细胞程序性死亡在反流性食管炎发病机制中作用的研究进展

刘思雨 唐艳萍

反流性食管炎（RE）是胃食管反流病（GERD）的常见表型之一，是指胃和（或）十二指肠内容物反流入食管引起黏膜损伤，以反酸、烧心及其他食管外症状为临床表现的一类疾病[1]。食管黏膜的完整性是GERD重要的病理、生理学因素，食管上皮细胞通过调控细胞死亡来维持体内平衡和黏膜屏障完整性[2]。研究发现，多种细胞程序性死亡（PCD）形式与RE的发病机制相关。本文就细胞凋亡、细胞焦亡、坏死性凋亡、自噬及铁死亡在RE发病机制中作用的研究进展作一综述。

1 RE患者食管上皮细胞损伤的影响因素

1.1 胃和（或）十二指肠内容物反流

传统观念认为，胃和（或）十二指肠反流物的化学性腐蚀作用是导致RE患者食管黏膜损伤的主要因素[3]。当食管抗反流防御能力减弱或反流物对食管黏膜刺激作用增强时，胃和（或）十二指肠反流物中的胃酸、胃蛋白酶、胰蛋白酶、胆汁等损伤性物质可破坏食管上皮细胞间的紧密连接蛋白，使回流的H+扩散至细胞间隙，并经由基底外侧膜进入食管上皮细胞，通过诱导蛋白质变性，激活磷脂酶和核酸内切酶，干扰细胞呼吸等方式，造成食管上皮细胞损伤和食管黏膜屏障受损[4-6]。

1.2 氧化应激

氧化应激（OS）是机体内氧化作用强于抗氧化作用的一种状态，当活性氧（ROS）的产生超过细胞抗氧化系统的防御能力，就会发生OS，进而对组织和细胞造成损伤[7]。ROS是RE与促炎细胞因子产生联系的重要分子途径。暴露于酸和胆汁酸的食管鳞状细胞会产生ROS[8]，ROS通过激活缺氧诱导因子 -2α（HIF-2α），促进 IL-8、IL-1β、TNF-α和环氧合酶-2（COX-2）等促炎细胞因子的释放及NF-κB/p65的转录，造成食管上皮细胞损伤[9-10]。

1.3 免疫炎性反应

研究表明，胃和（或）十二指肠内容物反流所致的食管黏膜损伤并非是酸“烧伤”，而是通过反流物刺激食管鳞状上皮细胞分泌趋化因子，诱导免疫细胞迁移、聚集，引起食管黏膜免疫炎性反应而形成的[11]。因此，RE最初表现为黏膜下层的淋巴细胞浸润，之后进展至黏膜表面，且基底细胞乳头状增生的进展早于黏膜表面浸润，其中IL-1β、IL-6、IL-8、IL-33和TNF-α等细胞因子所介导的炎性反应在RE食管上皮细胞损伤中发挥了重要作用[12-13]。

1.4 食管微生态紊乱

随着高通量测序和基因组学的发展，食管微生态在食管疾病中发挥的作用已成为研究热点。与正常食管者相比，RE患者食管菌群组成发生了明显变化，表现为食管菌群由革兰阳性需氧菌向革兰阴性厌氧菌转变[14]，其中链球菌属、普雷沃菌属、弯曲杆菌和梭杆菌等可能是关键菌属[15]。食管微生态紊乱的潜在致病机制为：（1）革兰阴性菌细胞壁的脂多糖（LPS）激活Toll样受体4（TLR4），通过启动炎性级联反应，诱导IL-1β和TNF-α释放，上调诱导型一氧化氮合酶和COX-2的表达，导致食管黏膜淋巴细胞浸润、食管下括约肌松弛和胃动力降低等，从而损伤食管黏膜屏障[16]。（2）LPS可启动和激活炎性小体NOD样受体蛋白3（NLRP3），介导细胞焦亡的发生和IL-1β、IL-18的释放，加重食管上皮细胞损伤[17]。（3）LPS可激活p38-MAPK和细胞外信号调节蛋白激酶（ERK）信号通路，通过调节细胞增殖、胃肠动力和相关炎性因子释放，介导食管上皮细胞损伤[18]。

2 PCD在RE发病机制中的作用

2.1 细胞凋亡

细胞凋亡是PCD中典型的死亡形式，其对于保持细胞内环境稳态至关重要[19]。目前已确定的细胞凋亡途径包括死亡受体介导的外部凋亡途径、内部线粒体途径[20]、细胞内质网应激（ERS）途径[21]、颗粒酶 B诱导途径[22]和颗粒酶 A诱导途径[23]等。研究表明，细胞凋亡参与了溃疡性结肠炎、心肌梗死、类风湿关节炎和肿瘤等多种疾病的发生和发展[24-27]。

Pardon等[28]的研究发现，含有脱氧胆酸的弱酸性溶液可通过诱导食管上皮细胞凋亡破坏食管黏膜完整性。张萌等[29]的研究发现，胃和（或）十二指肠内容物反流可诱导食管上皮细胞中凋亡相关蛋白TNF-α、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）、Survivin的异常表达，从而介导食管上皮细胞凋亡，损伤食管黏膜屏障。Katada等[30]的研究发现，十二指肠内容物反流所造成的食管黏膜损伤伴有表面凋亡细胞数量的显著增多。Zhang等[31]的研究发现，胆汁反流可诱导RE大鼠的食管黏膜炎性反应及食管上皮细胞凋亡。以上研究表明，食管上皮细胞凋亡在RE患者食管黏膜屏障损伤中发挥了重要作用。

2.2 细胞焦亡

细胞焦亡是一种近年来发现的促炎性PCD形式，其激活途径主要包括：（1）炎性小体如NLRP3等激活Caspase-1所介导的经典细胞焦亡途径；（2）LPS激活Caspase-4、5、11所介导的非经典细胞焦亡途径[32]。经典细胞焦亡途径主要通过NLRP3激活Caspase-1，造成消皮素D （GSDMD）的剪切和多聚化，从而介导细胞裂解及促炎因子IL-18、IL-1β的释放[33]。在非经典细胞焦亡途径中，模式识别受体与LPS相结合，激活下游Caspase-4、5、11，进而切割GSDMD，诱发细胞焦亡[34]。

研究表明，LPS与TLR4结合可激活NLRP3及NF-κB 信号通路，促进 IL-1β前体（pro-IL-1β）、IL-18前体（pro-IL-18）和NLRP3 mRNA转录，诱发细胞焦亡，参与Barrett食管的“炎-癌转化”[17]。Wang等[35]的研究发现，乙醇可上调食管组织中Caspase-1的表达并促进IL-1β、IL-18释放，导致食管上皮细胞焦亡，而Caspase-1抑制剂Ac-YVADCMK可显著抑制IL-1β和IL-18释放，减轻食管炎性反应。给予酸性胆汁盐处理可以上调食管组织中CaSR和NLRP3的表达，进而激活Caspase-1所介导的经典细胞焦亡途径，损伤食管上皮屏障[36]。研究表明，N-3多不饱和脂肪酸可通过上调Nrf2表达抑制NLRP3形成，进而抑制食管上皮细胞焦亡，减轻酸反流造成的食管上皮细胞损伤，发挥食管黏膜保护作用[37]。因此，经典细胞焦亡途经是参与RE患者食管黏膜损伤及修复的重要靶点。

2.3 坏死性凋亡

坏死性凋亡是一种机体应对环境压力的细胞反应，可由TLR激活、病毒感染、线粒体累积的ROS信号和TNF-α刺激所诱发[38]，一方面坏死性凋亡可以经由破裂的质膜释放细胞内容物直接激活和调节炎性反应，另一方面坏死性凋亡调节因子即受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1（RIPK1）和RIPK3可以在免疫炎性反应中独立发挥作用，从而调控胃肠道、肾脏、肝脏、神经系统、肺等部位疾病的发展[39-40]。

RE患者的食管菌群以革兰阴性菌为主，其菌壁的主要成分LPS、革兰阳性菌的肽聚糖及部分细胞因子可通过激活NF-κB信号通路介导RE患者食管黏膜炎性反应的发生[41-43]。此外，p38-MAPK/NF-κB信号通路的激活及相关炎性因子IL-6、TNF-α的分泌也参与了RE患者的食管黏膜损伤[44]。因 此，LPS/TLR4/NF-κB信 号 通 路、p38-MAPK/NF-κB信号通路和相关炎性介质TNF-α等所诱发的坏死性凋亡参与了RE患者的食管黏膜损伤。

2.4 自噬

自噬是一种程序化细胞内降解机制，受损的蛋白和细胞器可被递送至动物细胞中的溶酶体或植物细胞和酵母菌中的液泡进行降解，包括微自噬、伴侣介导自噬和巨自噬[45]。自噬通过消除受损或多余的线粒体，限制ROS累积，抑制细胞因子生成，以及促进上皮紧密连接表达等多种方式抑制炎性反应[46]。

Roesly等[47]的研究发现，正常食管鳞状上皮细胞急性暴露于胆汁酸会导致自噬核心因子Beclin-1表达上调，自噬被激活，但长期暴露于胆汁酸会导致Beclin-1表达下调和自噬抵抗。研究表明，TLR2在RE和Barrett食管中高表达，可增加线粒体和溶酶体数量，升高溶酶体酶和内吞相关因子的表达水平[48]。自噬在食管组织炎性反应中发挥了重要作用，但其在GERD中的作用机制有待进一步探究[49]。

2.5 铁死亡

铁死亡是一种新型的PCD形式。铁代谢、脂质过氧化及MAPK信号通路的激活参与了该过程，其形态学特征是线粒体膜密度增大、线粒体嵴减少或消失，以及线粒体外膜破裂[50]，其生理机制是铁催化脂质自由基的形成，结合谷胱甘肽（GSH）的消耗或脂质修复酶——谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的失活[51]。铁死亡调控途径可分为铁代谢途径、GSH/GPX4途径和脂质代谢途径[52]。铁死亡参与多种疾病的病理过程，包括肾脏、心脏、肝脏及胃肠道疾病等[53]。

本课题组前期研究发现，胱氨酸/谷氨酸反向转运体xCT/血管内皮生长因子B（VEGF-B）/GPX4信号通路参与了RE模型大鼠的食管损伤过程[54]。研究表明，铁死亡可以升高COX-2的表达水平，加速花生四烯酸代谢，促进前列腺素、白三烯、IL和TNF等相关炎性因子释放，其中TNF-α、IL-6和IL-1等可直接调控GPX4的表达水平和活性；此外，铁死亡还可以通过释放具有免疫原性的损伤分子直接诱发组织免疫炎性反应[55]。LPS是RE常见的损伤因素之一，其可通过影响脂质过氧化、COX-2表达、ROS水平、xCT/GPX4轴等多种途径参与铁死亡的发生过程[56]。上述研究表明，铁死亡是RE的潜在治疗靶点。

3 结语

RE的发病机制复杂，RE患者食管上皮细胞损伤与胃和（或）十二指肠内容物反流、氧化应激、免疫反应及食管微生态紊乱等因素密切相关。越来越多的研究表明，多种细胞死亡形式参与了RE患者食管黏膜损伤过程，主要包括细胞凋亡、细胞焦亡、坏死性凋亡、自噬及铁死亡。PCD可通过介导免疫炎性反应，破坏食管黏膜屏障的完整性，增加ROS累积等多种机制参与RE的病理、生理过程。

目前有关PCD与RE相关性的研究大多局限于对细胞死亡形式的宏观验证，对其机制的研究相对较少，故该研究领域仍存在许多空白和不足，例如：细胞凋亡参与RE的分子机制尚未阐明；非经典细胞焦亡途径在RE中的作用尚未验证；自噬及铁死亡在RE发病机制中的作用仍有待进一步探究等。深化PCD与RE相关性的研究，进一步阐明RE的发病机制，可为RE的治疗提供新的靶点和思路。