细胞焦亡在眼科相关疾病的研究进展

詹艳　张天资

[ 关键词] 细胞焦亡；含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1；Gasdermin 家族蛋白D；眼科疾病

[ 中图分类号] R77 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 2095-0616（2023）08-0024-05

细胞凋亡、坏死、自噬、焦亡，均是细胞死亡方式，其中细胞焦亡是近年来新发现的一种死亡方式，其过程与机制已在肿瘤、心血管、自身免疫等多种疾病中发现并被证实。而在眼科学，虽然很多疾病的具体病因、诱因以及发病机制目前仍未完全明确，但由于对细胞焦亡在相关眼科疾病中的进一步研究探索，使其在年龄相关性黄斑变性、糖尿病视网膜病变、白内障、青光眼等疾病中所起的作用逐渐清晰。同时，也发现了细胞焦亡在相关眼科疾病中与其他相关发病机制比如炎症反应和氧化应激等的联系。本文叙述细胞焦亡具体过程，总结细胞焦亡在部分相关眼科疾病中的研究进展，以期为这些疾病的预防和治疗提供新的理论依据和思路，也为治愈这些疾病带来新的希望。

1 细胞焦亡概述

炎性小体能够识别病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）或者损伤相关分子模式（damage-associated molecularpatterns，DAMPs），招募和激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（cysteinyl aspartate specificproteinase-1，Caspase-1）。炎症小体由模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR），主要是NOD样受体（nucleotide binding oligomerization domain likereceptors，NLR）、效應器Caspase-1 前体以及衔接子蛋白- 凋亡相关微粒蛋白（apoptosis-associatedparticulate protein，ASC）组成[1]。

细胞焦亡有经典和非经典两条途径[2]，其一为由Caspase-1 介导的经典焦亡途经，其二为由Caspase-4/-5/-11 介导的非经典焦亡途径。

经典细胞焦亡途径中，炎性小体组装完成，Caspase-1 自剪切激活[3]，一方面介导炎症因子白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-18 的成熟和分泌，另一方面切割Gasdermin家族蛋白D（ Gasdermin D，GSDMD），产生GSDMD-N 端和GSDMD-C 端，GSDMD-N 端寡聚形成直径10 ～ 20 nm 允许成熟的IL-1β、IL-18 通过的膜孔，使细胞内外渗透压失衡的同时也引起炎症反应，最终发生细胞焦亡[4]。

在非经典途径中，细胞以Caspase-4/-5/-11 为分子基础启动焦亡[5]。在此途径中，Caspase-11 可直接由革兰阴性菌胞壁中的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）激活后对GSDMD 进行切割，发生细胞焦亡[6]。同时，Caspase-11 还可激活缝隙连接蛋白1（pannexin-1，Panx1）跨膜通道，释放胞内三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），打开离子通道P2X7，使K+ 外流、Na+ 和Ca2+ 内流，从而渗透压失衡、胞膜失去完整性、炎性物质释放，细胞发生焦亡[7]。另一方面，Caspase-11 不能直接介导IL-1β、IL-18 成熟，需要先通过由Panx1 释放的ATP 激活NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-likereceptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）激活Caspase-1[8]。

2 细胞焦亡在眼科相关疾病的研究进展

2.1 细胞焦亡关于糖尿病视网膜病变的研究进展

在糖尿病视网膜病变（diabetes retinopathy，DR）中，糖尿病会严重影响视网膜毛细血管细胞代谢，导致毛细血管内皮细胞损伤、视网膜缺血缺氧，血管内皮生长因子（vascular endothelial growthfactor，VEGF）增加，VEGF 是引起增殖性视网膜病变（proliferative retinopathy，PDR）发生的重要细胞因子。有研究发现，在糖尿病大鼠模型中视网膜的NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β 以及IL-18 表达增加[4]；NLRP3 增加会诱导VEGF 表达上调[9]；在PDR 患者的玻璃体中存在炎性小体成分，随着VEGF 升高，Caspase-1、IL-18 明显升高[10]。己糖胺途径和多元醇途径中的通量增加、蛋白激酶C 激活、晚期糖基化终末产物积累这四条途径会增加活性氧（reactive oxygen species，ROS），引发氧化应激，导致DR 发生发展[11]。研究发现高血糖诱导的视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）细胞以及视网膜微血管内皮细胞中ROS 的增加会导致硫氧还蛋白互作蛋白表达增加，并与NLRP3 结合、活化，激活经典细胞焦亡途径[12]。此外，人视网膜周细胞（human retinal pericytes，HRPC）的损失也与DR 的发生发展相关。2020 年，Gan 等[13] 发现NLRP3-Caspase-1-GSDMD 介导的细胞焦亡是高糖导致HRPC 丢失的原因之一。有学者发现心肌梗死相关转录本在模拟的DR 环境下过表达，会减弱对Caspase-1 的抑制，使Caspase-1 活化增加，促进HRPC 发生焦亡[14]。

2.2 细胞焦亡关于年龄相关性黄斑变性的研究进展

年龄相关性黄斑变性（age-relatedmaculardegeneration，AMD）主要累及RPE，早期AMD 主要出现玻璃膜疣和脂褐素沉积，晚期AMD 分为干性AMD—可见视网膜脉络膜地图样萎缩（geographicatrophy，GA）和湿性AMD—可见脉络膜新生血管（choroidal neovascularization，CNV）。

炎症反应和氧化应激是产生AMD 的重要环节，并与细胞焦亡相关。NLRP3 不管是在干性AMD 还是湿性AMD 中都起到了重要作用。Tseng 等[15] 在研究中发现，NLRP3 普遍出现在干、湿性AMD 的RPE细胞以及玻璃膜疣中，NLRP3 可激活Caspase-1 发生细胞焦亡，也可和淀粉样蛋白β（amyloid-β，Aβ）在AMD 中相互作用。在Gao 等[16] 的研究中，通过将Aβ 注射进大鼠的玻璃体腔内发现NLRP3活化，并通过RPE 核转位使Caspase-1 水平提高，GSDMD 显著水解，RPE 细胞焦亡。在日常用眼中，RPE 细胞消耗大量的氧气产生ROS，当ROS 在RPE 细胞内蓄积，发生氧化应激，就会使RPE 氧化損伤。Brandstetter 等[17] 发现，在脂褐素沉积的RPE 细胞中，氧化损伤使NLRP3 激活并释放IL-1β、IL-18，促进细胞焦亡。Wang 等[18] 发现在AMD 患者体内以及体外给予氧化应激或LPS 刺激人视网膜上皮细胞，NLRP3、IL-1β 以及IL-18 前体的mRNA 表达均增加。

2.3 细胞焦亡关于年龄相关性白内障的研究进展

目前学者们认为年龄相关性白内障（agerelatedcataract，ARCs）的发生与发展与氧化、晶状体老化、晶状体蛋白修饰以及Ca2+ 失衡密切相关[19]。有研究表明，当细胞内质网（endoplasmicreticulum，ER）产生折叠错误的蛋白质时，会激活未折叠蛋白反应（unfolded protein reaction，UPR）清除机制，清除错误折叠的蛋白，当ER 产生的错误折叠蛋白超出阈值，UPR 就会开启细胞程序性死亡[20]。UPR 还促进ROS 的产生。ER 应激、UPR以及ROS 都能激活NLRP3[21]。在Alexander[22] 研究中发现VEGF-A 增加会引起白内障这种眼部老化疾病，VEGF-A 在晶状体中增加会诱导氧化损伤以及IL-1β 表达增加。Jin 等[23] 研究发现，白内障患者晶状体的前囊膜组织中IL-1β 以及Caspase-1的蛋白、mRNA 表达水平均高于正常对照组。将Caspase-1 抑制剂加到用过氧化氢（hydrogenperoxide，H2O2）处理过的晶状体上皮细胞中，发现与单纯H2O2 处理过的晶状体上皮细胞相比，细胞焦亡明显减少，IL-1β 和Caspase-1 的蛋白、mRNA 表达也明显减少。Jin 等[24] 还发现lncRNAKCNQ1OT1 能通过miR-214 激活Caspase-1 途径，促进白内障形成。

2.4 细胞焦亡在其他眼科疾病中的研究进展

2.4.1 翼状胬肉 翼状胬肉紫外线的致病机制可以是直接的光毒效应也可以是间接形成氧自由基产生氧化应激损伤[25]。紫外线的辐射以及其他类型氧化应激，可以作为DAMPs 使细胞焦亡。焦亡发生后，IL-1β、IL-18 成熟分泌，进而引起细胞纤维化、异常增殖和凋亡等变化，最终形成翼状胬肉。Sun 等[26] 发现，在H2O2 处理的人翼状胬肉成纤维细胞和人结膜上皮细胞中存在依赖Caspase-1 的细胞焦亡，IL-1β、IL-18 等显著表达，当Caspase-1被抑制，IL-1β 和IL-18 的表达减少。

2.4.2 角膜炎 角膜炎可致角膜溃疡，角膜穿孔、眼内感染甚至失明。Qu 等[27] 研究发现缺乏免疫调节受体髓系细胞触发受体-2（triggering receptorexpressed on myeloid cells 2，TREM2）的鼠在感染铜绿假单胞菌后的角膜炎比野生型鼠更严重，这是因为缺乏TREM2 致使Caspase-1 水平升高，细胞焦亡激活，IL-1β 释放。赵文一[28] 研究发现GSDMD在真菌性角膜炎（aspergillus fumigatus，AF）患者的角膜组织中较正常人表达水平显著升高，小鼠AF模型中角膜GSDMD 的蛋白和mRNA 水平较正常组明显升高，在使用Caspase-1 抑制剂后GSDMD的上升趋势被显著抑制。

2.4.3 干眼症（dry eye，DE） DE 的主要原因是泪液渗透压升高和泪膜不稳定[29]，泪膜不稳定会导致泪膜以及角、结膜局部或弥散性高渗，上皮细胞以及常驻的炎性细胞释放炎性细胞因子，造成炎症反应[30]。目前有越来越多的研究能够证明DE 与炎症相关[31]。在Niu 等[32] 的研究中表明干燥综合征DE 和非干燥综合征DE 患者与对照组NLRP3的mRNA 和蛋白质相比均明显升高。Zheng 等[33]发现，在智能控制环境系统诱导的DE 小鼠模型中，ROS 的增加诱发NLRP3 炎性小体的活化，使IL-1β 增加。

2.4.4 青光眼相关视网膜损害 青光眼是以视网膜神经节细胞（retinal ganglion cell，RGC）死亡为主要病理特征的眼科疾病[34]。有研究发现青光眼患者视网膜中NLRP3 和Caspase-1 升高[35]；青光眼小鼠模型的急性期视网膜中有大量的NLRP3、Caspase-1、ASC、IL-1β，慢性期视网膜中NLRP3、Caspase-1、IL-1β 也明显增加，而在NLRP3 敲除模型中，视网膜Caspase-1、ASC、IL-1β 的增加均减少且RGC 的存活时间平均比对照组延长约一周[36]，说明细胞焦亡参与RGC 死亡。在青光眼病程中除了RGC，还有小胶质细胞也起到了非常重要的作用。有研究发现，将A2 腺苷受体拮抗剂注入Sprague-Dawley 高眼压鼠模型的玻璃体腔中，靶向抑制小胶质细胞的活化，能够下调促炎因子表达，降低细胞焦亡的发生水平[37]。

3 小结和展望

本文总结了细胞焦亡的具体执行过程以及细胞焦亡的两条途径，并叙述了细胞焦亡在部分眼科相关疾病方面的研究进展。随着对细胞焦亡以及眼科各种相关疾病的深入研究，研究者们对其认知更加清晰，虽然目前对AMD、ARCs、角膜炎、青光眼等疾病的发病机制尚未完全阐明，但随着细胞焦亡与这些疾病之间关系的逐渐揭露，为如何预防和治疗提供了一条新思路。