细胞焦亡与心血管疾病

杜会君 杨红晓 白俊彩 杨巍 高宇囡

细胞焦亡是一种新发现的程序性细胞死亡，是细胞主动受控死亡、内容物和炎性因子释放进入周围环境的过程。有研究表明细胞焦亡广泛参与冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）[1]、糖尿病心肌病[2]等心血管疾病的发生发展。

1 细胞焦亡的机制

细胞焦亡以快速的质膜破坏为特征，随后释放细胞内物质和促炎性介质，如白细胞介素（IL）-1β、IL-18 等。炎性体（焦小体）的形成是细胞焦亡发生的关键环节。参与焦亡的炎性体主要有：核苷酸结合寡聚化结构域NOD 样受体（NLRs）、PYHIN家族成员黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）和三结构域蛋白家族（TRIM）家族成员Pyrin。典型炎性体（如NLRP1、NLRP3、AIM2、NLRC4）依靠半胱氨酸的胱关蛋白酶（caspase）-1 发挥作用，在启动和激活后可引发细胞焦亡。典型炎性体启动过程为模式识别受体检测到病原相关分子和内源性损伤相关分子模式时，触发下游的核因子κB（NF-κB）信号通路，从而促进典型炎性体转录。炎性体激活则需多个细胞信号的整合作用，如 NLRP3 典型炎性体能够通过共同的上游事件（如K＋外排、Ca2＋信号转导等）间接感应刺激（经典的细胞通路主要由细菌、病毒来启动），NLRP3 炎性体激活后，募集衔接分子凋亡相关斑点样蛋白（ASC），该蛋白将NLRP3 连接到pro-caspase-1，caspase-1通过自身蛋白水解作用和二聚作用被激活为活性caspase-1，活性caspase-1诱导Gasdermin 家族蛋白D（GSDMD）裂解。释放的GSDMD-N 端结构域与质膜中的磷酸肌醇结合并低聚产生1 个12～14 nm 的通道，通道的形成破坏了渗透压，从而引起细胞焦亡和炎性因子（IL-18、IL-1β）的释放。

非典型炎性体也称caspase-11 炎性体，不依赖caspase-1 也无需激活即可引发细胞焦亡。感染细胞胞质中的细菌脂多糖分子和胞内细菌可以诱导非典型炎性体形成。细菌脂多糖的脂质A 组分与细胞质caspase-11 的募集结构域可以相互作用并结合，发生寡聚化后激活caspase-11。活化的caspase-11 诱导GSDMD 裂解，之后的过程与典型炎性体途径相似。此外非典型炎性体激活可激活典型炎性体和caspase-1，促进IL-18、IL-1β 成熟和分泌，这可能是GSDMD-N 端结构域作用的间接结果。

2 细胞焦亡与心血管疾病

2.1 细胞焦亡与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种与内皮功能障碍和动脉脂质沉积有关的慢性炎性疾病，多由细胞死亡和炎性反应引起，其中细胞死亡的主要形式是坏死和凋亡。研究发现细胞焦亡也是细胞死亡的重要形式。动脉粥样硬化患者主动脉NLRP3 表达增多，颈动脉粥硬化斑块组织中NLRP3、ASC、caspase-1、IL-18、IL-1β 表达均明显增加，有症状患者NLRP3水平高于无症状患者。

血清总胆固醇中氧化低密度脂蛋白（oxLDL）对动脉粥样硬化有很大影响，研究显示三磷酸腺苷（ATP）和P2Y2 受体参与oxLDL 介导的炎性体激活过程，随后产生IL-1β，其机制可能是通过调节线粒体活性氧-线粒体的表达，调节Toll 样受体9（TLR9）-NF-κB 信号通路来实现的[3]。此外oxLDL 也可以通过微小RNA（miR）-125a-5p/TET2 途径诱导血管内皮细胞焦亡[4]。sestrin1 可抑制动脉粥样硬化小鼠巨噬细胞中oxLDL 诱导的NLRP3 炎性体活化[5]，成纤维细胞生长因子21 通过TET2-UQCRC1-ROS 途径抑制oxLDL 诱导的内皮细胞焦亡[6]。

Zhuang 等[7]建立了内皮叉头盒蛋白P1（FOXP1）缺失的高脂血症小鼠模型，发现Foxp1、Krüppel 样转录因子2 可直接调节内皮炎性体成分（如NLRP3、caspase-1 和IL-1β），从而影响动脉粥样硬化的发生发展。另一项研究发现，高迁移率族蛋白1 是NLRP3 炎性体激活的关键下游信号分子，并且通过晚期糖基化终产物的受体下调肝X受体α和ATP 结合盒转运子的表达，在血管平滑肌细胞来源的泡沫细胞形成和动脉粥样硬化的发生发展中发挥重要作用[8]。

2.2 细胞焦亡与冠心病

晚期动脉粥样硬化时血管内皮细胞的死亡会导致冠状动脉性心脏病的发生发展。稳定型心绞痛和急性心肌梗死（AMI）患者外周血单核细胞中NLRP3、IL-1β 的表达较对照组增加，下调NLRP3及其下游成分表达可以减轻冠心病的炎性反应进展[1]。

Mao 等[9]发现间充质干细胞分泌的外泌体中长链非编码RNA（lncRNA）KLF3-AS1 作 为竞争性内源RNA（ceRNA）与miR-138-5p 结合，调节SIRT1 表达，从而抑制细胞焦亡，延缓心肌梗死进展。AMI 患者外周血中性粒细胞中的钙敏感受体（CaSR）、NLRP3、caspase-1、IL-1β 表达上调。AMI 大鼠模型外周血中性粒细胞数量增加趋势。钙调素（CaSR 的激活剂）可促进健康志愿者中性粒细胞NLRP3 炎性体活化和IL-1β 释放，钙调素的激活作用可被磷脂酶 C-三磷酸肌醇（PLC-IP3）途径抑制剂和ER-Ca2＋释放抑制剂阻断。Calhex-231（CaSR 负性调节剂）可减少AMI 患者中性粒细胞NLRP3 炎性体活化数量和IL-1β 释放，说明CaSR 可以激活中性粒细胞NLRP3 炎性体，参与患者AMI 后心室重构[10]。

研究发现丙酮酸乙酯处理心肌细胞可引起缺血再灌注损伤（I/R），NLRP3、caspase-1、IL-1β表达减少及中性粒细胞浸润减少可能是由活性氧减少介导的NLRP3 炎性体上调及其相关途径所致[11]。此外，抑制miR-132 可以通过靶向Sirt1 激活PGC 1α/核因子E2 相关因子2（Nrf2）信号传导来抑制细胞焦亡[12]。

2.3 细胞焦亡与糖尿病性心肌病

糖尿病大鼠心肌中存在NLRP3 炎性体、caspase-1 激活现象，而沉默NLRP3 可减轻心脏炎性反应和细胞焦亡，改善心肌功能。饮食诱发糖尿病的小鼠模型显示左室caspase-1 和IL-1 表达增加，导致NLRP3 炎性体激活[13]。此外，在2 型糖尿病患者的右心耳组织中裂解caspase-1，IL-1 和GSDMD 的表达增加。

2 型糖尿病患者右心耳组织中蛋白酶激活受体4（PAR4）、caspase-1、IL-1β 和GSDMD的表达水平高于非糖尿病患者。研究表明蛋白酶激活受体4（PAR4）的左室含量随血糖的增加而增加，并与caspase-1、IL-1β 增加和GDSMD 的裂解程度呈正相关。发生糖尿病心肌病时PAR4 通过NLRP3 炎性体驱动caspase-1产生IL-1β，并影响糖尿病心肌病的发生发展[14]。沉默Kcnq1ot1促进GSDMD 裂解和IL-1β的分泌，可通过miR-214-3p和caspase-1抑制高糖处理的心脏成纤维细胞中的TGF-β1/Smads 途径，延缓糖尿病进展[15]。

3 靶向细胞焦亡治疗方法

NLRP3 炎性体为心血管疾病治疗提供了新思路。VX-765 是一种高选择性的caspase-1 抑制剂，可以减少循环中的IL-1β，对积极I/R大鼠模型心脏功能具有长期保护作用[16]。卡那单抗是一种IL-1β抑制剂，CANTOS 临床试验结果证实，在不影响血液胆固醇水平的情况下，卡那单抗可以减少心血管疾病患者的轻度全身性炎性反应，并降低心血管事件风险[17]，表明干扰IL-1β 的产生或功能可以改善心血管疾病的临床疗效[18]。MCC950 是一种NLRP3 炎性体抑制剂，可以特异性阻断NLRP3 炎性体的活化，但不影响NLRP1、NLRC4 和AIM2炎性体的作用[2]。

卡维地洛通过防止溶酶体、线粒体损伤，减少ASC 寡聚，以阻断小鼠巨噬细胞中NLRP3 炎性体的激活[19]。在与NLRP3 相关的腹膜炎小鼠模型中，口服卡维地洛可以减少腹腔灌洗液中IL-1β、IL-18、活性caspase-1、ASC 和腹膜细胞中NLRP3 水平。此外，卡维地洛通过SIRT1 依赖性途径诱导自噬，从而抑制NLRP3 炎性体，但不影响AIM2、NLRC4 和非典型炎性体。阿托伐他汀的抗动脉粥样硬化作用与降低胆固醇的能力无关，最近发现阿托伐他汀可以通过长链非编 码RNA（lncRNA）NEXN-AS1-NEXN途径调节细胞焦亡[20]。另有研究发现一些降糖药[21-22]对NLRP3 炎性体有抑制作用，如二甲双胍可以通过AMP 依赖的蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白途径抑制细胞焦亡，而恩格列净则通过抑制可溶性鸟苷酸环化酶-环磷酸鸟苷酸-环磷酸鸟苷酸依赖的蛋白激酶途径抑制细胞焦亡，此外利格列汀、达格列净、利拉鲁肽可通过靶向NLRP3/ASC 炎性体预防心脏功能障碍[23]。

此外，大黄素能通过TLR4/髓样分化因子/NF-B/NLRP3 炎性体减轻心肌I/R[24]。天麻素可以在体内和体外降低IL-1β 表达，通过抑制NLRP3/caspase-1 途径阻断心脏微血管内皮细胞的细胞焦亡，减少梗死面积和炎性细胞浸润，促进毛细血管形成。黄岑苷能明显抑制IL-1、IL-18、线粒体活性氧、总活性氧、细胞间黏附分子-1 和血管细胞间黏附分子-1 的产生，以降低NLRP3 炎性体的表达并抑制其激活[25]。其他中药如绞股蓝、灯盏花乙素也可抑制细胞焦亡[26]。