焦孔素D 介導的細胞焦亡機制及其在子宮內膜癌中的研究進展

張倩倩，陳凡，朱姣姣，丁瑤瑤，沖喜會，劉會玲,3#

1甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院，蘭州 730000

2隴南市第一人民醫院婦產科，甘肅 隴南 742500

3甘肅省人民醫院婦科，蘭州 730000

全球癌癥數據庫對全球185個國家36種腫瘤的發病率和病死率進行評估，報告顯示，2018年子宮內膜癌（endometrial arcinoma，EC）新發病例382 069例，病死89 929 例[1]。EC 作為最常見的婦科惡性腫瘤，大多早期診斷患者具有良好的預后[2]，但Ⅲ期和Ⅳ期患者[3]，特別是遠處轉移或復發的EC 患者，其生存率仍然很低。目前，有關EC 的發病機制尚不明確。因此，尋找EC 患者預后相關生物標志物至關重要。

細胞焦亡是一種由焦孔素（gasdermin，GSDM）介導的炎癥性程序性細胞死亡形式，伴隨質膜穿孔、細胞外液內流、細胞腫脹、核濃縮及促炎性細胞內容物釋放[4-5]。細胞焦亡的調控機制主要分為典型的細胞焦亡途徑和非典型的細胞焦亡途徑。典型的細胞焦亡途徑通過病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）或損傷相關分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）識別并觸發半胱氨酸蛋白酶（caspase）1活化，非典型的細胞焦亡途徑主要通過脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）識別并活化caspase 4/5/11，進而誘發細胞焦亡[6]。GSDM 是近期發現的一種具有成孔效應的蛋白家族[7]，且是介導細胞焦亡發生的關鍵底物分子。GSDM 家族成員包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME、GSDMF，不同的GSDM在不同的組織臟器中表達，發揮著重要的生物學功能。GSDM 家族成員之間具有45%的序列同源性，大多數家族成員的N 端結構域和C 端結構域高度相似、保守[8]，且除了GSDMF，其余分子被激活后均產生具有穿孔活性的N 末端進而誘發細胞焦亡的發生。GSDMD 作為最早發現的GSDM 家族成員，被caspase 1/4/5/11 切割后產生具有活性的GSDMD-N 末端，參與腫瘤的發生發展。與正常子宮內膜相比，GSDMD 在EC 中高表達，且通過免疫組化發現GSDMD 在人及異種移植小鼠EC 細胞系中均高表達[9]。研究表明，GSDMD的高表達可能參與EC 的發生、發展并與患者的預后有關，但作用機制尚不明確。本文就GSDMD 介導的細胞焦亡機制及其在EC 中的作用進行綜述，以期為未來的研究奠定基礎。

1 細胞焦亡的概述

細胞死亡在維持生物體體內穩態中發揮重要作用。目前，已發現的細胞死亡形式主要包括細胞壞死、凋亡和焦亡[10]。細胞焦亡是一種溶解性的細胞死亡形式，也被稱為GSDM 介導的程序性細胞死亡。細胞焦亡具有壞死和凋亡的兩種特征，凋亡過程中可形成凋亡小體，而焦亡中可形成焦亡小體[11]。與細胞凋亡不引起大量的炎癥反應和保持了細胞膜的完整性相比，細胞焦亡的早期可出現凋亡樣染色質濃縮和DNA 片段化，隨后出現壞死性的細胞膜孔形成、細胞內容物外滲和促炎因子釋放。細胞凋亡是維持機體內壞境穩態的主要方法，是細胞自主的、程序的、非炎癥性的細胞死亡形式。而細胞焦亡是一種新的細胞死亡方式，在免疫調控、抵抗感染和腫瘤抑制方面發揮重要作用。1992 年，細胞焦亡在福氏志賀菌感染巨噬細胞后引起的細胞裂解反應中被發現，由于對程序性細胞死亡形式認識的局限性，誤將其歸為細胞凋亡的范疇[12]。而在2001 年，焦亡的概念首次被提出，并定義為沙門氏菌感染巨噬細胞的caspase 1 依賴性非程序性細胞死亡形式[13]。在焦亡的過程中，活化的caspase 1/4/5/11 切割GSDMD 形成N 末端結構域，促使細胞膜孔形成、細胞膜破裂釋放內容物及炎性因子[14]。

2 GSDMD 介導的細胞焦亡機制

2.1 GSDMD 的特性

GSDMD 又稱為 GSDMDC1、DFNA5L 或FKSG10，最初在人類基因組數據庫中以查找GSDMA同源物的方式被發現[15]。GSDMD基因位于人類染色體8q24.3 上，而在小鼠染色體上位于15D3-E1 位點[16]。GSDMD-N 端和GSDMD-C 端通過肽接頭連接形成GSDMD 蛋白[14]。caspase 1/4/5/11 被炎癥體或LPS 激活后，切割GSDMD 產生對特定脂質如心磷脂、磷脂酸、雙磷酸肌醇等成分具有高親和力的細胞毒性GSDMD-N 端結構域。在質膜的內小葉上，GSDMD-N 端寡聚化使細胞質表面形成跨膜孔[17]并釋放細胞內容物和炎性因子，如白細胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-18[18]。相反，GSDMD-N 端與質膜外小葉沒有親和力，可避免細胞焦亡對周圍正常細胞的損傷[17]。這說明GSDMD-N 端的特性可能為惡性腫瘤的靶向治療提供新的方向。

2.2 GSDMD 參與細胞焦亡的典型通路

細胞焦亡的典型通路由caspase 1 介導，為應對各種內源性和外源性感染，細胞質模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）可識別一系列PAMP 或DAMP，激活各種炎癥體[19]，主要包括黑色素瘤2（absent in melanoma 2，AIM2）和核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（nucleotide binding oligomerization domain like receptor，NLR）家族。炎癥體是細胞內的一種多蛋白復合物，在體內免疫途徑中發揮重要作用，且是細胞焦亡典型通路中caspase 1切割GSDMD的重要組成部分[20]。典型炎癥體復合物由PRR、銜接蛋白細胞凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein，ASC）和效應蛋白caspase 1 組成[21]。ASC 作為銜接蛋白，含有嘧啶結構域（pyrin domain，PYD）和半胱天冬酶募集結構域（caspase activation and recruitment domain，CARD），攜帶CARD 的PRR 可直接募集半胱天冬酶原-1 以組裝caspase 1 依賴性的炎癥小體，然后通過自切割激活caspase 1 使之轉變為成熟的、具有活性的caspase 1[22]。一方面，活化后的caspase 1 切割GSDMD，產生31 kD 的C 端阻遏結構域和22 kD的N 端成孔結構域，GSDMD-N 端可使細胞膜形成大量非選擇性的孔，導致細胞腫脹、質膜破裂及細胞內容物釋放，進而誘發細胞焦亡[23]。另一方面，活化后的caspase 1 可將IL-1β和IL-18 前體切割為成熟的IL-1β和IL-18，其可通過由GSDMD-N 端形成的細胞膜孔被釋放出來，導致細胞焦亡，并誘發炎癥反應[24-25]。GSDMD-C端可阻遏GSDMD-N端的毒性作用，進而抑制上述變化。

2.3 GSDMD 參與細胞焦亡的非典型通路

細胞焦亡的非典型通路中，人源性caspase 4/5和鼠源性caspase 11 可與細胞內LPS 結合而被激活，活化后的caspase 裂解GSDMD 產生具有細胞毒性的GSDMD-N 端，其轉移到細胞膜促使質膜孔的形成，最終誘發焦亡[24]。與細胞焦亡的典型通路相比，caspase 4/5/11 只能通過含pyrin 結構域NOD 樣受體家族3（NOD-like receptors family 3,pyrin domain containing，NLRP3）/caspase 1 途徑介導IL-1β和IL-18 前體的成熟與釋放，而不能直接進行切割[26]。且在非典型通路中，GSDMD-N 形成的質膜孔可以引起鉀離子釋放以促進NLRP3和caspase 1 的活化，最終導致IL-1β和IL-18 的成熟和釋放[27]。因此，在非典型通路中，IL-1β和IL-18前體的成熟與釋放是通過依賴典型通路中活化的caspase 1 間接發生的。

3 GSDMD 與EC

3.1 GSDMD 與EC 標志物

EC 的腫瘤標志物主要包括糖類抗原（carbohydrate antigen，CA）125 和CA19-9。子宮內膜漿液性癌主要以分泌CA125 為主，而子宮內膜樣癌或黏液性癌會分泌CA125 和CA19-9，因此就表現為CA125 或CA19-9 升高。但這兩種標志物的特異性較差，如卵巢癌有可能會表現為CA125 升高，直腸癌也有可能表現為CA19-9 升高。CA125/CA19-9更多用于EC 患者手術后或者放化療后的療效觀察，可根據腫瘤標志物血清學水平的降低和升高判斷疾病的緩解和復發情況，而不能作為腫瘤患者預后甚至診療的標志物。而已有的研究結果顯示，GSDMD 在EC 組織中高表達，當GSDMD 低表達時患者具有較長的生存期[28]。在EC 異種移植小鼠模型中，氫處理后GSDMD 蛋白過表達可使異種移植瘤變小，闡明了其在治療方面的作用[9]。但目前的研究甚少，還需進一步探索。

3.2 GSDMD 在EC 中的表達及意義

細胞焦亡在惡性腫瘤發生發展的過程中扮演雙重角色。一方面可激活甚至釋放炎性因子促進腫瘤的發展，并增加腫瘤細胞的化療耐藥性；另一方面可作為一種程序性細胞死亡方式誘發腫瘤細胞死亡，并發揮腫瘤抑制作用。而GSDMD 作為GSDM 家族研究最多的成員之一，近期被確定為細胞焦亡的關鍵執行者。Zhang和Yang[28]通過癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數據庫發現了4 個與細胞焦亡相關的預后基因，包括中性粒細胞彈性蛋白酶（elastase,neutrophil expressed，ELANE）、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）、含有銜接蛋白的TIR結構域（TIR domain containing adaptor protein，TIRAP）和GSDMD，且GPX4和GSDMD在子宮內膜癌中高表達，而ELANE和TIRAP低表達。當GPX4和GSDMD低表達時，EC 患者具有較好的預后。Kambara 等[29]研究表明，ELANE 以caspase 非依賴的方式在其切割位點的上游介導GSDMD 的切割與活化。Kang 等[30]的研究發現，GPX4 可通過調節脂質過氧化依賴性caspase 11 的活化，進而激活GSDMD 以促進細胞焦亡的發生。同樣，Gurung 等[31]發現，TIRAP 可調節caspase 11 的表達，caspase 11 是一種與caspase 1 相關的蛋白酶，且在NLRP3炎癥體的激活中發揮重要作用，caspase 1和caspase 11活化后介導的GSDMD 裂解是誘發細胞焦亡的關鍵。Yang 等[9]的研究結果顯示，GSDMD、caspase 1、NLRP3 及IL-1β等細胞焦亡相關分子在EC 組織中高表達，且GSDMD、caspase 1、NLRP3 的表達情況與腫瘤患者的預后密切相關。這闡明GSDMD誘發的細胞焦亡參與EC 的進展過程，而EC 中GSDMD 介導的焦亡通路尚未明確，有待進一步研究。

3.3 GSDMD 在EC 治療中的作用

有研究結果顯示，在HEC1A、AN3CA 等EC 細胞系中，氫處理可提高細胞內活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，促使NLRP3 炎癥小體形成，激活caspase 1，剪切GSDMD 蛋白，進而誘導EC 細胞焦亡的發生；敲除GSDMD后，氫參與的細胞焦亡通路被抑制，證實GSDMD 在ROS 誘導的細胞焦亡通路中發揮關鍵作用。在EC 異種移植小鼠模型的研究中，氫處理后，caspase 1、GSDMD 等細胞焦亡相關蛋白過表達，而移植物的體積和重量則減輕，這說明氫在GSDMD 等蛋白分子的作用下誘導的細胞焦亡具有腫瘤抑制作用[9]。因此，GSDMD 可能有望成為EC 潛在的預后生物標志物并指導臨床診斷，也為EC的治療提供了新的方法。

4 小結

EC 作為婦科常見惡性腫瘤，晚期患者特別是轉移患者，生存率很低，其治療手段主要包括手術、放療和化療，但對于轉移或復發EC 患者的療效仍不明確。CA125 是EC 的主要腫瘤標志物，可用于評估患者的預后情況，但不能作為診斷依據。因此，需要進一步研究以支持EC的診斷與治療。

細胞焦亡是一種促炎的細胞程序性死亡方式，在腫瘤的發生和轉歸中發揮關鍵作用。GSDMD作為細胞焦亡的關鍵底物蛋白，通過活化的caspase 1/4/5/11 切割后產生具有細胞毒性的GSDMD-N 末端導致質膜穿孔、細胞內容物及炎性因子的釋放，進而誘發腫瘤細胞焦亡，且其高表達與多種腫瘤的預后相關。盡管當前研究表明GSDMD 的高表達與EC 的發生、發展及患者的預后相關，但缺乏更多臨床研究及動物模型以驗證GSDMD 高表達與EC 進展及預后的關系。

因此，本文就GSDMD 介導的細胞焦亡機制及其與EC 發生、發展、患者預后的關系進行綜述，為后期進一步探索GSDMD 在腫瘤中的作用機制奠定基礎，以期為未來EC 的診治提供新思路。