前言

腫瘤對凋亡的抵抗和免疫抑制的腫瘤微環(huán)境是腫瘤治療反應(yīng)差的兩個(gè)主要原因。細(xì)胞焦亡是一種不同于細(xì)胞凋亡的溶解性和炎癥性程序性細(xì)胞死亡途徑，最新的證據(jù)表明，腫瘤細(xì)胞中的細(xì)胞焦亡誘導(dǎo)導(dǎo)致強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)和顯著的腫瘤消退。

作為其抗腫瘤作用的基礎(chǔ)，細(xì)胞焦亡是由促進(jìn)孔隙形成的gasdermin蛋白介導(dǎo)的，該蛋白通過釋放促炎細(xì)胞因子和細(xì)胞破裂后的免疫原性物質(zhì)促進(jìn)免疫細(xì)胞活化和浸潤。然而，考慮到其炎癥性質(zhì)，異常性的細(xì)胞焦亡也可能與腫瘤支持性微環(huán)境的形成有關(guān)。因此，深入了解細(xì)胞焦亡的分子途徑，理清細(xì)胞焦亡與癌癥之間復(fù)雜的聯(lián)系，有助于我們充分利用細(xì)胞焦亡，并將其應(yīng)用于現(xiàn)有的或新的抗癌策略。

細(xì)胞焦亡

上世紀(jì)90年代，在感染鼠傷寒沙門氏菌（S.typhurium）和福氏沙門氏菌的巨噬細(xì)胞中首次描述了細(xì)胞焦亡。雖然最初被認(rèn)為是一個(gè)凋亡過程，但進(jìn)一步的研究表明，這種細(xì)菌誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡嚴(yán)重依賴于caspase-1。焦亡細(xì)胞與凋亡細(xì)胞有一些共同特征，如染色質(zhì)濃縮和DNA斷裂，但可通過其完整的細(xì)胞核、孔隙形成、細(xì)胞腫脹和滲透溶解來區(qū)分。

通常，焦亡細(xì)胞破裂是通過結(jié)合損傷相關(guān)分子模式（DAMP）或病原體相關(guān)分子模式（PAMP）后，通過半胱氨酸蛋白酶介導(dǎo)的成孔GSDM蛋白活化實(shí)現(xiàn)的。這些相同的半胱氨酸蛋白酶也可能直接或間接促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的成熟，這些促炎細(xì)胞因子與DAMP一起，在釋放時(shí)啟動(dòng)或維持炎癥反應(yīng)。

雖然細(xì)胞焦亡在病原體分解中起著重要的保護(hù)作用，但它已被認(rèn)為是幾種人類疾病的復(fù)雜因素，如心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和艾滋病。糖尿病等代謝紊亂也可能通過慢性炎癥和胰島素干擾性細(xì)胞因子的產(chǎn)生而促進(jìn)細(xì)胞焦亡。在癌癥中，細(xì)胞焦亡的作用似乎是把雙刃劍。一方面，細(xì)胞焦亡可迅速導(dǎo)致腫瘤消退，另一方面，它可促進(jìn)腫瘤微環(huán)境的發(fā)展。因此，癌細(xì)胞可能抑制或刺激細(xì)胞焦亡，以支持其進(jìn)展，具體取決于環(huán)境。

細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制

盡管已知的細(xì)胞焦亡途徑的數(shù)量在未來可能會(huì)增加，但目前已有兩條主要途徑和幾種替代途徑被闡明。在主要途徑中，細(xì)胞焦亡是由GSDMD誘導(dǎo)的，涉及炎癥性caspase-1（經(jīng)典途徑）或caspase-4/5（非經(jīng)典途徑）。在替代途徑中，最受廣泛關(guān)注的是GSDME通過caspase-3誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡。

經(jīng)典炎癥小體途徑

在經(jīng)典的炎性小體途徑中，模式識(shí)別受體（PRR）識(shí)別DAMP（例如纖維蛋白原、熱休克蛋白、DNA）和/或PAMP（例如鞭毛蛋白、聚糖、脂多糖）導(dǎo)致被稱為炎性小體的相應(yīng)胞質(zhì)信號(hào)復(fù)合物的激活，通常由傳感器蛋白、適配器和效應(yīng)器半胱氨酸蛋白酶組成。

盡管多種PRR，如NLR和TLR參與了這一過程，但已知其中只有部分能夠直接組裝炎癥小體并激活半胱氨酸蛋白酶caspase-1。具體而言，該亞群中的PRRs/炎癥小體傳感器包括NLR家族的NLRP1、NLRP3、NLRP4、AIM2和pyrin。激活后，這些傳感器中的大多數(shù)與適配蛋白ASC相互作用，后者通過前半胱氨酸蛋白酶-1的募集和切割激活caspase-1。除了釋放和激活GSDMD的致死N端結(jié)構(gòu)域（GSDMD-N），caspase-1還使前IL-1β和前IL-18成熟為IL-1β和IL-18，它們通過GSDMD-N形成的壞死膜孔釋放。

非經(jīng)典炎癥小體途徑

與標(biāo)準(zhǔn)炎癥小體途徑相反，非標(biāo)準(zhǔn)炎癥小體途徑不依賴caspase-1，而是依賴于caspase-4和caspase-5以及小鼠的caspase-11。這些半胱氨酸蛋白酶的激活是通過LPS與相應(yīng)的前半胱氨酸蛋白酶的直接結(jié)合發(fā)生的，并且繞過了炎癥小體傳感器。盡管這些半胱氨酸蛋白酶不直接激活I(lǐng)L-1β和IL-18，但它們通過GSDMD裂解觸發(fā)細(xì)胞焦亡導(dǎo)致鉀離子外流，從而激活NLRP3炎癥小體并上調(diào)caspase-1的作用。

替代途徑

研究表明，在某些情況下，如化療或靶向癌癥治療，可通過caspase-3誘導(dǎo)凋亡到焦亡的途徑。盡管caspases-3主要與凋亡執(zhí)行和形態(tài)學(xué)改變有關(guān)，但它可以通過切割GSDME介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，這同樣導(dǎo)致GSDME-N孔的形成和膜的通透性改變。當(dāng)GSDME水平較高時(shí)，caspase-3激活后會(huì)迅速引發(fā)細(xì)胞焦亡，但當(dāng)GSDME水平較低時(shí)，則會(huì)引發(fā)凋亡。然而，這一概念仍需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

此外，還有其他幾種替代性細(xì)胞焦亡途徑，包括caspase-8對GSDMD的切割；caspase-8或顆粒酶B（GzmB）對GSDME的切割；caspase-1或顆粒酶A（GzmA）對GSDMB的切割；通過caspase-8切割GSDMC，GSDMC通過缺氧激活的程序性死亡配體1（PD-L1）和pSTAT3轉(zhuǎn)錄上調(diào)以及其它未知機(jī)制形成的GSDMA孔。

癌癥中的細(xì)胞焦亡及其成分

細(xì)胞焦亡在癌癥中的模糊作用似乎與細(xì)胞類型、遺傳學(xué)和誘導(dǎo)持續(xù)時(shí)間有關(guān)。在異常表達(dá)和延長活性后，GSDM、炎癥小體和/或促炎細(xì)胞因子可通過誘導(dǎo)免疫抑制細(xì)胞、促進(jìn)上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化以及上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶以進(jìn)行細(xì)胞外基質(zhì)重塑來促進(jìn)腫瘤病理學(xué)。另一方面，與這些效應(yīng)并列，細(xì)胞焦亡也可以抑制腫瘤，例如，在肝細(xì)胞癌模型中，通過NLRP3炎性小體激活誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡顯著抑制了腫瘤的轉(zhuǎn)移和生長。

鑒于細(xì)胞焦亡的雙重作用，其分子成分在不同癌癥中存在差異表達(dá)。GSDMs在乳腺癌、胃癌、宮頸癌和肺癌等腫瘤中，已被證明同時(shí)作為癌基因或腫瘤抑制因子控制增殖、轉(zhuǎn)移、治療抵抗和抗腫瘤免疫。

在胃癌（GC）中，GSDMD表達(dá)顯著降低，并導(dǎo)致體外和體內(nèi)腫瘤增殖增強(qiáng)。相反，非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）中的GSDMD蛋白水平顯著升高，并且與腫瘤轉(zhuǎn)移以及更差的預(yù)后相關(guān)。與GSDMD類似，GSDME在胃癌、乳腺癌和大腸癌中的表達(dá)也降低。GSDMC在大腸癌中表達(dá)明顯上調(diào)，在大腸癌中，GSDMC在體外促進(jìn)了癌變和增殖，在體內(nèi)促進(jìn)了腫瘤生長。GSDMB水平越高，乳腺癌患者的轉(zhuǎn)移率越高，生存率越低。

在其他細(xì)胞焦亡成分中，觀察到大多數(shù)結(jié)直腸癌腫瘤中AIM2表達(dá)顯著降低或缺失，且與患者預(yù)后不良有關(guān)。NLRP1水平在大腸癌腫瘤組織中同樣降低，并與轉(zhuǎn)移增加和生存率降低有關(guān)。乳腺癌患者組織中的caspase-1 mRNA水平顯著降低，此外，caspase-1的缺失與前列腺癌和大腸癌的腫瘤發(fā)生有關(guān)。

闡明細(xì)胞焦亡與癌癥之間的關(guān)系需要更廣泛的研究。一個(gè)面臨的挑戰(zhàn)將是識(shí)別每種細(xì)胞焦亡分子成分的腫瘤特異性作用。由于多條通路導(dǎo)致細(xì)胞焦亡，且多個(gè)成分重疊，因此，表征每條通路的整體腫瘤特異性效應(yīng)，而不是每個(gè)成分的個(gè)體效應(yīng)，可能是理解和/或預(yù)測腫瘤對細(xì)胞焦亡調(diào)節(jié)的更有效策略。

細(xì)胞焦亡與抗腫瘤免疫的關(guān)系

細(xì)胞死亡引發(fā)適應(yīng)性免疫反應(yīng)的能力稱為免疫原性細(xì)胞死亡（ICD）。與基本上是免疫耐受過程的凋亡不同，細(xì)胞焦亡具有誘導(dǎo)強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)的分子機(jī)制，在某些情況下被認(rèn)為是ICD的一種形式。雖然細(xì)胞焦亡與抗癌免疫之間的聯(lián)系尚不清楚，但越來越多的研究表明，細(xì)胞焦亡介導(dǎo)的腫瘤清除是通過增強(qiáng)免疫激活和功能實(shí)現(xiàn)的。

GSDMA

研究發(fā)現(xiàn)，將GSDMA的小鼠亞型Gsdma3選擇性地遞送到人類HeLa、小鼠EMT6和小鼠4T1癌細(xì)胞，導(dǎo)致20-40%的細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞焦亡。在體內(nèi)模型中，通過靜脈或瘤內(nèi)注射NP–Gsdma3進(jìn)行三輪治療，導(dǎo)致腫瘤明顯縮小。與PBS對照組相比，NP–Gsdma3治療的腫瘤中CD4+、CD8+、自然殺傷（NK）和M1巨噬細(xì)胞數(shù)量增加，但單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、髓源性抑制細(xì)胞和M2巨噬細(xì)胞的數(shù)量減少。此外，除了在血清和腫瘤水平IL-1β、IL-18和HMGB1水平增加外，還發(fā)現(xiàn)許多免疫刺激和抗腫瘤效應(yīng)基因（如Cd69、Gzma、Gzmb）的上調(diào)，各種免疫抑制和腫瘤前體基因（如Csf1、Vegfa、Cd274）下調(diào)。

GSDMD

通過研究CTLs在肺鱗狀細(xì)胞癌（LUSC）和黑色素瘤腫瘤樣本中與CD8+T細(xì)胞標(biāo)記物有關(guān)的GSDM基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在五個(gè)GSDM基因成員中，只有GSDMD表達(dá)與CTL中的CD8+T細(xì)胞標(biāo)記基因（例如CD8A、CD8B、PRF1、GZMA、GZMB和IFNG）呈正相關(guān)。進(jìn)一步研究表明，與原始T淋巴細(xì)胞相比，OT-1小鼠活化的CTL中GSDMD的表達(dá)顯著增加。類似地，人CD8+T細(xì)胞在激活后上調(diào)GSDMD，腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞（TIL）中可見高水平的GSDMD蛋白。

此外，GSDMD敲除后，CTL對3LL-OVA細(xì)胞的細(xì)胞毒性降低。使用人CTL和H1299非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系記錄了類似的結(jié)果。考慮到CTL殺死腫瘤細(xì)胞的一個(gè)關(guān)鍵途徑是通過將細(xì)胞毒性分子釋放到它們形成的免疫突觸中，推測GSDMD和GzmB進(jìn)入效應(yīng)癌細(xì)胞可能是研究中發(fā)現(xiàn)的CTL細(xì)胞毒性的潛在機(jī)制。

GSDMB

GSDMB介導(dǎo)細(xì)胞焦亡與GzmA密切相關(guān)。在HEK-293F細(xì)胞中的五種人類顆粒酶中，發(fā)現(xiàn)只有GzmA以類似于NK細(xì)胞殺傷試驗(yàn)的模式快速切割GSDMB。當(dāng)GzmA電穿孔到GSDMB重組的293T細(xì)胞中時(shí)，引起廣泛的GSDMB裂解和細(xì)胞焦亡。同樣，在生理?xiàng)l件下，GzmA介導(dǎo)的GSDMB切割在NK細(xì)胞殺傷293細(xì)胞時(shí)也是必需的。

值得注意的是，其他GSDMB水平不明顯的癌細(xì)胞系，如OE33（食管癌細(xì)胞）和HCC1954（乳腺癌細(xì)胞），可通過暴露于通常由活化的CTL釋放的細(xì)胞因子（如IFN-γ和TNF-α）來轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)GSDMB表達(dá)增加。反過來，IFN-γ啟動(dòng)顯著增強(qiáng)了這些細(xì)胞系的細(xì)胞焦亡，這種效應(yīng)最終取決于GzmA。

總之，這些發(fā)現(xiàn)不僅表明GSDMB介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡作用于GzmA下游，而且細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞可將GzmA傳遞到表達(dá)GSDMB的癌細(xì)胞中，以促進(jìn)抗腫瘤免疫。

GSDME

研究發(fā)現(xiàn)，GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡與GzmB相關(guān)。在小鼠4T1E乳腺癌細(xì)胞中異位表達(dá)小鼠GSDME（mGSDME），在體內(nèi)模型中可顯著抑制4T1E腫瘤生長，并導(dǎo)致NK細(xì)胞和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）浸潤增加。此外，當(dāng)受到刺激時(shí)，腫瘤中表達(dá)GzmB和穿孔素的NK細(xì)胞和CD8+TIL增加。

進(jìn)一步研究表明，人NK細(xì)胞系YT可以激活表達(dá)GSDME的HeLa細(xì)胞中的細(xì)胞焦亡，這種誘導(dǎo)是通過GzmB實(shí)現(xiàn)的，它不僅在與caspase-3相同的位置切割GSDME，而且間接激活caspase-3。

此外，CAR-T細(xì)胞可以通過穿孔素和GzmB釋放，在B細(xì)胞白血病和實(shí)體瘤細(xì)胞中誘導(dǎo)GSDME介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞焦亡。用共同培養(yǎng)的CD19-CAR-T細(xì)胞和癌細(xì)胞（NALM-6、Raji或原發(fā)性B白血病細(xì)胞）的上清液處理人源性巨噬細(xì)胞，可促進(jìn)巨噬細(xì)胞激活caspase-1，切割GSDMD，并釋放IL-6和IL-1β。同時(shí)發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)上清液中的ATP和HMGB1分別足以促進(jìn)巨噬細(xì)胞IL-1β分泌和IL-6上調(diào)�？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)表明CAR-T細(xì)胞治療通過GSDME促進(jìn)的細(xì)胞焦亡誘發(fā)CRS，對CD19-CART細(xì)胞治療前患者的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行分析，顯示GSDME水平升高與更嚴(yán)重的CRS相關(guān)。

細(xì)胞焦亡在抗癌治療中的應(yīng)用前景

近年來，越來越多的研究表明，利用細(xì)胞焦亡通過不同的靶向和傳遞方法進(jìn)行抗腫瘤免疫的可行性和治療潛力。

例如，利用腫瘤細(xì)胞衍生微粒（TMP）將甲氨蝶呤注入膽管癌（CCA）細(xì)胞，以誘導(dǎo)GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，從而激活患者衍生的巨噬細(xì)胞，并將中性粒細(xì)胞募集到腫瘤部位進(jìn)行藥物導(dǎo)向的腫瘤破壞。此外，當(dāng)這種甲氨蝶呤TMP輸送系統(tǒng)注入肝外CCA患者的膽管管腔時(shí)，25%的患者觀察到中性粒細(xì)胞活化和膽道梗阻的緩解。

此外，還發(fā)現(xiàn)GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡通過BRAF和MEK抑制劑的組合在黑色素瘤中引起免疫細(xì)胞浸潤/激活，并導(dǎo)致黑色素瘤消退。在另一種策略中，二甲雙胍是治療2型糖尿病最常用的藥物，其可以通過caspase-3間接激活細(xì)胞焦亡來抑制癌細(xì)胞增殖。

一系列針對KRAS、EGFR或ALK突變型肺癌的小分子抑制劑也被發(fā)現(xiàn)，在線粒體固有凋亡途徑激活后，通過caspase-3介導(dǎo)的GSDME裂解誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。在乳腺癌細(xì)胞中，用RIG-1激動(dòng)劑治療可觸發(fā)外源性凋亡途徑和細(xì)胞焦亡，激活STAT1和NF-κB并上調(diào)淋巴細(xì)胞募集趨化因子。因此，在小鼠中RIG-1激活后，乳腺癌轉(zhuǎn)移和腫瘤生長的減少伴隨著腫瘤淋巴細(xì)胞的增加。

幾乎所有抗癌免疫治療策略面臨的另一個(gè)主要障礙是免疫抑制腫瘤微環(huán)境引起的失調(diào)。為了解決這個(gè)問題，Lu等人設(shè)計(jì)了含有嵌合共刺激轉(zhuǎn)化受體（CCCR）的NK92細(xì)胞，該受體將抑制性PD-1信號(hào)轉(zhuǎn)化為激活信號(hào)，有效地增強(qiáng)了抗腫瘤活性。在體外，CCCR-NK92細(xì)胞通過GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡迅速殺死H1299細(xì)胞，在體內(nèi)顯著抑制腫瘤生長。

此外，越來越多令人興奮的研究報(bào)告表明，細(xì)胞焦亡誘導(dǎo)與PD-1抑制劑協(xié)同作用使腫瘤由“冷”變“熱”，表明這種組合的巨大潛力。

小結(jié)

作為一種炎性細(xì)胞死亡模式，細(xì)胞焦亡通過激發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)而在腫瘤抑制中發(fā)揮重要作用。在某些情況下，單純的細(xì)胞焦亡誘導(dǎo)就可能足以阻礙腫瘤生長。然而，細(xì)胞焦亡治療應(yīng)用面臨的最大挑戰(zhàn)之一是細(xì)胞焦亡相關(guān)成分的表達(dá)和功能的不規(guī)則性，不僅在不同的癌癥之間，而且還存在于同一類型的癌癥中。盡管如此，分子、遺傳和表觀遺傳靶向/遞送系統(tǒng)的進(jìn)步，以及精準(zhǔn)和個(gè)性化的醫(yī)學(xué)的發(fā)展，讓我們有希望很快能夠利用這些強(qiáng)大機(jī)制作為治療癌癥的工具。

參考文獻(xiàn)：

1.Pyroptosis at the forefront of anticancerimmunity. J Exp Clin Cancer Res. 2021; 40: 264.

       原文標(biāo)題 : 癌癥與細(xì)胞焦亡