細胞焦亡在胃癌中的生物學作用研究進展*

付宇蕾 羅業浩 方剛 綜述 龐宇舟 審校

細胞焦亡是由Gasdermin（GSDM）家族蛋白誘導的程序性細胞死亡，表現為細胞質膜形成膜孔，細胞膜破裂，內容物釋放[1]。在形態學特征上，發生焦亡的細胞和凋亡一樣可出現DNA損傷、核固縮，但細胞核較凋亡保持完整，DNA損傷程度較凋亡低，TUNEL染色呈陽性。其次，細胞焦亡過程中會形成質膜孔隙，導致細胞腫脹和滲透溶解，大量炎癥因子釋放[2]。隨著研究的深入，細胞焦亡在癌癥中的生物學作用日益凸顯。本文基于細胞焦亡的分子機制及胃癌與細胞焦亡的相關研究探討該生物學過程在胃癌中的作用，為胃癌的治療提供新的思路。

1 細胞焦亡定義及機制

細胞焦亡的定義從發現至今經過了多次變化。細胞死亡命名委員會（NCCD）在2018年將其修正為：一種依賴于Gasdermin家族蛋白誘導細胞質膜形成膜孔的可調控的細胞死亡，通常但不總因炎癥性Caspase的活化而完成[1]。

細胞焦亡涉及幾個關鍵組分：炎癥小體、Caspase家族、Gasdermin家族。

炎癥小體是一種細胞內多蛋白信號復合物，通常圍繞模式識別受體（pattern-recognition receptors，PRR）組裝完成[2]。PRR可識別胞內病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）、損傷信號（damage-associated molecular patterns，DAMPs）從而激活Caspase家族蛋白誘導細胞焦亡[3]。PRR家族通常包括Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）、NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）等，受體激活Caspase家族蛋白誘導細胞焦亡，但若受體上不含Caspase招募結構域（Caspase activation and recruitment domain，CARD），則另需通過（pyrin-like domain，PYD）結構域與含有CARD結構域的凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain，ASC）結合，最終通過CARD結構域激活Caspase家族蛋白誘導細胞焦亡[4]。例如目前研究較多的可介導細胞焦亡的受體有NLRs家族，NLRs是一組種系編碼的天然免疫受體，存在于免疫細胞的細胞質中[5]。依據N端不同，NLRs可至少分為5大類：如包含酸性反式激活域的NLRA、包含BIR結構域（baculoviral IAP repeat，BIR）的NLRB、包含CARD結構域的NLRC、包含PYD結構域的NLRP，以及NLRX族的NLRX1，一種同時缺乏CARD及PYD結構域，但包含線粒體靶向序列的非典型N端結構域等；非NLR家族蛋白也可形成炎性小體，如包含PYD結構域的黑色素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2）、干擾素誘導蛋白16（interferon inducible protein 16，IFI16）、視黃酸誘導基因蛋白I（retinoic acid inducible gene，RIG-1）、Pyrin等[6]。炎癥小體形成使Caspase活化，誘導細胞焦亡。

Caspase家族即含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（Cys-Asp specific proteinase）家族。該類蛋白酶以Cys為活性中心，可以識別特定序列的Asp位點進行水解。Caspase家族有炎性Caspase和凋亡Caspase兩種。哺乳動物中炎性Caspase有Caspase 1/4/5/1112[7]。凋亡的Caspase在功能上又可分為啟動子（Caspase 8、9和10）和效應子（Caspase 3、6和7）[8]。細胞焦亡由Caspase-1誘導的經典焦亡通路和非Caspase-1誘導的非經典焦亡通路，如鼠源性Caspase-11和人源性Caspase-4/-5可直接識別結合病原微生物的LPS介導細胞焦亡。Caspase作用于Gasdermin蛋白，并將其裂解為N端和C端。N端結構域可作用于細胞膜上導致胞膜空洞，導致細胞裂解死亡[9]。

Gasdermin家族是焦亡的最終效應蛋白，在被Caspase切割后，暴露活性結構域N端，結合膜脂質，破壞膜的完整性。如GSDMD自身的N端C端結構處于自抑制狀態，經Caspase切割后可以產生GSDMDN、GSDMD-C兩個肽段。其中GSDMD-N可以結合膜脂質，破壞其完整性，使細胞膜破裂引起焦亡[10]。其他的家族成員GSDMC、GSDME、GSDMA也具有這種功能[11]。

綜上所述，細胞焦亡有經典炎癥小體信號通路和非經典炎癥小體信號通路：經典炎癥小體信號通路中，病原及損傷性信號、活化炎癥小體受體和（或）與銜接蛋白結合活化Caspase-1，介導IL-1/IL-18活化的同時剪切Gasdermin蛋白，暴露蛋白特定活性端，結合膜脂質，破壞其完整性，使細胞膜破裂引起焦亡；非經典炎癥小體信號通路中胞內菌LPS直接活化部分Caspase蛋白，剪切Gasdermin蛋白，介導細胞焦亡。

2 胃癌與細胞焦亡

胃癌的發生是一個復雜的、多因素、多階段的事件。從胃炎、腸上皮化生、低級別上皮內瘤變、高級別上皮內瘤變到胃癌的發生、發展確切機制尚不明確。其涉及生物學過程繁多，包括 DNA氧化損傷、微衛星不穩定性、體細胞突變、原癌基因和抑癌基因的改變、細胞黏附分子、細胞凋亡、細胞焦亡、血管生成、組織浸潤和轉移等[12]。其中細胞焦亡與癌癥的關系是復雜的，在不同的組織遺傳背景下，細胞焦亡對癌癥的影響是不同的。一方面，細胞焦亡可以抑制腫瘤的發生和發展；另一方面，細胞焦亡作為促炎性死亡的一種，可以為腫瘤細胞的生長形成適宜的微環境，從而促進腫瘤的生長。

2.1 細胞焦亡可能促進胃癌發展

炎癥可促進胃癌的發生發展，炎癥促使慢性胃炎向胃癌轉化。例如幽門螺桿菌可以在NLR家族成員（如NLRP3、NLRC4、NLRP6、NLRP7和NLRP12）的幫助下誘導caspase-1介導的proIL-1β和proIL-18向IL-1β/ IL-18轉化，促炎因子繼續募集免疫細胞構成局部免疫網絡[13]誘導細胞的“炎-癌”轉化。此外，炎性細胞產生的細胞因子如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），也會在惡變前細胞中誘導活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)的積累[14]。當DNA損傷發生在癌基因或抑癌基因所在的位置時，它將導致癌基因的解鎖以及抑癌基因的功能喪失突變[15]。一旦惡性或幼稚腫瘤細胞出現，腫瘤本身就可能引發癌癥相關的炎癥。癌組織中的炎性微環境在上皮-間質轉化，血管生成和轉移方面起到重要作用，同時炎性環境還使癌癥對免疫攻擊的抵抗力增強[16]。

GSDMB在大多數正常胃組織中不表達，大多數癌前病變組織中GSDMB呈中度表達，而大多數癌組織中GSDMB表達水平較高，對GSDMB進行擴增后的平板克隆實驗顯示其對胃癌細胞無生長抑制作用，這些發現表明GSDMB可能是一種癌基因，其過度表達可能與腫瘤的侵襲有關[17-18]。另一項研究發現在消化道上皮腫瘤中高表達的GSDMB能被細胞毒性T淋巴細胞分泌的顆粒酶A切割，誘導癌細胞焦亡[19]。

有研究發現3/4的腸型胃癌中過度表達的炎癥小體接頭蛋白ASC，在胃炎中未發現過度表達，其效應因子IL-18促進了胃癌的發展[20]。上述研究提示細胞焦亡可能部分程度上在胃癌發生發展中起促進作用。

2.2 細胞焦亡也有抗癌作用

CD8+T細胞通過細胞焦亡殺死腫瘤細胞，這可能與細胞焦亡可協同增強免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICIs）抗腫瘤作用相關，甚至在ICI抵抗腫瘤中也顯示此療效[21]。癌細胞具有逃脫程序性細胞死亡并進入永生階段的能力，在細胞焦亡方面也不例外，研究表明GSDME的啟動子在多種癌癥細胞被甲基化，這一表觀修飾抑制GSDME在癌細胞的表達[22]。有研究對89例原發癌組織中GSDME基因甲基化模式進行分析，其中52%的組織顯示GSDME啟動子甲基化異常。與轉染空載體的細胞相比，轉染GSDME的癌細胞克隆數和細胞生長抑制率降低[23]。進一步研究發現來自殺傷細胞（natural killer cell，NK）的顆粒酶（granzyme B，GzmB）能夠直接切割GSDME，激活癌細胞焦亡，抑制腫瘤生長，這一抑制作用依賴自然殺傷細胞和CD8+T細胞的介導[24]。部分研究從側面證實了這一觀點，組蛋白甲基轉移酶抑制劑（histone methyltransferase inhibition，HMTi）BIX01294可通過激活胃癌細胞中的自噬潮，誘導GSDME介導的細胞焦亡，提高化療藥物的療效[25]。二甲雙胍可通過Caspase3-GSDME介導的細胞焦亡抑制癌細胞[26]。化療可通過BAK/Bax-Caspase-3-GSDME途徑介導癌細胞焦亡[27]，但也有研究顯示，Gsdme-/-小鼠不受化療藥物引起的各種組織損傷和體重減輕的影響[28]。因此體內環境下的細胞焦亡更偏向宿主抗癌還是腫瘤發展尚待進一步研究。

GSDMA在上消化道中表達，但在胃癌細胞中沉默，通過調增GSDMA的表達可抑制癌細胞增殖，且GSDMC、GSDMD與GSDMA具有相同效應，共同被認為抑癌基因[17]。但一項研究表明在人胃癌細胞系中恢復GSDMA可以增加它們對轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）誘導的凋亡的敏感性[29]，因此GSDMA的抑癌作用是否與細胞焦亡相關尚不明確。

有研究表明[30]，GSDMD在大多數胃癌組織中表達降低，在胃癌細胞系（MKN-28、MKN-45、SGC7901、BGC823和AGS）中，GSDMD的表達較正常人胃上皮細胞系低，且在進一步體內和體外實驗中證實GSDMD的低表達能明顯促進腫瘤的增殖，下調的GSDMD可能通過激活細胞外信號調節激酶、信號轉導和轉錄激活因子3和 PI3K/AKT信號通路，調節細胞周期相關蛋白，促進胃癌細胞S/G2轉變。GSDMD水平低的裸鼠腫瘤體積更大。上述數據表明GSDMD在胃癌中具有抑癌作用。

炎癥小體也可能是胃癌的抑制因子。NLRC4炎癥小體在胃癌中的表達高于正常胃上皮細胞[31]，有研究表明，NLRP6的表達降低與胃癌患者的不良預后相關，上調NLRP6可能抑制胃癌的進展[32]。

3 細胞焦亡在胃癌治療中的臨床應用潛力

化學療法藥物通常通過凋亡途徑抑制腫瘤細胞的生長。然而，腫瘤細胞通過逃避凋亡而變得對化學療法藥物具有抗性。因此有必要尋找新的方法誘導其他類型的細胞死亡從而抑制腫瘤生長，而細胞焦亡則在癌癥治療中顯示出較好的前景和潛力。

3.1 藥物誘導細胞焦亡可抑制胃癌生長

許多臨床治療胃癌的藥物可以誘導細胞焦亡，抑制腫瘤生長。這些藥物包括DNA結合/修飾化合物阿霉素、順鉑和放線菌素-D以及拓撲異構酶抑制劑拓撲替康、CPT-11、依托泊苷、米托蒽醌、曲美替尼、厄洛替尼、克利替尼和洛鉑等[33]。其他在臨床或實驗研究中對胃癌顯示出一定療效的藥物或化合物也會引起腫瘤細胞的細胞焦亡。這些藥物包括伊維菌素、omega-3二十二碳六烯酸（omega-3 docosahexaenoic acid，DHA）、小檗堿，花青素，二甲雙胍，以及Polo樣激酶1（Polo-like kinase 1，PLK1）抑制劑BI2536[33]。Caspase-1依賴的細胞焦亡途徑伴隨著炎性細胞因子IL-1和IL-18的釋放，IL-1R拮抗劑如阿那白滯素Anakinra可阻斷IL-1R信號通路的激活，從而抑制IL-1通路，抑制腫瘤生長[34]。黃獨素B （Diosbulbin B，DB）可通過激活腫瘤固有的PD-L1/NLRP3信號通路介導的細胞焦亡，從而增加順鉑對胃癌的敏感性[35]。但并非所有證據都表明藥物可通過促進焦亡達到抑癌作用，多項研究表明雙硫侖可抑制胃癌細胞增殖具有抗腫瘤作用，但它也可通過阻斷Gasdermin D介導的質膜孔的形成來抑制細胞焦亡[36]。

3.2 作為生物標記物診斷和評估胃癌預后

細胞焦亡各組分關鍵蛋白在胃癌中呈現差異表達，有作為診斷胃癌生物學標志物的潛力。如GSDMB在大多數正常胃組織中不表達，大多數癌前病變組織中GSDMB呈中度表達，而大多數癌組織中GSDMB表達水平較高[18]，GSDMA在上消化道中表達，但在胃癌細胞中沉默[17]，GSDMD水平低的裸鼠腫瘤體積更大[30]，炎癥小體接頭蛋白ASC在3/4的腸型胃癌中過度表達，但在胃炎中未發現過度表達[20]，NLRP6的表達降低與胃癌患者的不良預后相關，上調NLRP6抑制胃癌的進展[32]。提示上述相關因子或可作為診斷胃癌或評估預后的生物標記物。

4 結語與展望

胃癌是全球第五大最常見的癌癥和第三大最常見的癌癥死亡原因。其主要原因是胃癌未得到有效防治。胃癌是一種在分子和表型上高度異質的疾病。早期胃癌的主要治療方法是內窺鏡切除術。不可早期手術的胃癌通過選用手術輔助化療方式治療，晚期胃癌采用連續化療方案治療，但中位生存期不到1年。化療藥物通常通過凋亡途徑抑制腫瘤細胞的生長，然而，腫瘤細胞會通過逃避凋亡而變得對化療藥物具有抗性。因此有必要尋找新的方法誘導其他類型的細胞死亡從而抑制腫瘤生長。細胞焦亡是新近發現的一種炎性細胞死亡。越來越多的臨床疾病，如動脈粥樣硬化和癌癥，被發現與細胞焦亡密切相關。然而，目前細胞焦亡的研究尚處于初級階段，特別是腫瘤細胞中的細胞焦亡，因其是一種炎性細胞死亡，伴隨著IL-1和IL-18等炎性細胞因子的釋放，如果這些炎性細胞因子沒有得到很好的控制，它們通常會增加血管生成和侵襲，并抑制免疫系統對癌細胞的破壞。因此細胞焦亡在促癌變和抗癌之間哪一方面占據主導，其關鍵影響因素如何值得進一步研究。同時細胞焦亡的關鍵蛋白Gasdermin家族分別有抑癌和促癌兩種效應表現，其存在怎樣的平衡，尋找某種途徑調控這種平衡是治療胃癌的可行方向之一。綜上所述，目前對胃癌與焦亡的關系仍缺乏深入研究，該生物學過程的研究能夠為胃癌的診斷提供新的思路及線索，為胃癌的治療尋找新的靶點和優化方案。