細胞焦亡在非酒精性脂肪性肝病中的作用

尹靜亞， 楊冰清， 李 越

首都醫科大學附屬北京地壇醫院 a.肝病中心， b.病理科， 北京 100015

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確肝損傷因素所致的，以肝臟脂肪變性為主要特征的臨床病理綜合征，包括非酒精性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、脂肪性肝纖維化、相關肝硬化和肝癌等。目前，NAFLD已經成為最常見的慢性肝病[1]。研究顯示，NAFLD在亞洲國家的總體患病率約為29.62%[2]，北京地區成人常住人口中NAFLD流行率約為31%[3]。細胞焦亡(pyroptosis)是指一種依賴于半胱天冬酶(caspase)和Gasdermin(GSDM)家族蛋白的可調控的細胞死亡，表現為細胞腫脹、質膜成孔和破裂，但核尚完好，同時伴隨大量炎癥因子的釋放[4]。正常情況下，細胞焦亡是機體的一種天然免疫反應，有利于清除體內的有害病原體，但越來越多的研究證實，細胞焦亡的過度激活會導致細胞、組織和器官損傷[5]。

目前人們最為接受的“多重打擊”學說尚不能對NAFLD的發病機制做出完整解釋，針對NAFLD的治療更多依靠于體質量減輕和飲食結構改善，缺乏更為有效的治療對策[6]。通過深入研究尋找更有潛力的干預治療靶點對于NAFLD的治療具有重大意義，細胞焦亡的研究可能成為一個新的、重要的突破口。為此，本文對細胞焦亡在NAFLD中的研究進展進行了綜述。

1 細胞焦亡的研究背景及機制

細胞焦亡最早于1992年由Sansonetti團隊報道；2001年Boise和Collins[7]將其命名為“Pyroptosis”；2015年，邵峰團隊和Dixit VM團隊分別在Nature雜志發表相關研究證實了GasderminD(GSDMD)是caspase-4/11的關鍵下游分子[8-9]。至此，細胞焦亡開始成為了熱點領域，其作用機理和病理生理學功能也被逐漸闡明。

細胞焦亡與細胞凋亡(apoptosis)、細胞自噬(autophagy)、壞死性凋亡(necroptosis)、鐵死亡(ferroptosis)以及中性粒細胞胞外誘捕網(neutrophil extracellular traps，NET)相關死亡NETosis等一樣都屬于細胞程序性死亡的范疇，它們之間相互區別(表1)[4,10-14]又彼此聯系：(1)細胞焦亡和凋亡都由caspase家族介導，且有共同的caspase-3/8參與[15]；(2)發生壞死性凋亡的細胞破裂后釋放出K+可通過NEK7驅動NLRP3炎癥小體組裝，促進細胞焦亡發生[16]；(3)壞死性凋亡或細胞凋亡的發生主要取決于caspase-8的作用，只有當caspase-8受到抑制時，在外來刺激(如TNFα)作用下才可誘發壞死性凋亡，反之則引起細胞凋亡[12]。在某些代謝性炎性疾病(如NAFLD)中，細胞焦亡和其他程序性死亡發揮著重要的促進作用，細胞死亡后釋放的一些細胞成分可引起強烈炎癥反應，促進炎癥細胞募集和肝星狀細胞(HSC)活化，進而加重疾病的進展[17]。

表1 程序性死亡之間的區別

目前報道的細胞焦亡發生機制(圖1)包含由微生物和宿主細胞損傷因素誘導的經典炎癥小體途徑[5,18-19]、由革蘭陰性細菌脂多糖誘導的非經典炎癥小體途徑[20]以及其他途徑[15,21-22]，其中對經典炎癥小體途徑和非經典炎癥小體途徑的研究相對較為清晰，并在NAFL、NASH和肝纖維化、HCC中均有體現，且以NASH的研究最為豐富。

注：Apaf-1，凋亡酶激活因子-1；AIM2，一種DNA感受器； ASC，凋亡相關斑點樣蛋白； DAMP，損傷相關分子模式； dsDNA，雙鏈DNA； GSDMD-N，GSDMD的N端結構域；GSDME-N，GSDME的N端結構域；LPS，細菌脂多糖； MPT，線粒體通透性轉換；MCP-1，單核細胞趨化蛋白-1； PAMP，病原相關分子模式； pro-caspase-1，前半胱天冬酶-1；TXNIP，硫氧還蛋白結合蛋白。虛線箭頭：表示尚未有證據顯示參與NAFLD的過程。

2 細胞焦亡在NAFLD中的作用

2.1 NAFL和NASH 在病理上，NAFL主要以肝細胞內脂肪過度沉積為特征，而NASH則表現為肝細胞內脂質沉積、氣球樣肝細胞、炎癥和纖維化。

脂肪生成和降解失衡導致的脂質積累是NAFLD發生發展過程中的重要生理病理機制,也是NAFL向NASH進展的關鍵因素。研究顯示，細胞焦亡可以負向調控脂質累積過程。Xu等[23]發現GSDMD敲除小鼠肝臟脂肪含量下降，脂肪分解基因Pparα、Aco、Lcad、Cyp4a10和Cyp4a14的表達水平明顯上調，脂肪合成基因Srebp1c表達下降。Zhu等[24]的研究也顯示，脂肪變性小鼠肝臟中caspase-11的mRNA和蛋白表達水平增加；caspase-11敲除可以減少肝組織脂肪變性和氣球樣變，而過表達則可以加重脂質堆積，提示caspase-11的水平和肝脂肪變性之間呈正相關；然而caspase-11具體通過何種機制來誘導脂肪變性尚需進一步闡釋。

炎癥作為NASH診斷的另一個標志性特征，與細胞焦亡也有著密切聯系。Xu等[23]還指出，NASH患者肝組織caspase-1/4/5、GSDMD、GSDMD-N、IL-1β以及IL-18等表達水平升高，且GSDMD-N與小葉炎癥呈正比，可作為NASH的潛在診斷標志物；此外，GSDMD敲除小鼠促炎因子IL-1β、TNFα、MCP-1表達水平、以及NF-κB活化和巨噬細胞浸潤程度均顯著下降，炎癥得到明顯改善，而GSDMD-N過表達時則與上述結果相反。Mitsuyoshi等[25]提示，NASH患者肝組織pro-caspase-1、IL-1β和IL-18的mRNA水平明顯升高，且NLRP3炎癥小體僅在NASH患者肝組織表達，而其組成蛋白pro-caspase-1在非NASH組表達低于NASH組，且NAFLD患者血清中pro-caspase-1 mRNA水平顯著高于對照組。在高脂飲食或蛋氨酸和膽堿缺乏飲食誘導NASH模型中，炎癥小體NLRP3和AIM2等以及它們相關的組成蛋白水平均上調，炎癥小體的激活顯著促進了細胞焦亡的發生和炎癥的進展[26]。但也有研究[27]指出，AIM2與脂質堆積和細胞炎癥呈負相關，AIM2敲除后小鼠肥胖癥狀和炎癥反應加劇，考慮這一現象可能與AIM2不依賴于AIM2炎癥小體的形成而獨立發揮作用有關，具體機制還有待進一步研究。

一直以來，阻斷NASH進展都是NAFLD治療的核心目標。研究證實，通過藥物抑制細胞焦亡可以顯著延緩NASH進展，其中以NLRP3炎癥小體的相關報道居多。長效GLP-1類似物利拉魯肽通過保護功能性線粒體、降低ROS產生和增強線粒體自噬抑制NLRP3炎癥小體誘導的肝細胞焦亡[28]。TXNIP可在ROS誘導下從TRX中解離并與NLRP3結合將其激活，小檗堿的體外研究發現它正是通過ROS/TXNIP軸抑制了NLRP3炎癥小體激活和細胞焦亡[29]。三萜類化合物樟芝酸A可抑制NLRP3炎癥小體的激活和組裝，顯著降低Kupffer細胞中NLRP3、caspase-1和GSDMD-N表達，減少細胞焦亡和炎癥因子釋放，抑制小鼠肝組織炎癥反應、減少脂質沉積[30]。此外，MCC-950、CY-09以及某些中藥環烯醚萜類化合物等皆可作為NLRP3的抑制劑阻止細胞焦亡發生[31]。上述藥物已在動物或體外實驗中獲得明顯效果，具有治療NASH的潛在價值，未來對它們的進一步研究有望為NASH的治療提供新的策略。

2.2 肝纖維化 肝纖維化是細胞外基質過度沉積的結果，HSC在這一過程中發揮著關鍵作用。受到外來刺激時，HSC出現增殖活化，產生的大量細胞外基質沉積在肝組織中，最終導致肝纖維化甚至肝硬化，其發生機制基本相同。

細胞焦亡及其產物可促進HSC的活化，并對HSC活化標志分子α-SMA和活化產物膠原蛋白表達產生影響[32]。與野生小鼠相比，GSDMD敲除小鼠α-SMA、TGFβ1以及膠原水平和纖維含量明顯減少[23]。細胞焦亡發生后，破損細胞釋放的IL-1β、IL-18和TGFα等炎癥因子以及其他DAMP與HSC上受體結合可導致HSC活化，誘導纖維化標志物上調，促進肝纖維化發生[33]。在離體實驗中，NLRP3炎癥小體以獨立于炎癥和損傷的方式誘導HSC激活，上調肝纖維化標志物水平，誘導其向肌成纖維細胞轉化[34]。2021年Gaul等[35]證實，HSC可內化細胞破裂后釋放的NLRP3炎癥小體寡聚體，而后HSC活化并向肌成纖維細胞樣細胞分化，同時IL-1β分泌和α-SMA表達增加，最終導致纖維化形成和早期纖維化改變。

2.3 肝細胞癌(HCC) 細胞焦亡與多種腫瘤的發生發展存在著密切、復雜的聯系。研究顯示，細胞焦亡可促進乳腺癌[36]和胃癌[37]的增殖和轉移，這可能與細胞焦亡發生后釋放大量炎癥介質形成的炎性微環境有關[38]，但也有研究[39-40]指出細胞焦亡的激活抑制了這兩種腫瘤的進展。

HCC是各種慢性肝病發展的后期階段，NAFLD的任何階段均可直接進展到HCC，相比于其他病因所致的HCC而言，NASH相關HCC的存活率更低[41]。從表型結果來看，細胞焦亡似乎是HCC發生發展中的有利因素：Chen等[42]通過比較HCC和正常組織的caspase-1、IL-1β和IL-18發現，HCC組織中的含量明顯低于周圍正常組織。Wei等[43]也發現NLRP3炎癥小體及其組成成分在HCC組織中的表達低于癌旁組織，并隨HCC患者病理分級和臨床分期的增加而減少；此外，他們還發現雌二醇的抗癌作用部分依賴于激活NLRP3炎癥小體介導的細胞焦亡[44]。從藥物干預來看，細胞焦亡的激活或許也是HCC治療的一個新策略。對高山杉木異黃酮(alpinumisoflavone，AIF)處理的肝癌細胞研究后發現，細胞NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18的表達量隨AIF濃度升高而增加，抑制NLRP3后AIF的抗癌效果減弱，提示AIF通過誘導NLRP3炎癥小體介導的細胞焦亡可抑制肝癌細胞的生長和轉移[45]。但是，考慮到HCC的病因、發生發展機制、治療反應等諸多異質性因素，細胞焦亡與HCC的關系仍有進一步深入研究的空間。

3 小結與展望

隨著NAFLD患病人群逐漸增多，高效的治療措施愈加關鍵。細胞焦亡作為一種新型的程序性死亡方式，其在NAFLD各階段尤其是NASH相關肝纖維化、HCC中的認識還不全面，希望未來通過深入、系統地研究能夠為NAFLD的預防和治療開辟新途徑。此外，對GSDME、capase-11等細胞焦亡執行分子，以及AIM2等既往關注較少的炎性小體的功能作用的闡釋，也會成為今后有價值的研究方向。

利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明:尹靜亞負責論文參考文獻查閱及撰文；楊冰清參與論文修改；李越負責綜述構架制訂，論文審校及最后定稿。