细胞焦亡在膀胱癌中的作用研究进展

郑满堂 崔振宇 田开赛 杨文增

膀胱癌是泌尿系常见的恶性肿瘤，易发生转移和复发。近年来，我国膀胱癌发病率和病死率呈上升趋势。膀胱癌的组织病理学类型以尿路上皮癌多见，主要包括非肌层浸润性膀胱癌（non muscleinvasive bladder cancer，NMIBC）和肌层浸润性膀胱癌（muscle-invasive bladder cancer，MIBC），其中NMIBC约占75%，MIBC 约占25%[1]。MIBC 侵及肿瘤肌层，更易发生转移，因此患者预后更差，生存率更低[2]。由于目前尚缺乏便捷有效的早期诊断手段，约1/4的患者在确诊时已发展为MIBC。新辅助化疗后行根治性膀胱切除术是MIBC 的标准治疗方式，主要通过术前一系列化疗缩小肿瘤体积，降低肿瘤分期，从而提高膀胱癌根治率，改善患者的预后。然而，患者对化疗药物耐受能力较差等问题，使得新辅助化疗的应用存在很大的局限性。近年来研究发现，细胞焦亡与肿瘤免疫微环境（tumor microenvironment，TME）和免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor，ICI）关系密切。细胞焦亡相关研究对膀胱癌的治疗（尤其是免疫治疗方面）具有重要的临床指导意义。本文就细胞焦亡在膀胱癌中的作用研究进展作一综述。

1 细胞焦亡

细胞焦亡又称为细胞炎性坏死，是一种由各种刺激引发的机体自身防御机制，属于细胞程序性死亡中的一种[3]。细胞焦亡依赖于胱天蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）-1、caspase-4、caspase-5、caspase-11，主要表现为细胞脂质双分子层膜上形成孔腔，细胞不断地膨胀直至细胞破裂，胞内炎性物质释放并诱发局部炎症反应。

经典的细胞焦亡途径依赖于caspase-1。caspase-1 由多蛋白复合物炎症小体介导活化后，可以介导细胞焦亡[4]。炎症小体可以感知危险，招募并活化caspase-1。而具有催化活性的caspase-1 可以诱导IL-1β、IL-18 的成熟，同时活化的caspase-1 特异性切割GSDMD 的N 端结构域并使其寡聚化，而释放的N 端结构域可以引起细胞膜裂解，使细胞内容物和IL-1β、IL-18 释放到胞外，从而引发炎症反应，诱导细胞焦亡[5-6]。

非经典的细胞焦亡途径主要依靠细菌脂多糖等物质激活细胞内caspase-4、caspase-5、caspase-11，从而引起细胞焦亡[7]。此外，Wang 等[8]发现caspase-3 切割GSDME 也可以引起细胞焦亡。

2 细胞焦亡与肿瘤的关系

细胞焦亡是一种主要由炎症小体触发并激活的程序性细胞坏死过程，与肿瘤之间关系密切。Tan 等[9]研究发现，抑癌基因DRD2 能调节乳腺癌微环境，促进巨噬细胞M1 极化，从而触发GSDME 依赖性的细胞焦亡。Yuan 等[10]研究发现，天然生物活性产物葫芦素B可以触发典型的细胞焦亡途径，并通过靶向Toll 样受体4 来抑制非小细胞肺癌的生长。宫颈癌相关研究发现，人乳头瘤病毒感染的宫颈癌细胞中焦亡信号传导受到抑制，与宫颈癌患者的不良临床结局有关[11]。在肺癌中，焦亡基因GSDMD 可以通过调节内在线粒体凋亡通路和表皮生长因子受体/蛋白激酶B 信号通路来抑制肿瘤增殖[12]。可见，细胞焦亡与不同来源的肿瘤有着密切的联系。

3 细胞焦亡对TME 的影响

研究表明，TME 在免疫治疗反应中起着关键作用，与肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltration lymphocyte，TIL）数量密切相关[13-14]。T 细胞表面分布着大量激活性分子和抑制性分子，这些分子可以参与免疫调节，其中抑制性分子又被称为免疫检查点。通常，免疫检查点可以减少免疫系统对正常组织的伤害，然而这一特点也会被肿瘤细胞利用，从而减少免疫系统对肿瘤细胞的攻击。ICI 消灭肿瘤的原理就是抑制免疫检查点恢复免疫系统对肿瘤细胞的攻击。TIL 含量低的肿瘤被称为“冷肿瘤”，对ICI 没有显著反应；相反的，对ICI 反应灵敏、TIL 含量高的肿瘤被称为“热肿瘤”[15-16]。有研究发现，细胞焦亡与TME 有关，细胞焦亡可以激活肿瘤相关的炎症因子释放以及淋巴细胞浸润。细胞毒性T 淋巴细胞也依赖于细胞焦亡来杀死肿瘤细胞。Zhang 等[17]研究发现，细胞毒性T 细胞释放的丝氨酸蛋白酶颗粒酶B 可以裂解GSDME，诱导靶细胞焦亡。当肿瘤中的GSDME 被激活时，它可能将免疫系统无法识别的“冷肿瘤”变成免疫系统可以控制的“热肿瘤”。Wang 等[18]研究证实，硼氨酸介导的生物正交切割系统可以选择性地释放肿瘤内Gasdermin 蛋白，进而触发细胞焦亡，提高机体高效的抗肿瘤免疫系统反应，同时发现Gasdermin 蛋白引起的肿瘤细胞焦亡可以有效调节TME。综上所述，细胞焦亡可以通过干预TME 从而影响免疫系统的抗肿瘤作用，这为肿瘤的免疫治疗带来了新的研究方向。

4 细胞焦亡用于膀胱癌预后评估及治疗方案选择的研究

4.1 基于细胞焦亡相关基因对膀胱癌预后的评估Fu 等[19]比较了414 个膀胱癌组织和19 个正常组织之间33 个细胞焦亡相关基因表达水平，结果发现13 个细胞焦亡相关基因被记录为差异表达基因，其中膀胱癌组织中9 个基因（AIM2、CASP3、CASP5、CASP6、CASP8、GSDMB、GSDMD、NLRP7 和PYCARD）表达上调，4 个基因（ELANE、IL6、NLRP1 和NLRP3）表达下调；进一步采用单变量Cox 比例风险回归模型分析显示，4 个基因（AIM2、CASP8、GSDMB 和GSDMD）与生存有关，并以此4 个基因为基础构建风险预测模型，根据中位风险评分将患者分为低风险组和高风险组，结果显示风险预测模型与总生存期显著相关，且高风险组患者死亡率更高，总生存期更短。

4.2 基于细胞焦亡相关非编码RNA 对膀胱癌预后的评估 非编码RNA 包括微小RNA（microRNA，miRNA）、长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）和环状RNA，均在细胞生长中发挥重要作用[20]。其中lncRNA 是长度超过200 个核苷酸的非编码RNA，不仅在表观遗传、转录和转录后水平调节基因表达，而且在染色质修饰、转录激活和干扰等生物活动中发挥作用[21-22]。大量证据表明，细胞焦亡相关的lncRNA 可能参与肿瘤细胞增殖和迁移，而异常的lncRNA 表达与肿瘤的发展、诊断和预后相关。

Lu 等[23]比较了膀胱癌组织和正常组织之间37 个公认的细胞焦亡相关基因的mRNA 相对表达量，结果发现多数基因表达存在差异，提示细胞焦亡与膀胱癌关系密切；进一步构建12-lncRNA 风险预测模型，并通过TNM 分期、临床病理特征、肿瘤微环境等临床资料对这个模型进行评估和验证。Lu 等[24]从癌症基因组图谱数据库中选取膀胱癌患者的RNA 测序转录组数据，通过多变量Cox 比例风险模型分析鉴定出4个与细胞焦亡相关的lncRNA，即AL121652.1、AL161729.4、AC007128.1和AC124312.3；随后构建风险预测模型，根据中位风险评分将患者分为低风险组和高风险组，发现低风险组总生存期优于高风险组。该研究表明，基于细胞焦亡相关的4个lncRNA的风险预测模型可以独立预测膀胱癌患者的生存预后。Lia 等[25]确定了8 个与细胞焦亡相关的lncRNA，并探讨这8个lncRNA表达与临床病理因素之间的关系，结果发现2 个lncRNA（MIR100HG、AC010731.2）是患者预后不良的危险因素，6 个lncRNA（AL450384.2、IPO5P1、AC034229.4、TNFRSF14-AS1、PSMB8-AS1、LINC02446）是患者预后的保护因素；同时发现AL450384.2、IPO5P1、LINC02446、TNFRSF14-AS1 与T 分 期 显 著 相 关，AL450384.2、MIR100HG、IPO5P1、TNFRSF14-AS1 与N 分期显著相关，PSMB8-AS1 与M 分期显著相关，IPO5P1 与性别显著相关。以上述8 种lncRNA 为基础构建风险预测模型，根据中位风险评分将患者分为高风险组和低风险组，结果发现低风险组总生存期较高风险组长。笔者发现以细胞焦亡相关lncRNA 为基础构建的风险预测模型可以作为预测膀胱癌患者预后的可靠依据，而且不同的lncRNA 与不同临床病理因素具有一定的相关性，可以考虑从基因水平上对膀胱癌患者的预后进行精确预测。

4.3 细胞焦亡在MIBC 中的应用 虽然MIBC 在所有膀胱癌中的占比较低，但是MIBC 侵及肿瘤肌层，更易发生转移，患者的预后往往更差。化疗是MIBC 的首选治疗方式，尽管与单纯手术相比，围术期含铂化疗药物的使用能提高膀胱癌患者的总体生存率，但对于MIBC 的治疗并没有取得重要突破。对铂类难治性MIBC 患者的ICI 研究开启了晚期膀胱癌治疗的新篇章。然而，目前免疫治疗仍存在治疗费用高、治疗时间长等问题。有学者发现ICI 仅对12%左右的患者治疗效果较好，因此提前预测ICI 治疗效果有助于节约治疗成本[26]。目前许多生物标志物，包括基于基因表达、DNA 甲基化和拷贝数变异的特征，已被证实在MIBC 中具有一定的预后意义，但是它们对免疫治疗疗效并无明确的指示作用[27-29]。因此，寻找用于MIBC风险分层和临床治疗指导（尤其在免疫治疗方面）的潜在标志物具有重要临床意义。

Zhang 等[30]研究发现，MIBC 的细胞焦亡特征与免疫调节剂的表达、癌症免疫周期的活性和肿瘤浸润免疫细胞浸润程度等有关，并建立了一种与细胞焦亡表型相关的免疫学特征、基因组改变和临床特征的细胞焦亡相关基因评分（pyroptosis related gene score，PRGScore），旨在量化MIBC 细胞焦亡状态，结果显示PRGScore 越高，CD8+T 细胞效应功能、抗原加工处理能力越强，ICI 治疗效果越好。这表明PRG-Score 是识别对ICI 敏感人群的重要指标，有助于MIBC 治疗方案的选择，降低治疗时间和费用成本。

5 小结

ICI 研究为膀胱癌的免疫治疗带来了重大突破，但也存在治疗费用高、治疗时间长等问题。而细胞焦亡与膀胱癌患者免疫治疗效果以及生存预后关系密切。基于细胞焦亡相关基因构建的风险预测模型可以独立预测患者的预后。细胞焦亡与机体免疫系统也有着密切联系，可以激活肿瘤相关炎症因子释放以及淋巴细胞浸润，并改变机体对肿瘤的免疫应答效果。Zhang 等[30]建立的基于与细胞焦亡表型相关的免疫学特征、基因组改变和临床特征的PRG-Score，可作为判断患者是否适合应用ICI 治疗的重要依据。不同细胞焦亡相关基因与不同临床病理特征相关，因此进一步分析并确认与细胞焦亡相关基因有关的临床病理特征，有助于实现膀胱癌在基因水平的精准治疗。