細胞焦亡在膀胱癌中的作用研究進展

鄭滿堂 崔振宇 田開賽 楊文增

膀胱癌是泌尿系常見的惡性腫瘤，易發生轉移和復發。近年來，我國膀胱癌發病率和病死率呈上升趨勢。膀胱癌的組織病理學類型以尿路上皮癌多見，主要包括非肌層浸潤性膀胱癌（non muscleinvasive bladder cancer，NMIBC）和肌層浸潤性膀胱癌（muscle-invasive bladder cancer，MIBC），其中NMIBC約占75%，MIBC 約占25%[1]。MIBC 侵及腫瘤肌層，更易發生轉移，因此患者預后更差，生存率更低[2]。由于目前尚缺乏便捷有效的早期診斷手段，約1/4的患者在確診時已發展為MIBC。新輔助化療后行根治性膀胱切除術是MIBC 的標準治療方式，主要通過術前一系列化療縮小腫瘤體積，降低腫瘤分期，從而提高膀胱癌根治率，改善患者的預后。然而，患者對化療藥物耐受能力較差等問題，使得新輔助化療的應用存在很大的局限性。近年來研究發現，細胞焦亡與腫瘤免疫微環境（tumor microenvironment，TME）和免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）關系密切。細胞焦亡相關研究對膀胱癌的治療（尤其是免疫治療方面）具有重要的臨床指導意義。本文就細胞焦亡在膀胱癌中的作用研究進展作一綜述。

1 細胞焦亡

細胞焦亡又稱為細胞炎性壞死，是一種由各種刺激引發的機體自身防御機制，屬于細胞程序性死亡中的一種[3]。細胞焦亡依賴于胱天蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）-1、caspase-4、caspase-5、caspase-11，主要表現為細胞脂質雙分子層膜上形成孔腔，細胞不斷地膨脹直至細胞破裂，胞內炎性物質釋放并誘發局部炎癥反應。

經典的細胞焦亡途徑依賴于caspase-1。caspase-1 由多蛋白復合物炎癥小體介導活化后，可以介導細胞焦亡[4]。炎癥小體可以感知危險，招募并活化caspase-1。而具有催化活性的caspase-1 可以誘導IL-1β、IL-18 的成熟，同時活化的caspase-1 特異性切割GSDMD 的N 端結構域并使其寡聚化，而釋放的N 端結構域可以引起細胞膜裂解，使細胞內容物和IL-1β、IL-18 釋放到胞外，從而引發炎癥反應，誘導細胞焦亡[5-6]。

非經典的細胞焦亡途徑主要依靠細菌脂多糖等物質激活細胞內caspase-4、caspase-5、caspase-11，從而引起細胞焦亡[7]。此外，Wang 等[8]發現caspase-3 切割GSDME 也可以引起細胞焦亡。

2 細胞焦亡與腫瘤的關系

細胞焦亡是一種主要由炎癥小體觸發并激活的程序性細胞壞死過程，與腫瘤之間關系密切。Tan 等[9]研究發現，抑癌基因DRD2 能調節乳腺癌微環境，促進巨噬細胞M1 極化，從而觸發GSDME 依賴性的細胞焦亡。Yuan 等[10]研究發現，天然生物活性產物葫蘆素B可以觸發典型的細胞焦亡途徑，并通過靶向Toll 樣受體4 來抑制非小細胞肺癌的生長。宮頸癌相關研究發現，人乳頭瘤病毒感染的宮頸癌細胞中焦亡信號傳導受到抑制，與宮頸癌患者的不良臨床結局有關[11]。在肺癌中，焦亡基因GSDMD 可以通過調節內在線粒體凋亡通路和表皮生長因子受體/蛋白激酶B 信號通路來抑制腫瘤增殖[12]。可見，細胞焦亡與不同來源的腫瘤有著密切的聯系。

3 細胞焦亡對TME 的影響

研究表明，TME 在免疫治療反應中起著關鍵作用，與腫瘤浸潤淋巴細胞（tumor infiltration lymphocyte，TIL）數量密切相關[13-14]。T 細胞表面分布著大量激活性分子和抑制性分子，這些分子可以參與免疫調節，其中抑制性分子又被稱為免疫檢查點。通常，免疫檢查點可以減少免疫系統對正常組織的傷害，然而這一特點也會被腫瘤細胞利用，從而減少免疫系統對腫瘤細胞的攻擊。ICI 消滅腫瘤的原理就是抑制免疫檢查點恢復免疫系統對腫瘤細胞的攻擊。TIL 含量低的腫瘤被稱為“冷腫瘤”，對ICI 沒有顯著反應；相反的，對ICI 反應靈敏、TIL 含量高的腫瘤被稱為“熱腫瘤”[15-16]。有研究發現，細胞焦亡與TME 有關，細胞焦亡可以激活腫瘤相關的炎癥因子釋放以及淋巴細胞浸潤。細胞毒性T 淋巴細胞也依賴于細胞焦亡來殺死腫瘤細胞。Zhang 等[17]研究發現，細胞毒性T 細胞釋放的絲氨酸蛋白酶顆粒酶B 可以裂解GSDME，誘導靶細胞焦亡。當腫瘤中的GSDME 被激活時，它可能將免疫系統無法識別的“冷腫瘤”變成免疫系統可以控制的“熱腫瘤”。Wang 等[18]研究證實，硼氨酸介導的生物正交切割系統可以選擇性地釋放腫瘤內Gasdermin 蛋白，進而觸發細胞焦亡，提高機體高效的抗腫瘤免疫系統反應，同時發現Gasdermin 蛋白引起的腫瘤細胞焦亡可以有效調節TME。綜上所述，細胞焦亡可以通過干預TME 從而影響免疫系統的抗腫瘤作用，這為腫瘤的免疫治療帶來了新的研究方向。

4 細胞焦亡用于膀胱癌預后評估及治療方案選擇的研究

4.1 基于細胞焦亡相關基因對膀胱癌預后的評估Fu 等[19]比較了414 個膀胱癌組織和19 個正常組織之間33 個細胞焦亡相關基因表達水平，結果發現13 個細胞焦亡相關基因被記錄為差異表達基因，其中膀胱癌組織中9 個基因（AIM2、CASP3、CASP5、CASP6、CASP8、GSDMB、GSDMD、NLRP7 和PYCARD）表達上調，4 個基因（ELANE、IL6、NLRP1 和NLRP3）表達下調；進一步采用單變量Cox 比例風險回歸模型分析顯示，4 個基因（AIM2、CASP8、GSDMB 和GSDMD）與生存有關，并以此4 個基因為基礎構建風險預測模型，根據中位風險評分將患者分為低風險組和高風險組，結果顯示風險預測模型與總生存期顯著相關，且高風險組患者死亡率更高，總生存期更短。

4.2 基于細胞焦亡相關非編碼RNA 對膀胱癌預后的評估 非編碼RNA 包括微小RNA（microRNA，miRNA）、長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）和環狀RNA，均在細胞生長中發揮重要作用[20]。其中lncRNA 是長度超過200 個核苷酸的非編碼RNA，不僅在表觀遺傳、轉錄和轉錄后水平調節基因表達，而且在染色質修飾、轉錄激活和干擾等生物活動中發揮作用[21-22]。大量證據表明，細胞焦亡相關的lncRNA 可能參與腫瘤細胞增殖和遷移，而異常的lncRNA 表達與腫瘤的發展、診斷和預后相關。

Lu 等[23]比較了膀胱癌組織和正常組織之間37 個公認的細胞焦亡相關基因的mRNA 相對表達量，結果發現多數基因表達存在差異，提示細胞焦亡與膀胱癌關系密切；進一步構建12-lncRNA 風險預測模型，并通過TNM 分期、臨床病理特征、腫瘤微環境等臨床資料對這個模型進行評估和驗證。Lu 等[24]從癌癥基因組圖譜數據庫中選取膀胱癌患者的RNA 測序轉錄組數據，通過多變量Cox 比例風險模型分析鑒定出4個與細胞焦亡相關的lncRNA，即AL121652.1、AL161729.4、AC007128.1和AC124312.3；隨后構建風險預測模型，根據中位風險評分將患者分為低風險組和高風險組，發現低風險組總生存期優于高風險組。該研究表明，基于細胞焦亡相關的4個lncRNA的風險預測模型可以獨立預測膀胱癌患者的生存預后。Lia 等[25]確定了8 個與細胞焦亡相關的lncRNA，并探討這8個lncRNA表達與臨床病理因素之間的關系，結果發現2 個lncRNA（MIR100HG、AC010731.2）是患者預后不良的危險因素，6 個lncRNA（AL450384.2、IPO5P1、AC034229.4、TNFRSF14-AS1、PSMB8-AS1、LINC02446）是患者預后的保護因素；同時發現AL450384.2、IPO5P1、LINC02446、TNFRSF14-AS1 與T 分 期 顯 著 相 關，AL450384.2、MIR100HG、IPO5P1、TNFRSF14-AS1 與N 分期顯著相關，PSMB8-AS1 與M 分期顯著相關，IPO5P1 與性別顯著相關。以上述8 種lncRNA 為基礎構建風險預測模型，根據中位風險評分將患者分為高風險組和低風險組，結果發現低風險組總生存期較高風險組長。筆者發現以細胞焦亡相關lncRNA 為基礎構建的風險預測模型可以作為預測膀胱癌患者預后的可靠依據，而且不同的lncRNA 與不同臨床病理因素具有一定的相關性，可以考慮從基因水平上對膀胱癌患者的預后進行精確預測。

4.3 細胞焦亡在MIBC 中的應用 雖然MIBC 在所有膀胱癌中的占比較低，但是MIBC 侵及腫瘤肌層，更易發生轉移，患者的預后往往更差。化療是MIBC 的首選治療方式，盡管與單純手術相比，圍術期含鉑化療藥物的使用能提高膀胱癌患者的總體生存率，但對于MIBC 的治療并沒有取得重要突破。對鉑類難治性MIBC 患者的ICI 研究開啟了晚期膀胱癌治療的新篇章。然而，目前免疫治療仍存在治療費用高、治療時間長等問題。有學者發現ICI 僅對12%左右的患者治療效果較好，因此提前預測ICI 治療效果有助于節約治療成本[26]。目前許多生物標志物，包括基于基因表達、DNA 甲基化和拷貝數變異的特征，已被證實在MIBC 中具有一定的預后意義，但是它們對免疫治療療效并無明確的指示作用[27-29]。因此，尋找用于MIBC風險分層和臨床治療指導（尤其在免疫治療方面）的潛在標志物具有重要臨床意義。

Zhang 等[30]研究發現，MIBC 的細胞焦亡特征與免疫調節劑的表達、癌癥免疫周期的活性和腫瘤浸潤免疫細胞浸潤程度等有關，并建立了一種與細胞焦亡表型相關的免疫學特征、基因組改變和臨床特征的細胞焦亡相關基因評分（pyroptosis related gene score，PRGScore），旨在量化MIBC 細胞焦亡狀態，結果顯示PRGScore 越高，CD8+T 細胞效應功能、抗原加工處理能力越強，ICI 治療效果越好。這表明PRG-Score 是識別對ICI 敏感人群的重要指標，有助于MIBC 治療方案的選擇，降低治療時間和費用成本。

5 小結

ICI 研究為膀胱癌的免疫治療帶來了重大突破，但也存在治療費用高、治療時間長等問題。而細胞焦亡與膀胱癌患者免疫治療效果以及生存預后關系密切。基于細胞焦亡相關基因構建的風險預測模型可以獨立預測患者的預后。細胞焦亡與機體免疫系統也有著密切聯系，可以激活腫瘤相關炎癥因子釋放以及淋巴細胞浸潤，并改變機體對腫瘤的免疫應答效果。Zhang 等[30]建立的基于與細胞焦亡表型相關的免疫學特征、基因組改變和臨床特征的PRG-Score，可作為判斷患者是否適合應用ICI 治療的重要依據。不同細胞焦亡相關基因與不同臨床病理特征相關，因此進一步分析并確認與細胞焦亡相關基因有關的臨床病理特征，有助于實現膀胱癌在基因水平的精準治療。