细胞焦亡与肿瘤的发生发展及抗肿瘤免疫（全文）.docx

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1、2022细胞焦亡与肿瘤的发生发展及抗肿瘤免疫（全文）一刖言细胞程序性死亡是指当细胞受到某种外部或内部刺激或接收到某种信号后，通过细胞内部精细调控机制而启动的自发且有序的细胞死亡方式。细胞程序性死亡在机体发育过程中普遍存在，并且对维持内环境的稳定起到一定作用囚。细胞焦亡是一种促炎性的细胞程序性死亡，其在机体清除感染的细胞以及抵抗外源性病原体中发挥作用，参与多种疾病的发生发展,如代谢性疾病、免疫相关性疾病和肿瘤等。细胞焦亡的形态学特征表现为细胞肿胀和破裂，并伴随大量炎症因子的释放。细胞焦亡引发的过度炎症反应会增加肿瘤发生的风险4,调控焦亡途径可能成为一种新的肿瘤免疫疗法。一.细胞焦亡概述1997年

2、,Hilbi等发现痢疾志贺氏菌能够激活宿主细胞中的caspase-1,敲除CaSPaSe-1可以阻断沙门氏菌引起的细胞死亡。随后这种促炎性细胞死亡过程被命名为细胞焦亡，即机体为更有效地清除病原体或感染细胞，形成一种具有明显促炎反应的细胞死亡方式，用于募集更多效应细胞，为机体提供更有效的应答反应。这是首次将细胞焦亡途径与其他细胞死亡途径区分的关键依据。削皮素(gasdermin,GSDM)家族成员包括GSDMA、GSDMB、GSDMCGSDMD和GSDME,被活化后会破坏细胞膜，其N端结构域是最保守的区域。研究表明，GSDMD是caspase-1/4/5/11的作用靶点，活化的caspase-3

3、可裂解GSDME并诱发细胞焦亡，caspase-8可裂解GSDMD并诱发细胞焦亡叫随后，细胞死亡命名委员会更新了细胞焦亡的定义,即细胞焦亡是一种依赖于GSDM家族蛋白形成细胞膜孔的可调控的细胞死亡方式，经常但并不必须依赖炎症性caspase家族的活化才能完成1叫GSDM家族成员大多数在胃肠道和皮肤系统中高表达川，而GSDMA在肿瘤生长因子作用的胃癌中常被沉默表达口2。GSDMB和GSDMC在肿瘤进展中具有潜在作用四到，二者也具有诱导细胞焦亡发生的活性N端结构域，但通常被自身的C端所抑制口5】。某些GSDM家族成员穿过细胞膜后也会执行非细胞焦亡功能。细胞焦亡在不同阶段伴随类似凋亡和坏死的形态学特

4、征。在焦亡早期阶段，细胞核内发生染色体浓缩以及DNA的随机断裂，随后出现类似于坏死的形态学特征，即细胞膜出现孔洞，细胞肿胀、变形，最终细胞膜破裂，细胞内容物及炎症介质如白细胞介素(interleukin,IL)-邛和IL-18被释放到细胞外Ml。后续引起的炎症因子也成为细胞焦亡的特异性表征,并影响肿瘤的发生发展过程。二.细胞焦亡的分子作用机制细胞焦亡的激活途径分为3个阶段，包括启动阶段、激活阶段和效应阶段，该过程类似于补体免疫系统杀伤靶细胞的过程。启动阶段是指GSDM家族上游蛋白的活化，当宿主受到细菌、病毒或毒素等刺激后，细胞内的多种炎症小体，包括NOD样受体热休克蛋白结构域l(N0D-lik

5、ereceptorpyrindomain-containingl,NLRPl)xNOD样受体热休克蛋白结构域3(N0D-likereceptorpyrindomain-containingprotein3,NLRP3)、NOD样受体家族蛋白CARD结构域4(NLRfamilyCARDdomain-containingprotein4zNLRC4)和黑素瘤缺乏因子2(absentinmelanoma2zAlM2)等,在细胞内组装、募集,并活化caspase-l45llo激活阶段指GSDM家族成员的裂解，使其N端被暴露，其N端可溶解含磷脂或心磷脂的脂质体，从而使细胞膜形成孔洞口刀。效应阶段是指细胞

6、膜的破裂及被活化后的炎症因子，如IL邛和IL-18的释放，具有活性的IL-IB和IL-18可招募炎性细胞聚集,从而形成一系列的炎症级联放大反应口6。过度的炎症反应是诱发肿瘤发生的原因之一。三、细胞焦亡与肿瘤1.细胞焦亡对肿瘤的双重作用：一方面，细胞焦亡可以抑制肿瘤生长；另一方面，过度激活的细胞焦亡形成的一系列炎症级联放大反应，使正常组织或细胞长期处于炎症环境中，从而增加了肿瘤的发生风险。因此，细胞焦亡在肿瘤的发生发展中常表现出促进和抑制肿瘤细胞生长的双重作用18,坳。GSDMD在不同类型肿瘤中表现出不同的作用。研究显示，下调GSDMD表达可促进胃癌细胞在体内和体外的增殖及裸鼠移植瘤的生长，提示

7、GSDMD可能与胃癌的发生发展有关25。而在非小细胞肺癌中，GSDMD表达量与肿瘤大小、TNM分期呈正相关,与生存率呈负相关，GSDMD表现为促癌作用PGSDME在乳腺癌中呈低表达，GSDME表达水平降低与乳腺癌患者生存期缩短相关，提示GSDME可能发挥肿瘤抑制作用22】。缺铁患者补充一定剂量的铁剂后可诱导活性氧药物通过GSDME介导的细胞焦亡发挥抗肿瘤作用，从而抑制黑色素瘤的生长和转移23】。细胞焦亡释放的炎症因子及后续的炎症反应会影响炎症因子的信号转导通路以及肿瘤所处的免疫微环境，从而反馈性调节肿瘤的发生发展。2细胞焦亡在肿瘤化疗中的作用：针对细胞死亡机制开发抗肿瘤药物并应用于临床是一个漫

8、长的过程。caspase家族可以裂解GSDM家族成员诱导细胞焦亡，而不同情况下也能诱导细胞凋亡。换而言之，caspase介导的细胞凋亡可能受到细胞内GSDM家族的调控，基于细胞凋亡的抗肿瘤药物是否也通过诱导细胞焦亡而提高药物有效性值得深入探究。由于GSDMD处于细胞焦亡过程的中枢环节，利用药物或小分子诱发GSDMD介导细胞焦亡可能会干预肿瘤的发生发展。研究表明，2型糖尿病常用治疗药物二甲双服可在食管鳞状细胞癌中诱导GSDMD介导的细胞焦亡Ml。在口腔鳞状细胞癌中,花青素也可通过靶向caspase-1/GSDMD通路增加NLRP3和caspase-1的表达，激活GSDMD介导的细胞焦亡，从而抑制

9、肿瘤细胞的生长、迁移以及侵袭31。含DEP结构域雷帕霉素靶蛋白结合蛋白(DEP-domaincontainingmTOR-interactingprotein,DEPTOR)是雷帕霉素靶蛋白(mammalian/mechanistictargetofrapamycinzmTOR)的内源性抑制蛋白，可通过增加caspase-1介导的细胞焦亡提高食管鳞癌细胞对顺柏的敏感性【26。这些研究提示,通过GSDMD介导的细胞焦亡可抑制肿瘤的生长。临床常用的部分化疗药物可诱导细胞焦亡引发肿瘤细胞死亡。在肺癌中，紫杉醇、顺柏、阿霉素、放线菌素D和博来霉素可诱导caspase-3裂解GSDME引发细胞焦亡27,

10、2叫在结直肠癌、乳腺癌和食管鳞状细胞癌中，顺粕联合其他化疗药物可通过活化caspase-3裂解GSDME诱发细胞焦亡从而使癌细胞死亡29,3。】。化疗还可通过线粒体途径诱导肿瘤细胞发生焦亡B薯蒜素和高良姜素分别在骨肉瘤和胶质瘤中通过caspase-3/GSDME抑制肿瘤细胞的生长132,33。天然药物单拔酰胺可以通过升高肺癌细胞中的活性氧影响GSDME介导的细胞焦亡进程34。田启航等35提出干预细胞焦亡及相关通路可能成为中医药重塑免疫微环境的新策略。这些研究提示，细胞焦亡可能参与了药物对肿瘤细胞的杀伤过程。由于GSDME在大多数类型肿瘤组织中为高甲基化状态提示高表达GSDM的恶性肿瘤患者可能适

11、用于诱导肿瘤细胞焦亡的抗肿瘤药物的治疗，同时也不排除与激活机体正常细胞焦亡相关的不良反应的产生。化学药物调控细胞焦亡对肿瘤治疗疗效的影响包括：(1)通过诱导肿瘤细胞发生焦亡而抑制肿瘤生长；(2)诱导肿瘤细胞焦亡途径，从而引发后续炎症反应对肿瘤微环境产生的促进作用；诱导机体正常细胞的焦亡途径而引发的副作用。四、细胞焦亡的抗肿瘤免疫功能近年来，基于肿瘤免疫逃逸的免疫检查点抑制剂(immunecheckpointinhibitor,IQ)治疗在临床上取得了一定疗效，但仍有部分肿瘤患者不能从中获益。基于细胞焦亡在肿瘤细胞和免疫细胞间的相互作用，探寻肿瘤细胞及免疫细胞的焦亡与免疫系统激活的关系，可能为肿

12、瘤的免疫治疗提供新的方向。1 .细胞焦亡与肿瘤免疫：肿瘤免疫中发挥杀伤肿瘤细胞作用的主要为细胞毒性淋巴细胞，包括细胞毒性T淋巴细胞(CytOtOXiCTlymphocytes,CTLS)和自然杀伤性(naturalkillerzNK)细胞的。当CTLS杀伤肿瘤细胞时，会释放穿孔素和颗粒酶作用于肿瘤细胞,其中颗粒酶A进入肿瘤细胞后会裂解GSDMB的244位赖氨酸位点，随后GSDMB暴露的N端在肿瘤细胞膜上形成孔洞，诱发肿瘤细胞焦亡，从而促进CTLs介导的肿瘤清除。有研究显示，在接受抗程序性死亡蛋白I(PrOgrammeddeathproteinl,PD-1)治疗的小鼠中敲除GSDMB后会降低抗P

13、D-1治疗对肿瘤生长的抑制作用3刀。这一研究表明，T细胞可能通过影响肿瘤细胞焦亡从而影响肿瘤免疫对肿瘤细胞的抑制作用，根据T细胞的靶向杀伤作用，锚定肿瘤细胞的受体，从而激活肿瘤细胞的焦亡途径。细胞焦亡可能与程序性死亡蛋白配体!(programmeddeathligand-LPDLI)的非免疫检查点功能相关。在缺氧条件下，定位在细胞核内的PD-Ll与磷酸化的信号转导与转录激；舌因子3(signaltransducerandactivatoroftranscriptio3zSTAT3M乍为复合物可结合在GSDMC的启动子上共同介导GSDMC的表达，巨噬细胞产生的肿瘤坏死因子(tumornecros

14、isfactor-fTNF-a)可活化caspase-8从而裂解GSDMCl进而发生细胞焦亡和肿瘤坏死因】。这表明细胞焦亡的激活途径在不同细胞中可能不同，细胞焦亡和免疫之间的相互作用也存在差异，需进一步探讨如何特异性地诱导肿瘤细胞的激活。除了直接与T细胞的作用外，GSDME高表达还能增强肿瘤相关巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用，从而增加肿瘤浸润性NK细胞和CD8T细胞的数量并增强其功能，而CD8T细胞通过释放颗粒酶B裂解GSDME激活肿瘤细胞发生焦亡。除诱导肿瘤细胞的焦亡途径外，阻遏免疫系统中发挥杀伤作用的T细胞的焦亡也可能影响肿瘤的免疫调节。有研究显示,CARD8作为炎症小体可通过活化caspa

15、se-1裂解GSDMD,诱导静息状态下的T细胞发生焦亡3叫由于细胞焦亡能够激活抗肿瘤免疫反应，使肿瘤微环境由“冷“向“热”转变，因此在免疫活性低或对ICI及其他免疫疗法无反应的肿瘤患者中诱导细胞焦亡，或在表观遗传上沉默的肿瘤患者中诱导GSDMD和GSDME的表达从而促进细胞焦亡途径的激活，对肿瘤治疗具有一定的应用前景。2 .细胞焦亡在抗肿瘤免疫治疗中的作用：鉴于细胞焦亡与T细胞间复杂的相互作用，细胞焦亡对肿瘤免疫治疗的影响不容忽视。有研究显示，顺粕治疗非小细胞肺癌时会引发GSDME介导的细胞焦亡，从而使细胞因子被释放，进一步激活T细胞的浸润和活化，进而消除肿瘤细胞14叫这一研究揭示了细胞焦亡的

16、促炎特性在T细胞活化中的作用，也提示了通过不同方式诱导细胞焦亡在肿瘤联合治疗中的作用。同时，CTLs通过诱导肿瘤细胞焦亡途径能够提高肿瘤免疫治疗的敏感性。不仅内源性GSDM家族能在抗肿瘤免疫中发挥作用，通过外源性诱导GSDM家族的表达也能增加肿瘤细胞发生焦亡的可能性。利用正交生物系统，将活化的GSDMA3转入肿瘤细胞内，可清除肿瘤，但在免疫缺陷小鼠或当T细胞耗竭时,外源性增高GSDMA3并不能使肿瘤细胞发生焦亡，这提示GSDM家族对肿瘤的抑制作用与增强抗肿瘤免疫活性相关I在黑色素瘤的治疗中，鼠类肉瘤滤过性毒菌致癌同源体Bl(v-rafmurinesarcomaviraloncogenehomologBlzBRAF)抑制齐J联合丝裂原活化蛋白激酶激酶(mtogen-activatedproteinkinasekinasezMEK)抑制剂已获美国食品和药物管理局批准用于治疗BRAF突