N，GSDMD的N端結(jié)構(gòu)域；GSDME-N，GSDME的N端結(jié)構(gòu)域；LPS，細(xì)菌脂多糖； MPT，線粒體通透性轉(zhuǎn)換；MCP-1，單核細(xì)胞趨化蛋白-1； PAMP，病原相關(guān)分子模式； pro-caspase-1，前半胱天冬酶-1；TXNIP，硫氧還蛋白結(jié)合蛋白。虛線箭頭：表示尚未有證據(jù)顯示參與NAFLD的過程。

2 細(xì)胞焦亡在NAFLD中的作用

2.1 NAFL和NASH 在病理上，NAFL主要以肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過度沉積為特征，而NASH則表現(xiàn)為肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積、氣球樣肝細(xì)胞、炎癥和纖維化。

脂肪生成和降解失衡導(dǎo)致的脂質(zhì)積累是NAFLD發(fā)生發(fā)展過程中的重要生理病理機(jī)制,也是NAFL向NASH進(jìn)展的關(guān)鍵因素。研究顯示，細(xì)胞焦亡可以負(fù)向調(diào)控脂質(zhì)累積過程。Xu等[23]發(fā)現(xiàn)GSDMD敲除小鼠肝臟脂肪含量下降，脂肪分解基因Pparα、Aco、Lcad、Cyp4a10和Cyp4a14的表達(dá)水平明顯上調(diào)，脂肪合成基因Srebp1c表達(dá)下降。Zhu等[24]的研究也顯示，脂肪變性小鼠肝臟中caspase-11的mRNA和蛋白表達(dá)水平增加；caspase-11敲除可以減少肝組織脂肪變性和氣球樣變，而過表達(dá)則可以加重脂質(zhì)堆積，提示caspase-11的水平和肝脂肪變性之間呈正相關(guān)；然而caspase-11具體通過何種機(jī)制來誘導(dǎo)脂肪變性尚需進(jìn)一步闡釋。

炎癥作為NASH診斷的另一個(gè)標(biāo)志性特征，與細(xì)胞焦亡也有著密切聯(lián)系。Xu等[23]還指出，NASH患者肝組織caspase-1/4/5、GSDMD、GSDMD-N、IL-1β以及IL-18等表達(dá)水平升高，且GSDMD-N與小葉炎癥呈正比，可作為NASH的潛在診斷標(biāo)志物；此外，GSDMD敲除小鼠促炎因子IL-1β、TNFα、MCP-1表達(dá)水平、以及NF-κB活化和巨噬細(xì)胞浸潤程度均顯著下降，炎癥得到明顯改善，而GSDMD-N過表達(dá)時(shí)則與上述結(jié)果相反。Mitsuyoshi等[25]提示，NASH患者肝組織pro-caspase-1、IL-1β和IL-18的mRNA水平明顯升高，且NLRP3炎癥小體僅在NASH患者肝組織表達(dá)，而其組成蛋白pro-caspase-1在非NASH組表達(dá)低于NASH組，且NAFLD患者血清中pro-caspase-1 mRNA水平顯著高于對照組。在高脂飲食或蛋氨酸和膽堿缺乏飲食誘導(dǎo)NASH模型中，炎癥小體NLRP3和AIM2等以及它們相關(guān)的組成蛋白水平均上調(diào)，炎癥小體的激活顯著促進(jìn)了細(xì)胞焦亡的發(fā)生和炎癥的進(jìn)展[26]。但也有研究[27]指出，AIM2與脂質(zhì)堆積和細(xì)胞炎癥呈負(fù)相關(guān)，AIM2敲除后小鼠肥胖癥狀和炎癥反應(yīng)加劇，考慮這一現(xiàn)象可能與AIM2不依賴于AIM2炎癥小體的形成而獨(dú)立發(fā)揮作用有關(guān)，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

一直以來，阻斷NASH進(jìn)展都是NAFLD治療的核心目標(biāo)。研究證實(shí)，通過藥物抑制細(xì)胞焦亡可以顯著延緩NASH進(jìn)展，其中以NLRP3炎癥小體的相關(guān)報(bào)道居多。長效GLP-1類似物利拉魯肽通過保護(hù)功能性線粒體、降低ROS產(chǎn)生和增強(qiáng)線粒體自噬抑制NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)的肝細(xì)胞焦亡[28]。TXNIP可在ROS誘導(dǎo)下從TRX中解離并與NLRP3結(jié)合將其激活，小檗堿的體外研究發(fā)現(xiàn)它正是通過ROS/TXNIP軸抑制了NLRP3炎癥小體激活和細(xì)胞焦亡[29]。三萜類化合物樟芝酸A可抑制NLRP3炎癥小體的激活和組裝，顯著降低Kupffer細(xì)胞中NLRP3、caspase-1和GSDMD-N表達(dá)，減少細(xì)胞焦亡和炎癥因子釋放，抑制小鼠肝組織炎癥反應(yīng)、減少脂質(zhì)沉積[30]。此外，MCC-950、CY-09以及某些中藥環(huán)烯醚萜類化合物等皆可作為NLRP3的抑制劑阻止細(xì)胞焦亡發(fā)生[31]。上述藥物已在動物或體外實(shí)驗(yàn)中獲得明顯效果，具有治療NASH的潛在價(jià)值，未來對它們的進(jìn)一步研究有望為NASH的治療提供新的策略。

2.2 肝纖維化 肝纖維化是細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積的結(jié)果，HSC在這一過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。受到外來刺激時(shí)，HSC出現(xiàn)增殖活化，產(chǎn)生的大量細(xì)胞外基質(zhì)沉積在肝組織中，最終導(dǎo)致肝纖維化甚至肝硬化，其發(fā)生機(jī)制基本相同。

細(xì)胞焦亡及其產(chǎn)物可促進(jìn)HSC的活化，并對HSC活化標(biāo)志分子α-SMA和活化產(chǎn)物膠原蛋白表達(dá)產(chǎn)生影響[32]。與野生小鼠相比，GSDMD敲除小鼠α-SMA、TGFβ1以及膠原水平和纖維含量明顯減少[23]。細(xì)胞焦亡發(fā)生后，破損細(xì)胞釋放的IL-1β、IL-18和TGFα等炎癥因子以及其他DAMP與HSC上受體結(jié)合可導(dǎo)致HSC活化，誘導(dǎo)纖維化標(biāo)志物上調(diào)，促進(jìn)肝纖維化發(fā)生[33]。在離體實(shí)驗(yàn)中，NLRP3炎癥小體以獨(dú)立于炎癥和損傷的方式誘導(dǎo)HSC激活，上調(diào)肝纖維化標(biāo)志物水平，誘導(dǎo)其向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化[34]。2021年Gaul等[35]證實(shí)，HSC可內(nèi)化細(xì)胞破裂后釋放的NLRP3炎癥小體寡聚體，而后HSC活化并向肌成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞分化，同時(shí)IL-1β分泌和α-SMA表達(dá)增加，最終導(dǎo)致纖維化形成和早期纖維化改變。

2.3 肝細(xì)胞癌(HCC) 細(xì)胞焦亡與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展存在著密切、復(fù)雜的聯(lián)系。研究顯示，細(xì)胞焦亡可促進(jìn)乳腺癌[36]和胃癌[37]的增殖和轉(zhuǎn)移，這可能與細(xì)胞焦亡發(fā)生后釋放大量炎癥介質(zhì)形成的炎性微環(huán)境有關(guān)[38]，但也有研究[39-40]指出細(xì)胞焦亡的激活抑制了這兩種腫瘤的進(jìn)展。

HCC是各種慢性肝病發(fā)展的后期階段，NAFLD的任何階段均可直接進(jìn)展到HCC，相比于其他病因所致的HCC而言，NASH相關(guān)HCC的存活率更低[41]。從表型結(jié)果來看，細(xì)胞焦亡似乎是HCC發(fā)生發(fā)展中的有利因素：Chen等[42]通過比較HCC和正常組織的caspase-1、IL-1β和IL-18發(fā)現(xiàn)，HCC組織中的含量明顯低于周圍正常組織。Wei等[43]也發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體及其組成成分在HCC組織中的表達(dá)低于癌旁組織，并隨HCC患者病理分級和臨床分期的增加而減少；此外，他們還發(fā)現(xiàn)雌二醇的抗癌作用部分依賴于激活NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡[44]。從藥物干預(yù)來看，細(xì)胞焦亡的激活或許也是HCC治療的一個(gè)新策略。對高山杉木異黃酮(alpinumisoflavone，AIF)處理的肝癌細(xì)胞研究后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18的表達(dá)量隨AIF濃度升高而增加，抑制NLRP3后AIF的抗癌效果減弱，提示AIF通過誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡可抑制肝癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移[45]。但是，考慮到HCC的病因、發(fā)生發(fā)展機(jī)制、治療反應(yīng)等諸多異質(zhì)性因素，細(xì)胞焦亡與HCC的關(guān)系仍有進(jìn)一步深入研究的空間。

3 小結(jié)與展望

隨著NAFLD患病人群逐漸增多，高效的治療措施愈加關(guān)鍵。細(xì)胞焦亡作為一種新型的程序性死亡方式，其在NAFLD各階段尤其是NASH相關(guān)肝纖維化、HCC中的認(rèn)識還不全面，希望未來通過深入、系統(tǒng)地研究能夠?yàn)镹AFLD的預(yù)防和治療開辟新途徑。此外，對GSDME、capase-11等細(xì)胞焦亡執(zhí)行分子，以及AIM2等既往關(guān)注較少的炎性小體的功能作用的闡釋，也會成為今后有價(jià)值的研究方向。

利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明:尹靜亞負(fù)責(zé)論文參考文獻(xiàn)查閱及撰文；楊冰清參與論文修改；李越負(fù)責(zé)綜述構(gòu)架制訂，論文審校及最后定稿。