基于细胞焦亡探讨化瘀解毒法防治子宫内膜异位症*

方婷,任存霞,杨嘉琳,张强

内蒙古医科大学,内蒙古 呼和浩特 010059

细胞焦亡(pyroptosis)是细胞死亡的一种方式,而细胞死亡是机体特殊的一种生理或病理过程,对维持组织形态和功能运转发挥着重要的作用[1]。细胞死亡的方式主要有程序性细胞死亡和细胞坏死两种[2],细胞焦亡不同于以往传统的细胞死亡,也与细胞凋亡不同,它是近年发现的一种由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate-specific proteinase,Caspase)介导的产生激烈炎症反应的新型炎性细胞程序性死亡方式,现今已作为一种普遍的固有免疫效应机制而被学者广泛深入的研究[3]。近年来,越来越多的研究证实,细胞焦亡参与了子宫内膜异位症(endometriosis,EMS)的病理过程,可否将传统中医学与细胞焦点相结合将会是未来新的研究方向。本文就细胞焦亡机制、细胞焦亡在子宫内膜异位症发病过程的作用、中医对细胞焦亡与EMS的认识以及基于细胞焦亡中医药防治EMS的机制等进行阐释。

1 细胞焦亡之途径

细胞焦亡的整个过程是由炎性Caspase介导完成的,当机体细胞受到异物刺激后,首先细胞内支架蛋白、接头蛋白、效应蛋白所组成的炎症小体被触发,而后激活Caspase对消皮素(gasdermin,GSDM)家族蛋白进行切割,并与内膜脂质相结合形成膜孔,引起胞膜内外渗透压改变失衡致使细胞肿胀、细胞膜破裂,大量细胞内容物和炎性因子被释放,最终使细胞核浓缩,DNA断裂发生炎性死亡。细胞焦亡的发生根据依赖介导物质不同而分为经典途径和非经典途径[4-5],除此之外还有Caspase-3/GSDME、 Caspase-8/GSDMD/GSDMC和颗粒酶介导的焦亡途径。

1.1 经典途径经典细胞焦亡途径是由各种炎性小体激活Caspase-1介导的通路[6]。当机体受到细菌、病毒等胞外和其他胞内危险信号如三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)的刺激后,胞质模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)包括核苷酸结合寡聚结构域样受体、黑色素瘤缺失因子2(absent in melanoma 2,AIM2)和pyrin蛋白等,作为胞内分子感受器,首先接收危险信号后,通过接头蛋白ASC(apoptosis-associated speck-like protein contain a CARD)与半胱氨酸蛋白酶-1的前体(pro-caspase-1)结合形成炎性小体,进而促进pro-caspase-1分化为有活性的Caspase-1,可以加入GSDMD的切割,消除GSDMD的C末端对N末端的抑制作用,使具有介导质膜成孔功能的N末端被释放出来[7],发挥此功能的主要是具有细胞毒性的P30片段[8],此片段可诱导细胞膜穿孔形成直径约10～16 nm的孔洞,使细胞内外渗透压失去平衡,大量水分子进入细胞内,细胞肿胀、细胞膜破裂,大量炎症因子释放到细胞外,而使细胞焦亡发生。同时Caspase-1切割白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-18的前体,促使其形成具有活性IL-1β、IL-18,并分泌到细胞外,募集更多炎症细胞,进而扩大炎症反应[9]。整个过程中,可以说炎性小体是火源,Caspase-1是导火索,GSDMD是火药,三者缺一不可。

1.2 非经典途径在应激条件下,Caspase-4,5,11的前体可以通过card N端结构域直接与革兰阴性菌的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)结合并被激活为Caspase-4,5,11,进而表现出蛋白酶活性,然后可以直接切割 GSDMD成为GSDMD-N,GSDMD-N在细胞膜上形成质膜孔从而诱导细胞焦亡[10]。此外,不同于依赖Caspase-1的细胞焦亡经典途径,Caspase-4,5,11不可以直接对IL-1β和IL-18的前体进行切割,只能在某些细胞中通过NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)激活Caspase-1,进而切割IL-1β和IL-18的前体,促使其形成具有活性的IL-1β和IL-18,并分泌到细胞外,引起细胞炎症性死亡[11],同时可通过刺激缝隙连接蛋白-1(Pannexin-1)通道开放,释放ATP后致K+释放也可以触发NLRP3激活Caspase-1,最终导致IL-18和IL-1β成熟和释放[12-13]。

1.3 其他途径GSDME是GSDM蛋白家族中的一员,GSDME高表达的细胞经过Caspase-3激活介导的GSDME活化可以诱导细胞焦亡发生[14]。研究发现,在化疗药物的作用下,癌细胞中被激活的Caspase-3可诱导GSDME蛋白的裂解,形成具有活性的GSDME-N末端,随后促进细胞发生焦亡[15-16]。有研究发现,Caspase-8可以诱导GSDMD[17]和GSDMC[18]的切割以引发细胞焦亡,Caspase-6,7可以剪除GSDMB的C末端,进而释放N末端,在细胞膜发挥穿孔作用,最终引起细胞焦亡[19]。

此外,还有一种由颗粒酶介导的细胞焦亡途径。颗粒酶主要是由细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)和自然杀伤(natural killer,NK)细胞所释放的一种蛋白酶,一般情况下正常人体内有5种颗粒酶,分别为颗粒酶A、B、H、K、M。Zhang等[20]发现,颗粒酶B可以通过剪切GSDME使之成为GSDME-N于细胞膜打孔,最终使细胞肿胀破裂,发生细胞焦亡。

2 细胞焦亡与EMS的发生密切相关

EMS是指有活性的子宫内膜细胞种植在子宫腔内膜以外的部位,简称内异症[21],其发病机制复杂,与恶性肿瘤有相似之处,包括附着和浸润。由Sampson等[22]提出的经血逆流种植学说被认为是本病发生的重要因素,逆流入盆腔经血中的一些子宫内膜细胞和间质细胞可以触发机体免疫系统而发生免疫炎症反应,但是当免疫细胞不能及时彻底地清除异位子宫内膜细胞时,机体免疫系统长期处于激活状态。因此,慢性炎症反应一直伴随EMS的整个病程。研究证实,EMS患者的体内炎性因子 IL-1β、IL-16水平明显高于正常人,这些炎性因子可以通过刺激机体某些炎症细胞进而释放炎性小体,激活caspase-1而发生经典细胞焦亡途径,此途径参与了EMS的发病过程[23]。Zhang等[24]研究发现,在EMS慢性炎症过程中,也可以通过激活caspase-3,之后在依赖caspase-3/GSDME介导的途径下发生细胞焦亡。三重基序蛋白24 (tripartite motif containing 24,TRIM24)是炎症反应的负调节剂[25-28]。有研究证实,TRIM24基因的缺失能促进NLRP3的泛素化,进而激活caspase-1介导的经典细胞焦亡途径,分泌IL-1β和 IL-18[23]。杭远远等[29]通过实验研究发现,大鼠子宫内膜异位症模型组的子宫内膜组织中TRIM24明显低于正常组,而NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡相关蛋白的表达明显升高,IL-1β、IL-18 的浓度显著升高。通过上述研究结果表明,细胞焦亡在子宫内膜异位症中的发病过程中起到了促进炎症反应发生的作用。

3 细胞焦亡为中医学探讨EMS发病机制提供新思路

EMS多见于中医古籍关于“痛经”“癥瘕”“月经不调”和“不孕”等论述中。《金匮要略方论》曰：“经水不利,少腹满痛”“妇人年五十所……曾经半产,瘀血在少腹不去……”《评校柳选四家医案》谓：“痛经数年,不得孕育,经水三日前必腹痛,腹中有块凝滞……询之闺阁之时无是病,既嫁之后有是疾。”异位后的子宫内膜在体内相关激素的调控下发生规律性脱落、出血,但是由于血液无法排出体外,滞留于病灶而成为“离经之血”。唐容川《血证论》云：“既是离经之血,虽清血、鲜血,亦是瘀血。”“瘀”是EMS发病的主要病机,瘀阻胞宫,血脉不通,不通则痛,发为痛经;瘀久成积,发为瘕;旧血不祛,新血不能归经,则月经失调;久之则阻碍精卵结合,难以受孕,为不孕。在一项Meta分析中发现,活血化瘀法可显著提高EMS的临床治愈率、妊娠率,同时也可降低复发率,缓解痛经程度[30]。“毒”为毒邪,这一概念在中医学内涵颇广,是指对机体产生危害的所有致病因素。姜良铎等[31]提出了毒有内外之分,内毒是在机体脏腑受损,阴阳失调,气血不畅的条件下产生的病理产物,这与EMS长期处于慢性炎症状态相符。连方等[32]根据多年临床经验,结合国内外的研究,从毒论治,提出了血瘀蕴毒伤络是引起EMS气血阴阳失调的根本,二者关系密切,瘀之久可转化为毒,毒蕴日久,新血不生则血瘀不消。因此,临床治疗EMS多以活血化瘀解毒为大法。

早期的经血逆流种植学说被认为是EMS的主要发病机制,随着科学研究及医疗能力的提升,越来越多的研究发现,腹腔及盆腔微环境的改变才是此病发病的关键所在。维持微环境的稳定离不开机体由各个系统分泌的细胞因子,人体是一个完整的整体,一旦某个微小环境异常,则易整体发生病理改变。“微环境的稳定”可以认为是中医的阴阳平衡,阴阳平衡则机体各项机能正常运转,此为“阴平阳秘,精神乃治”。细胞焦亡具有双重效应,从某种意义上来说,细胞焦亡本身可能处在一种动态的平衡之中,可使机体保持阴阳平衡[33]。近年来,有研究者提出细胞焦亡是气虚、痰浊、血瘀理论在细胞层面上的微观体现,焦亡不足在微观方面可能表现为阳气亏虚,痰浊瘀血堆积;焦亡过度则炎性细胞浸润、炎性因子增多而致炎症状态反复出现。由此可见,通过调节炎症因炎性小体而抑制细胞焦亡达到减轻炎症反应;诱导异位子宫内膜细胞焦亡可以缩小病灶而起到防治EMS的作用。

4 基于细胞焦亡浅析活血化瘀解毒类中药防治EMS的作用机制

活血化瘀解毒是中医防治EMS的主要治疗原则,可能的作用机制为：(1)通过缩小异位病灶范围,缓减盆腔粘连情况;(2)抑制炎症因子的释放,减少炎性细胞的浸润而改善炎症反应;(3)活血化瘀解毒中药可能促进Caspase-3表达,进而诱导异位内膜细胞焦亡达到缩小异位病灶的作用[34]。这也说明活血化瘀解毒可以调控细胞焦亡。目前,也发现有很多中药可以通过益气活血、化痰解毒等方法而干预细胞焦亡[35]。

4.1 抑制正常子宫内膜细胞焦亡减轻炎症反应桂枝茯苓丸是治疗EMS的常用药物[36],具有活血化瘀消癥的功效。《金匮要略·妇人妊娠病脉并治》曰：“所以血不止者,其癥不去故也,当下其癥,桂枝茯苓丸主之。” 蔡小荪教授在桂枝茯苓丸的基础上酌情加入些许化结消癥之药化裁为蔡氏内异方,用于治疗EMS,结果发现,本方可以增加TRIM24的表达,显著抑制由NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡相关蛋白(NLRP3、Pro-Caspase-1、Caspase-1、Pro-IL-1β、IL-1β及GSDMD)的表达,减少炎性因子IL-1β和IL-18的释放[29],进而治疗EMS。梁文杰[37]通过实验发现,运用化瘀解毒中药(由黄芪、醋鳖甲、僵蚕、乌梢蛇、地龙、赤芍、丹参、黄芩、金银花、蒲公英、大黄组成)可以下调NLRP3表达从而抑制炎性因子分泌、并抑制Caspase-1介导的细胞焦亡。由此可见,这也是化瘀解毒药通过减轻炎症反应治疗EMS的机制。虎杖具有活血解毒的功效,发挥此作用的主要成分为白藜芦醇,它可通过肺腺癌转移相关转录本-1抑制NLRP3炎症小体的激活[38]。虎杖苷同样是源于草本植物虎杖,具有抗感染效应[39]。Zou等[40]发现,虎杖苷可下调细胞中NLRP3、ASC和caspase-1的表达水平。潘群玉等[41]通过实验研究发现,活血通络解毒汤联合孕三烯酮可显著降低血瘀蕴毒型子宫内膜异位症患者血清炎性因子水平,减轻炎症反应。相关研究[42]发现,中药玫瑰花中含丁香油酚、香茅醇、橙花醇等成分,红藤含β-谷甾醇、大黄素、大黄素甲醚等成分,金银花含异绿原酸、绿原酸等成分,以上成分均有抗菌和抗感染作用,可减轻机体炎症反应。发挥抑炎作用是否通过干预细胞焦亡引起,这是针对活血化瘀解毒法治疗EMS值得研究的方向。丹参具有活血化瘀的功效,是治疗EMS的药物之一,丹参酮ⅡA和丹酚酸B是主要成分,有研究发现,这两种成分都可以通过下调NLRP3、Caspase-1、IL-1β的表达,进而抑制细胞焦亡[43-44],且与丹参酮ⅡA浓度呈正比。

4.2 诱导异位子宫内膜细胞焦亡抑制其迁移内异方由土茯苓、土鳖虫、土贝母、鬼箭羽、大血藤、连翘、香附、黄芪、乌药等药物组成,具有活血化瘀、解毒通络的功效。实验研究发现,内异方其可以促进EMS大鼠细胞增殖及凋亡,提高Caspase-3的表达[45],由此可见,本药可诱导由Caspase-3介导的异位内膜细胞焦亡而缩小异位病灶。妇痛宁颗粒由血竭、莪术、三棱、穿山甲、丹参、鳖甲、皂角刺、海藻、薏苡仁组成,具有活血化瘀消癥的功效。现代研究发现,妇痛宁颗粒可以明显提高EMS大鼠NK细胞活性[46],而在颗粒酶B介导的细胞焦亡途径中,NK细胞可以激活颗粒酶B进而促进GSDME活化发生异位内膜细胞的肿胀破裂,最终防治EMS。姜黄素是中药姜黄的主要活性成分,具有行气破瘀的功效,是治疗EMS的药物之一,可以通过促进GSDME蛋白活性,诱导细胞焦亡进而抑制异位子宫内膜细胞的浸润和迁移[47]。《薛氏医案》曰：“人参但入肺经,助肺气而通经活血,乃气中之血药。”虽为气药,但气为血之帅,气足则血行通畅,血瘀得化,EMS患者病久势必气虚,会进一步加重瘀血,人参具有补气活血化瘀的功效,人参皂苷Rh2是其主要成分之一,实验研究证实,人参皂苷Rh2可以通过增强caspase-3的表达诱导异位子宫内膜细胞焦亡而缩小病灶[48]。

5 小结

EMS是妇科疾病中的一种常见病、疑难病,具有易复发、并发症较多的特点,对于妇女的正常生活有着不可小觑的影响。因此,寻找一种有效的治疗手段极为重要。近年来,对于EMS的治疗,西医主要以激素类药物及手术治疗为主,但不良反应大且难以根治,中医药治疗EMS疗效确切且复发率低。

细胞焦亡是近些年发现的一种新型的细胞死亡方式,与多种系统疾病的发生发展有着密切关系,如呼吸系统、神经系统、免疫系统、心脑血管系统及内分泌系统等。目前,关于细胞焦亡的研究多集中于动脉粥样硬化、肿瘤、酒精性脂肪性肝病和梗阻性肾病等,而围绕子宫内膜异位症开展的关于细胞焦亡研究较少,尤其是通过诱导细胞焦亡防治子宫内膜异位症方面,但也有部分研究已经证实,细胞焦亡与子宫内膜异位症炎症反应及子宫内膜迁移关系密切,化瘀解毒类中药如赤芍、丹参、金银花、血竭、莪术等则具有抗感染和抑制子宫内膜细胞迁移的作用。因此,化瘀解毒类中药是否通过基于细胞焦亡而发挥上述作用,最终达到治疗子宫内膜异位症的目的,将会成为今后新的研究方向,以便更深层次、更广维度的基于细胞焦亡角度探讨中医防治子宫内膜异位症的作用机制,将中医学与现代医学完美结合,为临床防治子宫内膜异位症提供理论依据。