細胞焦亡在皮膚軟組織感染中的研究進展

王靜?劉淑娟?王永祥

摘要：細胞焦亡是新近發現的一種促炎程序性死亡方式，主要通過激活各類半胱天冬酶（caspase）切割相關gasdermin家族蛋白，引起機體炎性信號應答，進而誘導細胞死亡。細胞焦亡的炎性反應參與多種疾病的發生發展，近年來，隨著抗生素耐藥性越來越顯著，其在皮膚及軟組織相關感染中得到廣泛關注。細胞焦亡相關通路及分子機制可能可以作為潛在治療靶點為相關疾病提供新的藥物思路。本文謹就此進行簡要綜述，以期為皮膚軟組織感染的治療及藥物耐藥提供新思路。

關鍵詞：細胞焦亡;皮膚軟組織感染;病理生理機制;炎性因子

【中圖分類號】 G644.5 【文獻標識碼】 A? ? ? 【文章編號】2107-2306（2022）08--01

皮膚及軟組織感染（skin and soft tissue infections，SSTIs）是日常生活中最常見的感染性疾病之一，是由于皮膚防御功能降低及以細菌為主的微生物入侵所造成的皮膚、皮下、筋膜和肌肉的急性炎癥性疾病。近年來趨勢表明，在皮膚科及外科門診接受這類診斷的患者比例正不斷上升，并且由于早期輕癥時的未重視和藥物耐藥性的產生導致的重癥患者住院率也在逐漸攀升。有文獻曾報道，嚴重皮膚和軟組織感染最嚴重時病死率可高達90%[1]。現代治療中，輕癥sstis主要通過抗生素治療，嚴重的sstis，則通過切開引流、清創、去除壞死組織后聯合抗生素治療。這也間接致使抗生素的濫用以及耐藥性的增加，導致治療難度加大及疾病進展[2]。因此迫切需要尋找新的靶點進行相關治療。細胞焦亡及其介導的炎癥反應廣泛參與了皮膚及軟組織感染的病理過程，并在治療耐藥性中具有重要影響。本文就細胞焦亡在皮膚及軟組織感染的機制研究和藥物耐藥進行綜述，以期為皮膚及軟組織感染的進展和治療提供新思路。

1細胞焦亡

1.1細胞焦亡的概述

細胞焦亡（pyroptosis）是近年來發現并通過廣泛研究證實的一種促炎性、受到精密調控的新型程序性細胞死亡方式。主要通過炎性半胱天冬酶（caspase）裂解和激活包括GSDMD在內的多種Gasdermin家族成員，引發細胞腫脹，從而形成大量氣泡狀凸出物、細胞膜上形成孔隙、細胞膜破裂，進而釋放大量細胞內容物，引起炎癥反應從而誘導細胞死亡。

1.2細胞焦亡的分子機制

細胞焦亡的主要效應分子即Gasdermin超家族蛋白，目前已知其與人類相關6種蛋白為GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME（DFNA5）、DFNB59。這類蛋白主要由于N-C端連結不同而產生差異。早期普遍認為Caspase-1切割Gasdermin-N是細胞焦亡的關鍵，隨后發現除了caspase-1外，Caspase-3/4/5/8/11等也可對細胞焦亡進行調控，但調控效應分子各有不同。并且研究發現并非所有Gasdermin產生效應都需要Caspase。目前GSDMD的兩條途徑仍是皮膚及軟組織感染研究最關鍵信號通路。

1.21? Caspase -1 -GSDMD介導經典焦亡途徑

在細菌等病原菌的信號刺激下，細胞內的模式識別受體（pattern recognition receptor，PRRs）作為感受器，識別這些信號，通過凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein contai- ning a CARD，ASC）與Caspase-1的前體結合，形成多蛋白復合物——炎癥小體（如NLRP3），進一步活化Caspase-1切割GSDMD，形成GSDMD-N片段，誘導產生細胞焦亡，活化大量細胞內容物誘發炎癥反應，同時活化的Caspase-1對IL-1β和IL-18的前體進行切割，形成有活性的IL-1β和IL-18，并釋放到胞外，募集炎癥細胞聚集，擴大炎癥反應。

1.22? Caspase-4、5、11-GSDMD介導非經典焦亡途徑

細胞焦亡非經典途徑主要由革蘭氏陰性菌細胞壁外壁的組成成分脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導，LPS可直接結合且激活人類Caspase-4/5和小鼠Caspase-11，直接裂解GSDMD誘導細胞焦亡。另外，也有研究表明，Caspase-11可通過激活下游pannexin-1跨膜通道，促進K+外流激活NLRP3炎癥小體，再引起Caspase-1介導焦亡，釋放IL-1β等炎癥因子。多種通路誘導細胞死亡有利于機體抵抗微生物對宿主的免疫逃避和損傷組織的修復以及相關疾病的治愈。

2細胞焦亡與皮膚及軟組織感染相關研究

皮膚及軟組織感染包括毛囊炎、癤、癰、淋巴管炎、急性蜂窩織炎、燒傷創傷創面感染及手術后切口感染等。毛囊炎、癤、癰及創面感染的最常見病原菌為金葡菌、大腸桿菌;淋巴管炎及急性蜂窩織炎主要由化膿性鏈球菌引起。在前期治療不及時或抗生素廣泛耐藥的情況下可誘發中毒性休克綜合征、肌壞死/氣體壞疽和壞死性筋膜炎，甚至可導致敗血癥、膿毒血癥等全身癥狀，從而危及生命。細胞焦亡被證實在急性炎癥時是一種限制細胞內病原菌感染的有效策略，同時是敗血癥及膿毒血癥的關鍵機制[3]。

2.1細胞焦亡與革蘭氏陽性菌所致皮膚及軟組織感染

金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌是誘發皮膚及軟組織感染最常見的革蘭氏陽性菌，它們通過產生外毒素致病。早期，國內外研究發現，金黃色葡萄球菌可通過激活炎癥小體如NLRP3等導致Caspase-1切割激活GSDMS-N端，并且大量釋放IL-1β等炎癥因子誘導細胞焦亡[4]。最新研究發現，化膿鏈球菌通過毒力因子鏈球菌致熱外毒素B（SpeB）切割GSDMA也可觸發上皮細胞焦亡并抑制其系統性感染。其主要機制是GAS半胱氨酸蛋白酶SpeB毒力因子通過在Gln246之后切割GSDMA，釋放一個活躍的N端片段觸發上皮細胞焦亡。這意味著GSDMA既可以作為GAS-SpeB的傳感器和底物，也可以作為一種效應物來觸發焦亡，為宿主識別和控感染應答提供一種新的機制[5]。這些近年來發現的焦亡相關分子機制為皮膚及軟組織感染提供了新的視角。

2.2細胞焦亡與革蘭氏陰性菌所致皮膚及軟組織感染

與革蘭氏陽性菌不同的是，革蘭氏陰性菌的致病能力與LPS（又稱內毒素）相關。已知LPS可通過非經典途徑誘導細胞焦亡[6]。但，到目前為止，還未見關于LPS通過非經典途徑影響皮膚及軟組織感染相關機制的研究報道。此外，細胞焦亡不僅引起炎癥，其在急性感染時也可作為防御機制與宿主細胞其他免疫機制相互調節，從而清除感染并降低自身損傷。所以，在皮膚及軟組織感染時抑制非經典途徑信號通路，可能是有益的也可能是有害的。如何調節這些細胞事件，是否通過抑制Caspase-4/5/11-GSDMD介導的非經典焦亡途徑影響皮膚及軟組織感染這些事件至今仍然有待解決。

3細胞焦亡在皮膚軟組織感染中的治療潛力

隨著抗生素的濫用，抗生素耐藥性的細菌感染日益嚴重，急需尋找到新的靶點方向。Lieberman等曾通過小鼠實驗發現GSDMD-NT可發揮雙重作用，一方面，它可以在感染宿主細胞的細菌的細胞膜上穿孔，從而直接殺死宿主細胞外面的細菌;另一方面，它在宿主細胞胞膜上穿孔，激活細胞焦亡導致感染細菌的宿主細胞死亡，釋放免疫警報，同時未被感染的宿主細胞毫發無傷[7]。這一實驗結論提示，這種殺死細菌但不影響未感染細胞的活性片段可能可以用于靶向治療抗生素耐藥性細菌，特別是嚴重的皮膚及軟組織局部感染。國內在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）小鼠模型中也證實MASA可以通過激活炎癥小體激活Caspase-1增加IL-1β誘導細胞焦亡[8]。這也揭示了未來可通過靶向干擾焦亡信號通路，為MASA等耐藥菌感染治療提供新的方向。

4總結

細胞焦亡本質上是機體的一種炎癥性級聯反應，是機體在清除病原菌感染等危險性信號的免疫防御反應。但是，當焦亡被過度的激活或失控時可能會造成機體嚴重的炎癥及免疫類疾病。長期以來，人們對與皮膚及軟組織感染的治療大多依賴于抗生素治療。隨著抗生素耐藥性的增加，我們迫切需要尋找其他靶點機制。在這篇綜述中，我們討論了細胞焦亡在皮膚軟組織感染中的相關意義，并對其中兩個重要的執行者gasdermin D （GSDMD）和gasderminA （GSDMA）在相關細菌中引起感染的分子機制進行闡述，同時對治療相關耐藥性進行了研究。細胞焦亡被發現是一把雙刃劍，其在正常情況下能有效抑制多種細菌，過度激活時則會產生損害。如何靶向干擾細胞焦亡的信號通路從而參與相關疾病的治療是我們目前仍需探討的方向。總之，深入揭示細胞焦亡相關分子機制及信號通路在皮膚及軟組織感染中的作用有助于為皮膚及軟組織感染治療提供新的靶點思路。

參考文獻：

[1]Burnham JP， Kollef MH. Treatment of severe skin and soft tissue infections： areview. Curr Opin Infect Dis. 2018 Apr;31（2）：113-119.

[2]Gürlich R， Adámková V， Ulrych J， Brodská H， Janík V， Lindner J， Havel E.Infekce k??e a měkk?ch tkání [Skin and soft tissue infections （SSTIs）]. RozhlChir. 2016;95（4）：141-6. Czech.

[3]Liu X， Lieberman J. A Mechanistic Understanding of Pyroptosis： The Fiery Death Triggered by Invasive Infection. Adv Immunol. 2017;135：81-117.

[4]Wang X， Liu M， Geng N， Du Y， Li Z， Gao X， Han B， Liu J， Liu Y. Staphylococcus aureus mediates pyroptosis in bovine mammary epithelial cell via activation of NLRP3 inflammasome.Vet Res. 2022 Feb 5;53（1）：10.

[5]Deng W， Bai Y， Deng F， Pan Y， Mei S， Zheng Z， Min R， Wu Z， Li W， Miao R，Zhang Z， Kupper TS， Lieberman J， Liu X. Streptococcal pyrogenic exotoxin B cleaves GSDMA and triggers pyroptosis. Nature. 2022 Feb;602（7897）：496-502.

[6]Hagar JA， Powell DA， Aachoui Y， Ernst RK， Miao EA. Cytoplasmic LPS activates caspase-11： implications in TLR4-independent endotoxic shock. Science. 2013 Sep13;341（6151）：1250-3.

[7]Liu X， Zhang Z， Ruan J， Pan Y， Magupalli VG， Wu H， Lieberman J. Inflammasome-activated gasdermin D causes pyroptosis by forming membrane pores. Nature. 2016Jul 7;535（7610）：153-8.

[8]蔡嫵揚，劉思蕊，杜華鈺，錢峰，孫磊.耐甲氧西林金黃色葡萄球菌誘導巨噬細胞焦亡的機制研究[J].國際藥學研究雜志，2019，46（05）：355-362.