细胞焦亡在皮肤软组织感染中的研究进展

王静?刘淑娟?王永祥

摘要：细胞焦亡是新近发现的一种促炎程序性死亡方式，主要通过激活各类半胱天冬酶（caspase）切割相关gasdermin家族蛋白，引起机体炎性信号应答，进而诱导细胞死亡。细胞焦亡的炎性反应参与多种疾病的发生发展，近年来，随着抗生素耐药性越来越显著，其在皮肤及软组织相关感染中得到广泛关注。细胞焦亡相关通路及分子机制可能可以作为潜在治疗靶点为相关疾病提供新的药物思路。本文谨就此进行简要综述，以期为皮肤软组织感染的治疗及药物耐药提供新思路。

关键词：细胞焦亡;皮肤软组织感染;病理生理机制;炎性因子

【中图分类号】 G644.5 【文献标识码】 A      【文章编号】2107-2306（2022）08--01

皮肤及软组织感染（skin and soft tissue infections，SSTIs）是日常生活中最常见的感染性疾病之一，是由于皮肤防御功能降低及以细菌为主的微生物入侵所造成的皮肤、皮下、筋膜和肌肉的急性炎症性疾病。近年来趋势表明，在皮肤科及外科门诊接受这类诊断的患者比例正不断上升，并且由于早期轻症时的未重视和药物耐药性的产生导致的重症患者住院率也在逐渐攀升。有文献曾报道，严重皮肤和软组织感染最严重时病死率可高达90%[1]。现代治疗中，轻症sstis主要通过抗生素治疗，严重的sstis，则通过切开引流、清创、去除坏死组织后联合抗生素治疗。这也间接致使抗生素的滥用以及耐药性的增加，导致治疗难度加大及疾病进展[2]。因此迫切需要寻找新的靶点进行相关治疗。细胞焦亡及其介导的炎症反应广泛参与了皮肤及软组织感染的病理过程，并在治疗耐药性中具有重要影响。本文就细胞焦亡在皮肤及软组织感染的机制研究和药物耐药进行综述，以期为皮肤及软组织感染的进展和治疗提供新思路。

1细胞焦亡

1.1细胞焦亡的概述

细胞焦亡（pyroptosis）是近年来发现并通过广泛研究证实的一种促炎性、受到精密调控的新型程序性细胞死亡方式。主要通过炎性半胱天冬酶（caspase）裂解和激活包括GSDMD在内的多种Gasdermin家族成员，引发细胞肿胀，从而形成大量气泡状凸出物、细胞膜上形成孔隙、细胞膜破裂，进而释放大量细胞内容物，引起炎症反应从而诱导细胞死亡。

1.2细胞焦亡的分子机制

细胞焦亡的主要效应分子即Gasdermin超家族蛋白，目前已知其与人类相关6种蛋白为GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME（DFNA5）、DFNB59。这类蛋白主要由于N-C端连结不同而产生差异。早期普遍认为Caspase-1切割Gasdermin-N是细胞焦亡的关键，随后发现除了caspase-1外，Caspase-3/4/5/8/11等也可对细胞焦亡进行调控，但调控效应分子各有不同。并且研究发现并非所有Gasdermin产生效应都需要Caspase。目前GSDMD的两条途径仍是皮肤及软组织感染研究最关键信号通路。

1.21  Caspase -1 -GSDMD介导经典焦亡途径

在细菌等病原菌的信号刺激下，细胞内的模式识别受体（pattern recognition receptor，PRRs）作为感受器，识别这些信号，通过凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein contai- ning a CARD，ASC）与Caspase-1的前体结合，形成多蛋白复合物——炎症小体（如NLRP3），进一步活化Caspase-1切割GSDMD，形成GSDMD-N片段，诱导产生细胞焦亡，活化大量细胞内容物诱发炎症反应，同时活化的Caspase-1对IL-1β和IL-18的前体进行切割，形成有活性的IL-1β和IL-18，并释放到胞外，募集炎症细胞聚集，扩大炎症反应。

1.22  Caspase-4、5、11-GSDMD介导非经典焦亡途径

细胞焦亡非经典途径主要由革兰氏阴性菌细胞壁外壁的组成成分脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）诱导，LPS可直接结合且激活人类Caspase-4/5和小鼠Caspase-11，直接裂解GSDMD诱導细胞焦亡。另外，也有研究表明，Caspase-11可通过激活下游pannexin-1跨膜通道，促进K+外流激活NLRP3炎症小体，再引起Caspase-1介导焦亡，释放IL-1β等炎症因子。多种通路诱导细胞死亡有利于机体抵抗微生物对宿主的免疫逃避和损伤组织的修复以及相关疾病的治愈。

2细胞焦亡与皮肤及软组织感染相关研究

皮肤及软组织感染包括毛囊炎、疖、痈、淋巴管炎、急性蜂窝织炎、烧伤创伤创面感染及手术后切口感染等。毛囊炎、疖、痈及创面感染的最常见病原菌为金葡菌、大肠杆菌;淋巴管炎及急性蜂窝织炎主要由化脓性链球菌引起。在前期治疗不及时或抗生素广泛耐药的情况下可诱发中毒性休克综合征、肌坏死/气体坏疽和坏死性筋膜炎，甚至可导致败血症、脓毒血症等全身症状，从而危及生命。细胞焦亡被证实在急性炎症时是一种限制细胞内病原菌感染的有效策略，同时是败血症及脓毒血症的关键机制[3]。

2.1细胞焦亡与革兰氏阳性菌所致皮肤及软组织感染

金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌是诱发皮肤及软组织感染最常见的革兰氏阳性菌，它们通过产生外毒素致病。早期，国内外研究发现，金黄色葡萄球菌可通过激活炎症小体如NLRP3等导致Caspase-1切割激活GSDMS-N端，并且大量释放IL-1β等炎症因子诱导细胞焦亡[4]。最新研究发现，化脓链球菌通过毒力因子链球菌致热外毒素B（SpeB）切割GSDMA也可触发上皮细胞焦亡并抑制其系统性感染。其主要机制是GAS半胱氨酸蛋白酶SpeB毒力因子通过在Gln246之后切割GSDMA，释放一个活跃的N端片段触发上皮细胞焦亡。这意味着GSDMA既可以作为GAS-SpeB的传感器和底物，也可以作为一种效应物来触发焦亡，为宿主识别和控感染应答提供一种新的机制[5]。这些近年来发现的焦亡相关分子机制为皮肤及软组织感染提供了新的视角。

2.2细胞焦亡与革兰氏阴性菌所致皮肤及软组织感染

与革兰氏阳性菌不同的是，革兰氏阴性菌的致病能力与LPS（又称内毒素）相关。已知LPS可通过非经典途径诱导细胞焦亡[6]。但，到目前为止，还未见关于LPS通过非经典途径影响皮肤及软组织感染相关机制的研究报道。此外，细胞焦亡不仅引起炎症，其在急性感染时也可作为防御机制与宿主细胞其他免疫机制相互调节，从而清除感染并降低自身损伤。所以，在皮肤及软组织感染时抑制非经典途径信号通路，可能是有益的也可能是有害的。如何调节这些细胞事件，是否通过抑制Caspase-4/5/11-GSDMD介导的非经典焦亡途径影响皮肤及软组织感染这些事件至今仍然有待解决。

3细胞焦亡在皮肤软组织感染中的治疗潜力

随着抗生素的滥用，抗生素耐药性的细菌感染日益严重，急需寻找到新的靶点方向。Lieberman等曾通过小鼠实验发现GSDMD-NT可发挥双重作用，一方面，它可以在感染宿主细胞的细菌的细胞膜上穿孔，从而直接杀死宿主细胞外面的细菌;另一方面，它在宿主细胞胞膜上穿孔，激活细胞焦亡导致感染细菌的宿主细胞死亡，释放免疫警报，同时未被感染的宿主细胞毫发无伤[7]。这一实验结论提示，这种杀死细菌但不影响未感染细胞的活性片段可能可以用于靶向治疗抗生素耐药性细菌，特别是严重的皮肤及软组织局部感染。国内在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）小鼠模型中也证实MASA可以通过激活炎症小体激活Caspase-1增加IL-1β诱导细胞焦亡[8]。这也揭示了未来可通过靶向干扰焦亡信号通路，为MASA等耐药菌感染治疗提供新的方向。

4总结

细胞焦亡本质上是机体的一种炎症性级联反应，是机体在清除病原菌感染等危险性信号的免疫防御反应。但是，当焦亡被过度的激活或失控时可能会造成机体严重的炎症及免疫类疾病。长期以来，人们对与皮肤及软组织感染的治疗大多依赖于抗生素治疗。随着抗生素耐药性的增加，我们迫切需要寻找其他靶点机制。在这篇综述中，我们讨论了细胞焦亡在皮肤软组织感染中的相关意义，并对其中两个重要的执行者gasdermin D （GSDMD）和gasderminA （GSDMA）在相关细菌中引起感染的分子机制进行阐述，同时对治疗相关耐药性进行了研究。细胞焦亡被发现是一把双刃剑，其在正常情况下能有效抑制多种细菌，过度激活时则会产生损害。如何靶向干扰细胞焦亡的信号通路从而参与相关疾病的治疗是我们目前仍需探讨的方向。总之，深入揭示细胞焦亡相关分子机制及信号通路在皮肤及软组织感染中的作用有助于为皮肤及软组织感染治疗提供新的靶点思路。

参考文献：

[1]Burnham JP， Kollef MH. Treatment of severe skin and soft tissue infections： areview. Curr Opin Infect Dis. 2018 Apr;31（2）：113-119.

[2]Gürlich R， Adámková V， Ulrych J， Brodská H， Janík V， Lindner J， Havel E.Infekce k??e a měkk?ch tkání [Skin and soft tissue infections （SSTIs）]. RozhlChir. 2016;95（4）：141-6. Czech.

[3]Liu X， Lieberman J. A Mechanistic Understanding of Pyroptosis： The Fiery Death Triggered by Invasive Infection. Adv Immunol. 2017;135：81-117.

[4]Wang X， Liu M， Geng N， Du Y， Li Z， Gao X， Han B， Liu J， Liu Y. Staphylococcus aureus mediates pyroptosis in bovine mammary epithelial cell via activation of NLRP3 inflammasome.Vet Res. 2022 Feb 5;53（1）：10.

[5]Deng W， Bai Y， Deng F， Pan Y， Mei S， Zheng Z， Min R， Wu Z， Li W， Miao R，Zhang Z， Kupper TS， Lieberman J， Liu X. Streptococcal pyrogenic exotoxin B cleaves GSDMA and triggers pyroptosis. Nature. 2022 Feb;602（7897）：496-502.

[6]Hagar JA， Powell DA， Aachoui Y， Ernst RK， Miao EA. Cytoplasmic LPS activates caspase-11： implications in TLR4-independent endotoxic shock. Science. 2013 Sep13;341（6151）：1250-3.

[7]Liu X， Zhang Z， Ruan J， Pan Y， Magupalli VG， Wu H， Lieberman J. Inflammasome-activated gasdermin D causes pyroptosis by forming membrane pores. Nature. 2016Jul 7;535（7610）：153-8.

[8]蔡嫵扬，刘思蕊，杜华钰，钱峰，孙磊.耐甲氧西林金黄色葡萄球菌诱导巨噬细胞焦亡的机制研究[J].国际药学研究杂志，2019，46（05）：355-362.