細(xì)胞焦亡在眼科相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

詹艷　張?zhí)熨Y

[ 關(guān)鍵詞] 細(xì)胞焦亡；含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1；Gasdermin 家族蛋白D；眼科疾病

[ 中圖分類號(hào)] R77 [ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [ 文章編號(hào)] 2095-0616（2023）08-0024-05

細(xì)胞凋亡、壞死、自噬、焦亡，均是細(xì)胞死亡方式，其中細(xì)胞焦亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種死亡方式，其過程與機(jī)制已在腫瘤、心血管、自身免疫等多種疾病中發(fā)現(xiàn)并被證實(shí)。而在眼科學(xué)，雖然很多疾病的具體病因、誘因以及發(fā)病機(jī)制目前仍未完全明確，但由于對(duì)細(xì)胞焦亡在相關(guān)眼科疾病中的進(jìn)一步研究探索，使其在年齡相關(guān)性黃斑變性、糖尿病視網(wǎng)膜病變、白內(nèi)障、青光眼等疾病中所起的作用逐漸清晰。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞焦亡在相關(guān)眼科疾病中與其他相關(guān)發(fā)病機(jī)制比如炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激等的聯(lián)系。本文敘述細(xì)胞焦亡具體過程，總結(jié)細(xì)胞焦亡在部分相關(guān)眼科疾病中的研究進(jìn)展，以期為這些疾病的預(yù)防和治療提供新的理論依據(jù)和思路，也為治愈這些疾病帶來新的希望。

1 細(xì)胞焦亡概述

炎性小體能夠識(shí)別病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）或者損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecularpatterns，DAMPs），招募和激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（cysteinyl aspartate specificproteinase-1，Caspase-1）。炎癥小體由模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor，PRR），主要是NOD樣受體（nucleotide binding oligomerization domain likereceptors，NLR）、效應(yīng)器Caspase-1 前體以及銜接子蛋白- 凋亡相關(guān)微粒蛋白（apoptosis-associatedparticulate protein，ASC）組成[1]。

細(xì)胞焦亡有經(jīng)典和非經(jīng)典兩條途徑[2]，其一為由Caspase-1 介導(dǎo)的經(jīng)典焦亡途經(jīng)，其二為由Caspase-4/-5/-11 介導(dǎo)的非經(jīng)典焦亡途徑。

經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑中，炎性小體組裝完成，Caspase-1 自剪切激活[3]，一方面介導(dǎo)炎癥因子白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-18 的成熟和分泌，另一方面切割Gasdermin家族蛋白D（ Gasdermin D，GSDMD），產(chǎn)生GSDMD-N 端和GSDMD-C 端，GSDMD-N 端寡聚形成直徑10 ～ 20 nm 允許成熟的IL-1β、IL-18 通過的膜孔，使細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失衡的同時(shí)也引起炎癥反應(yīng)，最終發(fā)生細(xì)胞焦亡[4]。

在非經(jīng)典途徑中，細(xì)胞以Caspase-4/-5/-11 為分子基礎(chǔ)啟動(dòng)焦亡[5]。在此途徑中，Caspase-11 可直接由革蘭陰性菌胞壁中的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）激活后對(duì)GSDMD 進(jìn)行切割，發(fā)生細(xì)胞焦亡[6]。同時(shí)，Caspase-11 還可激活縫隙連接蛋白1（pannexin-1，Panx1）跨膜通道，釋放胞內(nèi)三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），打開離子通道P2X7，使K+ 外流、Na+ 和Ca2+ 內(nèi)流，從而滲透壓失衡、胞膜失去完整性、炎性物質(zhì)釋放，細(xì)胞發(fā)生焦亡[7]。另一方面，Caspase-11 不能直接介導(dǎo)IL-1β、IL-18 成熟，需要先通過由Panx1 釋放的ATP 激活NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NOD-likereceptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）激活Caspase-1[8]。

2 細(xì)胞焦亡在眼科相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

2.1 細(xì)胞焦亡關(guān)于糖尿病視網(wǎng)膜病變的研究進(jìn)展

在糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetes retinopathy，DR）中，糖尿病會(huì)嚴(yán)重影響視網(wǎng)膜毛細(xì)血管細(xì)胞代謝，導(dǎo)致毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、視網(wǎng)膜缺血缺氧，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growthfactor，VEGF）增加，VEGF 是引起增殖性視網(wǎng)膜病變（proliferative retinopathy，PDR）發(fā)生的重要細(xì)胞因子。有研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型中視網(wǎng)膜的NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β 以及IL-18 表達(dá)增加[4]；NLRP3 增加會(huì)誘導(dǎo)VEGF 表達(dá)上調(diào)[9]；在PDR 患者的玻璃體中存在炎性小體成分，隨著VEGF 升高，Caspase-1、IL-18 明顯升高[10]。己糖胺途徑和多元醇途徑中的通量增加、蛋白激酶C 激活、晚期糖基化終末產(chǎn)物積累這四條途徑會(huì)增加活性氧（reactive oxygen species，ROS），引發(fā)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致DR 發(fā)生發(fā)展[11]。研究發(fā)現(xiàn)高血糖誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）細(xì)胞以及視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞中ROS 的增加會(huì)導(dǎo)致硫氧還蛋白互作蛋白表達(dá)增加，并與NLRP3 結(jié)合、活化，激活經(jīng)典細(xì)胞焦亡途徑[12]。此外，人視網(wǎng)膜周細(xì)胞（human retinal pericytes，HRPC）的損失也與DR 的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。2020 年，Gan 等[13] 發(fā)現(xiàn)NLRP3-Caspase-1-GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡是高糖導(dǎo)致HRPC 丟失的原因之一。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本在模擬的DR 環(huán)境下過表達(dá)，會(huì)減弱對(duì)Caspase-1 的抑制，使Caspase-1 活化增加，促進(jìn)HRPC 發(fā)生焦亡[14]。

2.2 細(xì)胞焦亡關(guān)于年齡相關(guān)性黃斑變性的研究進(jìn)展

年齡相關(guān)性黃斑變性（age-relatedmaculardegeneration，AMD）主要累及RPE，早期AMD 主要出現(xiàn)玻璃膜疣和脂褐素沉積，晚期AMD 分為干性AMD—可見視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜地圖樣萎縮（geographicatrophy，GA）和濕性AMD—可見脈絡(luò)膜新生血管（choroidal neovascularization，CNV）。

炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激是產(chǎn)生AMD 的重要環(huán)節(jié)，并與細(xì)胞焦亡相關(guān)。NLRP3 不管是在干性AMD 還是濕性AMD 中都起到了重要作用。Tseng 等[15] 在研究中發(fā)現(xiàn)，NLRP3 普遍出現(xiàn)在干、濕性AMD 的RPE細(xì)胞以及玻璃膜疣中，NLRP3 可激活Caspase-1 發(fā)生細(xì)胞焦亡，也可和淀粉樣蛋白β（amyloid-β，Aβ）在AMD 中相互作用。在Gao 等[16] 的研究中，通過將Aβ 注射進(jìn)大鼠的玻璃體腔內(nèi)發(fā)現(xiàn)NLRP3活化，并通過RPE 核轉(zhuǎn)位使Caspase-1 水平提高，GSDMD 顯著水解，RPE 細(xì)胞焦亡。在日常用眼中，RPE 細(xì)胞消耗大量的氧氣產(chǎn)生ROS，當(dāng)ROS 在RPE 細(xì)胞內(nèi)蓄積，發(fā)生氧化應(yīng)激，就會(huì)使RPE 氧化損傷。Brandstetter 等[17] 發(fā)現(xiàn)，在脂褐素沉積的RPE 細(xì)胞中，氧化損傷使NLRP3 激活并釋放IL-1β、IL-18，促進(jìn)細(xì)胞焦亡。Wang 等[18] 發(fā)現(xiàn)在AMD 患者體內(nèi)以及體外給予氧化應(yīng)激或LPS 刺激人視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞，NLRP3、IL-1β 以及IL-18 前體的mRNA 表達(dá)均增加。

2.3 細(xì)胞焦亡關(guān)于年齡相關(guān)性白內(nèi)障的研究進(jìn)展

目前學(xué)者們認(rèn)為年齡相關(guān)性白內(nèi)障（agerelatedcataract，ARCs）的發(fā)生與發(fā)展與氧化、晶狀體老化、晶狀體蛋白修飾以及Ca2+ 失衡密切相關(guān)[19]。有研究表明，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmicreticulum，ER）產(chǎn)生折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)時(shí)，會(huì)激活未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein reaction，UPR）清除機(jī)制，清除錯(cuò)誤折疊的蛋白，當(dāng)ER 產(chǎn)生的錯(cuò)誤折疊蛋白超出閾值，UPR 就會(huì)開啟細(xì)胞程序性死亡[20]。UPR 還促進(jìn)ROS 的產(chǎn)生。ER 應(yīng)激、UPR以及ROS 都能激活NLRP3[21]。在Alexander[22] 研究中發(fā)現(xiàn)VEGF-A 增加會(huì)引起白內(nèi)障這種眼部老化疾病，VEGF-A 在晶狀體中增加會(huì)誘導(dǎo)氧化損傷以及IL-1β 表達(dá)增加。Jin 等[23] 研究發(fā)現(xiàn)，白內(nèi)障患者晶狀體的前囊膜組織中IL-1β 以及Caspase-1的蛋白、mRNA 表達(dá)水平均高于正常對(duì)照組。將Caspase-1 抑制劑加到用過氧化氫（hydrogenperoxide，H2O2）處理過的晶狀體上皮細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)與單純H2O2 處理過的晶狀體上皮細(xì)胞相比，細(xì)胞焦亡明顯減少，IL-1β 和Caspase-1 的蛋白、mRNA 表達(dá)也明顯減少。Jin 等[24] 還發(fā)現(xiàn)lncRNAKCNQ1OT1 能通過miR-214 激活Caspase-1 途徑，促進(jìn)白內(nèi)障形成。

2.4 細(xì)胞焦亡在其他眼科疾病中的研究進(jìn)展

2.4.1 翼狀胬肉 翼狀胬肉紫外線的致病機(jī)制可以是直接的光毒效應(yīng)也可以是間接形成氧自由基產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷[25]。紫外線的輻射以及其他類型氧化應(yīng)激，可以作為DAMPs 使細(xì)胞焦亡。焦亡發(fā)生后，IL-1β、IL-18 成熟分泌，進(jìn)而引起細(xì)胞纖維化、異常增殖和凋亡等變化，最終形成翼狀胬肉。Sun 等[26] 發(fā)現(xiàn)，在H2O2 處理的人翼狀胬肉成纖維細(xì)胞和人結(jié)膜上皮細(xì)胞中存在依賴Caspase-1 的細(xì)胞焦亡，IL-1β、IL-18 等顯著表達(dá)，當(dāng)Caspase-1被抑制，IL-1β 和IL-18 的表達(dá)減少。

2.4.2 角膜炎 角膜炎可致角膜潰瘍，角膜穿孔、眼內(nèi)感染甚至失明。Qu 等[27] 研究發(fā)現(xiàn)缺乏免疫調(diào)節(jié)受體髓系細(xì)胞觸發(fā)受體-2（triggering receptorexpressed on myeloid cells 2，TREM2）的鼠在感染銅綠假單胞菌后的角膜炎比野生型鼠更嚴(yán)重，這是因?yàn)槿狈REM2 致使Caspase-1 水平升高，細(xì)胞焦亡激活，IL-1β 釋放。趙文一[28] 研究發(fā)現(xiàn)GSDMD在真菌性角膜炎（aspergillus fumigatus，AF）患者的角膜組織中較正常人表達(dá)水平顯著升高，小鼠AF模型中角膜GSDMD 的蛋白和mRNA 水平較正常組明顯升高，在使用Caspase-1 抑制劑后GSDMD的上升趨勢(shì)被顯著抑制。

2.4.3 干眼癥（dry eye，DE） DE 的主要原因是淚液滲透壓升高和淚膜不穩(wěn)定[29]，淚膜不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致淚膜以及角、結(jié)膜局部或彌散性高滲，上皮細(xì)胞以及常駐的炎性細(xì)胞釋放炎性細(xì)胞因子，造成炎癥反應(yīng)[30]。目前有越來越多的研究能夠證明DE 與炎癥相關(guān)[31]。在Niu 等[32] 的研究中表明干燥綜合征DE 和非干燥綜合征DE 患者與對(duì)照組NLRP3的mRNA 和蛋白質(zhì)相比均明顯升高。Zheng 等[33]發(fā)現(xiàn)，在智能控制環(huán)境系統(tǒng)誘導(dǎo)的DE 小鼠模型中，ROS 的增加誘發(fā)NLRP3 炎性小體的活化，使IL-1β 增加。

2.4.4 青光眼相關(guān)視網(wǎng)膜損害 青光眼是以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（retinal ganglion cell，RGC）死亡為主要病理特征的眼科疾病[34]。有研究發(fā)現(xiàn)青光眼患者視網(wǎng)膜中NLRP3 和Caspase-1 升高[35]；青光眼小鼠模型的急性期視網(wǎng)膜中有大量的NLRP3、Caspase-1、ASC、IL-1β，慢性期視網(wǎng)膜中NLRP3、Caspase-1、IL-1β 也明顯增加，而在NLRP3 敲除模型中，視網(wǎng)膜Caspase-1、ASC、IL-1β 的增加均減少且RGC 的存活時(shí)間平均比對(duì)照組延長(zhǎng)約一周[36]，說明細(xì)胞焦亡參與RGC 死亡。在青光眼病程中除了RGC，還有小膠質(zhì)細(xì)胞也起到了非常重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，將A2 腺苷受體拮抗劑注入Sprague-Dawley 高眼壓鼠模型的玻璃體腔中，靶向抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，能夠下調(diào)促炎因子表達(dá)，降低細(xì)胞焦亡的發(fā)生水平[37]。

3 小結(jié)和展望

本文總結(jié)了細(xì)胞焦亡的具體執(zhí)行過程以及細(xì)胞焦亡的兩條途徑，并敘述了細(xì)胞焦亡在部分眼科相關(guān)疾病方面的研究進(jìn)展。隨著對(duì)細(xì)胞焦亡以及眼科各種相關(guān)疾病的深入研究，研究者們對(duì)其認(rèn)知更加清晰，雖然目前對(duì)AMD、ARCs、角膜炎、青光眼等疾病的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但隨著細(xì)胞焦亡與這些疾病之間關(guān)系的逐漸揭露，為如何預(yù)防和治療提供了一條新思路。