自噬調節膿毒癥細胞焦亡機制的研究進展

王雅琪 溫繼梨

1.內蒙古醫科大學第一臨床醫學院，內蒙古呼和浩特 010000；2.內蒙古醫科大學附屬醫院急診內科，內蒙古呼和浩特 010000

膿毒癥（sepsis）是由感染引起的全身炎癥反應綜合征，每年估計有4890 萬起因膿毒癥和1100 萬與膿毒癥相關的死亡[1-3]。目前膿毒癥的治療多采用廣譜抗生素、源頭控制和支持性治療，這些非特異性治療并不能降低膿毒癥的高病死率。膿毒癥已然成為全球公共衛生的一大挑戰，需要科研人員深入研究膿毒癥的病理生理機制，尋求新的診治靶點。

焦亡是由gasdermin D（GSDMD）介導的溶解性細胞死亡的促炎癥模式，是最具特征性的反應[4]。炎性小體激活介導促炎細胞因子白細胞介素（interleukin，IL）–1b 和IL–18 的蛋白水解加工及胱天蛋白酶分泌，從而誘導裂解型細胞死亡。焦亡首先在巨噬細胞及其相關疾病中被發現[5]，隨后大量報道證實中性粒細胞也可發生焦亡，感染期間IL–18主要由中性粒細胞和單核細胞分泌[4]。血清IL–18 水平升高與膿毒癥的嚴重程度和預后相關[6,7]。研究證實過度激活焦亡會導致器官損傷，抑制焦亡可能是膿毒癥治療的新方向。

自噬是細胞生存的重要自我保護機制，通過多種途徑在膿毒癥中起保護作用，包括清除病原體、抑制炎性反應、預防免疫抑制和調節代謝。近年來研究已經證實自噬對細胞焦亡有調節作用，本文重點闡述有關自噬對膿毒癥細胞焦亡調節作用的最新研究成果。

1 細胞焦亡的新進展

焦亡主要發生在巨噬細胞及其前體、胱天蛋白酶–1 和胱天蛋白酶–11 激活后的單核細胞中。炎性小體激活巨噬細胞中被胱天蛋白酶–1 切割GSDMD 產生的N–GSDMD 片段，隨后N–GSDMD 片段在質膜中寡聚化，形成增加質膜通透性的孔，導致細胞焦亡和IL–1β 釋放[8,9]。Karmakar 等[10]發現中性粒細胞與巨噬細胞運輸GSDMD 存在根本性差異，中性粒細胞中的N–GSDMD 片段與嗜天青顆粒和LC3+自噬體相關，IL–1β 則是通過自噬依賴性機制分泌，這些差異是炎性小體激活過程中中性粒細胞特異性功能的基礎。細胞溶質脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）激活胱天蛋白酶–11 依賴性非經典炎性小體的能力受到多種機制調控，以避免過度炎性反應。最新研究證明L–腎上腺素不僅可作用于α–（2B）腎上腺素能受體抑制胱天蛋白酶–11 的激活，還可通過腺苷酸環化酶4 誘導環磷酸腺苷生成促進蛋白激酶A活化，從而阻斷胱天蛋白酶–11 介導的IL–1 分泌、GSDMD 裂解及隨后的損傷相關分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）激活[11]。這可能是免疫代謝作為膿毒癥潛在治療靶點的概念性證明。

膿毒癥引起的休克和組織損傷需要胱天蛋白酶–11 激活、切割GSDMD、受體相互作用蛋白激酶3（receptor–interacting protein kinase–3，RIPK3）和混合譜系激酶結構域樣蛋白磷酸化。Chen 等[12]研究表明，細胞焦亡中RIPK3 和GSDMD 具有協同作用，可放大巨噬細胞和內皮細胞的壞死和組織因子釋放，從而導致組織損失。臨床數據分析低鎂血癥與膿毒癥患者的單核細胞計數減少有關，鎂離子通過限制N–GSDMD 末端激活時的寡聚化和膜定位抑制細胞焦亡[13]。焦亡發生在巨噬細胞中已廣為人知，但多形核中性粒細胞衍生的外泌體在膿毒癥中的潛在作用機制尚不清楚，Jiao 等[14]通過動物實驗發現，中性粒細胞的外泌體miR–30d–5p 通過激活核因子κB（nuclear factor–κB，NF–κB）M1 型巨噬細胞極化引發巨噬細胞焦亡。

2 自噬調節膿毒癥細胞焦亡

2.1 分子機制

焦亡依據不同的起始因子和有效分子分為經典途徑和非經典途徑，見圖1。自噬通過消除DAMP和病原體相關分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）下調焦亡。DAMP 被定義為能夠啟動和增強炎性反應的內源性因子，PAMP則是指外源性微生物產物，如LPS[15,16]。DAMP 的自噬消除與線粒體功能受損有關。研究發現自噬通過下調裂解的GSDMD 水平來防止焦亡[17]。作為自噬激動劑的雷帕霉素可逆轉LPS 刺激后GSDMD 介導的焦亡，但單獨對焦亡沒有抑制作用，強調自噬在整個過程中的重要性[18]。既往研究提到自噬對GSDMD 介導的焦亡也具有調節作用，可能與AMPK–eEF–2K 信號通路有關[19,20]，但具體機制仍不清楚，需進一步深入研究。

圖1 經典和非經典細胞焦亡途徑

2.2 自噬、焦亡和一些經典的信號通路

有多個信號通路參與自噬的調節，但確切的作用機制尚未闡明。過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）具有抗炎抗氧化的作用，對自噬和焦亡均有調控作用，PPARγ 表達增加、活性氧水平降低可抑制硫氧還蛋白互作蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）/核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白（nucleotide–binding oligomerization domain–like receptor protein 3，NLRP3）信號通路，減少膿毒癥期間細胞焦亡和減輕肝功能障礙[21]。消退素D2（resolvin D2，RvD2）是由ω3–多不飽和脂肪酸產生的炎癥先天抑制因子，研究已證實RvD2 對多種炎癥信號通路有調節作用[22,23]。最新研究報道RvD2 可通過自噬促進NLRP3 炎性小體降解，但其潛在的機制仍需進一步研究以明確。另有研究表明miR–30c–5p通過TXNIP/NLRP3 信號通路對焦亡和膿毒癥誘導的損傷進行負面控制，這可能是膿毒癥急性腎損傷患者的治療靶點[24]。

IL–17 信號通路的上、下游分子主要包括高遷移率族蛋白B1、晚期糖基化終末產物的多配體受體、IL–17A、腫瘤壞死因子受體相關蛋白和NK–κB，研究人員通過生物學信息分析發現NK–κB 的激活促進依賴胱天蛋白酶–1 的炎性反應發展，提示IL–17信號通路與肺炎導致的膿毒癥顯著相關[25]，但還需要進一步驗證。Ke 等[26]在體外建立膿毒癥小鼠模型，評估IL–33 對NF–κB/P38 促分裂原活化蛋白激酶（mitogen–activated protein kinase，MAPK）信號通路和巨噬細胞焦亡的影響，結果表明IL–33 激活NF–κB/P38MAPK 信號通路，上調胱天蛋白酶–1 前體表達，從而介導膿毒癥小鼠巨噬細胞焦亡。提示IL–33 可增加膿毒癥小鼠巨噬細胞的焦亡水平，為臨床膿毒癥患者的診斷和治療提供理論依據。膿毒癥是急性腎損傷的常見危險因素，骨髓間充質干細胞 具有多向分化潛能，有研究探討骨髓間充質干細胞在膿毒癥誘導的急性腎損傷中的作用，結果表明骨髓間充質干細胞可通過上調SIRT1/Parkin 抑制炎性反應并促進腎小管上皮細胞和小鼠模型細胞的線粒體自噬，從而抑制細胞焦亡，改善膿毒癥引起的腎臟損傷[27]。

干擾素基因刺激物也是膿毒癥的重要因素，與不受控制的細胞焦亡相關，胞質DNA 通過GMP–cGAMP 途徑激活干擾素基因刺激物，并通過經典和非經典途徑觸發細胞焦亡[28]。在研究長鏈非編碼RNA ZFAS1 在膿毒癥誘導的心功能障礙的調控網絡中發現，轉錄因子SP1 誘導的ZFAS1 通過下調miR–590–3p 調節AMP 活化蛋白激酶（AMP–activated protein kinase，AMPK）–哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路，影響NLRP3 介導的心肌細胞自噬和焦亡，從而加重膿毒癥誘導的心功能障礙[29]。這種新的ZFAS1/miR–590–3p/AMPK–mTOR 調節網絡可能為開發治療膿毒癥誘導的心功能障礙提供新的治療靶點。SESN2是一種高度保守的蛋白質，已被證實可維持內部環境穩態，研究發現SESN2 能夠通過抑制內質網應激相關的NLRP3 降低GSDMD 依賴性焦亡；SESN2缺乏時可通過PERK–ATF4–CHOP 信號通路誘導NLRP3/ASC/CASP–1 依賴性細胞焦亡和促炎細胞因子產生，導致膿毒癥小鼠死亡率增加[30]。

如前所述，大量研究結果支持自噬負調控焦亡，但也有一些研究得出相反的結論，認為自噬對焦亡有促進作用。在一項對骨髓源性巨噬細胞的研究中，饑餓增強自噬，但焦亡水平并沒有相應降低，相反，炎性小體活性和IL–18、IL–1β 表達均上調。出現這種差異的原因尚不明確，可能是不同的病理條件和細胞類型影響自噬調節焦亡的方向。在未來的研究中，可關注自噬抑制炎性小體激活和減少焦亡的時間，以便將自噬誘導作為膿毒癥患者的治療方法。

3 自噬調節膿毒癥——新的治療靶點

有研究證明雷帕霉素可通過激活自噬，減輕肺部炎癥，抑制細胞焦亡。Wang 等[31]利用盲腸結扎穿刺構建膿毒癥模型，發現使用雷帕霉素治療可保護小鼠免于感染性死亡。因此，調節自噬是膿毒癥治療的一個有效靶點。膿毒癥心肌病是膿毒癥常見的一個并發癥，研究證實木犀草素可通過AMPK 信號傳導減少細胞焦亡和增強自噬來保護心肌，其對心肌的保護作用與抗氧化、抗炎的藥理活性相關。許多能夠改善自噬的天然化學單體藥物已被發現，如米諾環素、青藤堿、京尼平、蒲公英甾醇、卡達莫素及青蒿琥酯，它們均是改善膿毒癥器官功能障礙的潛在治療藥物。

目前已開發出以胱天蛋白酶、GSDMD 蛋白為靶點的新藥。膿毒癥相關腦病臨床表現為急性或長期認知功能障礙，胱天蛋白酶–1 抑制劑VX765 可有效逆轉盲腸結扎穿刺誘導的膿毒癥小鼠的認知功能障礙；VX765 抑制胱天蛋白酶–1 后，GSDMD 及其裂解產物GSDMD–NT 的表達減少，從而減少腦內焦亡的發生[32]。Ge 等[33]發現α–倒捻子素誘導的自噬可抑制LPS 刺激的巨噬細胞NLRP3 轉錄體激活，減少IL–1β 釋放，繼而增強巨噬細胞的吞噬功能，恢復器官功能。二甲雙胍是一種經典的降糖藥物，現證明對膿毒癥患者具有保護作用，入院前使用二甲雙胍可顯著降低膿毒癥患者的病死率。在許多病理情況下，如缺血再灌注損傷、炎癥性腸病和糖尿病性心肌病，二甲雙胍均可改善細胞焦亡。一個可能機制是二甲雙胍通過增強自噬，抑制炎性小體NLRP3 的表達，減少細胞焦亡；另有研究顯示AMPK–Akt–mTOR信號通路在該過程中也至關重要，但具體的機制尚不清楚。通過誘導自噬調節細胞焦亡治療敗血癥的藥物仍處于臨床前階段，還需更多的研究來探索自噬調節膿毒癥中細胞焦亡的潛在機制。

4 小結與展望

自噬調節膿毒癥中的細胞焦亡是一個較新的研究領域，其調節作用機制尚不清楚。目前已證實自噬對焦亡具有雙向調節作用，機制較為復雜，涉及多種分子和物質介導的多條信號通路，這可能是未來膿毒癥治療的新線索。但如何平衡好膿毒癥不同時期自噬對焦亡的影響，達到最佳的治療效果，值得更進一步的研究與探索。