陈小敏，丁媛

(1.新疆医科大学研究生院，乌鲁木齐 830000； 2.新疆维吾尔自治区人民医院皮肤性病科，乌鲁木齐 830000)

细胞焦亡(pyroptosis)一词来源于希腊词根pyro，与火或热有关，ptosis表示下降。细胞焦亡首先由Cookson等[1]在沙门菌感染的巨噬细胞中发现并提出，用来描述伴随炎症反应的细胞程序性死亡方式。细胞焦亡由细胞模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)识别病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMPs)和损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)，活化胱天蛋白酶(caspase)后裂解蛋白GSDMD(gasdermin-D)，促进炎症小体的转录和表达以及炎症因子白细胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-18的分泌，最终导致细胞焦亡[2]。银屑病、白癜风、系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)、特应性皮炎是皮肤科常见的自身免疫性疾病，发病机制尚不清楚，目前认为是遗传、环境、免疫、精神心理等因素共同作用的结果，尚无满意的治疗方法，且病情反复发作，对患者身心健康造成严重影响。近年研究发现，细胞焦亡与多种疾病的发生发展有关，包括免疫性疾病、心血管疾病、神经系统疾病、感染性疾病、肿瘤[3]。现就细胞焦亡的形态学特征、机制及其在银屑病、白癜风、SLE、特应性皮炎等自身免疫性皮肤病中的研究进展予以综述，以期为细胞焦亡治疗皮肤病的研究提供新的思路。

1 细胞焦亡的形态学特征和机制

1.1细胞焦亡的形态学特征 在形态学上，细胞焦亡与细胞凋亡、细胞坏死有区别也有共同点，见表1[4-5]。焦亡细胞的细胞核形态完整，无核碎裂，但有细胞核固缩、染色质断裂。在细胞形态上，焦亡细胞的细胞膜上孔隙形成导致细胞完整性丧失，细胞内容物释放、通透性增加和炎症反应，最终导致细胞膜破裂和溶解[3]。通过caspase介导细胞焦亡的经典途径和非经典途径，裂解GSDMD，在细胞膜上形成孔，引起细胞肿胀和渗透溶解。GSDMD是GSDM家族的一员，位于人第8号染色体，存在于细胞质中，主要介导细胞焦亡。GSDMD被caspase活化后，裂解成可溶于细胞质的亲脂性N端以及可嵌入细胞膜的亲水性C端。GSDMD-N端中心结构为延伸的折叠，GSDMD-C端是一个α螺旋组成的袋状结构，对GSDMD-N端有抑制作用，因此未经激活的GSDMD-C端对GSDMD-N端具有自抑制作用。裂解后的GSDMD-N端结构域能特异性地识别并结合细胞膜内侧的膜脂，而后在细胞膜上形成10～14 nm 的GSDMD孔，引起细胞内外渗透压变化、细胞肿胀和细胞膜裂解，引起IL-1β和IL-18等炎症因子渗出及诱发炎症级联反应[6]。

1.2细胞焦亡的经典途径 细胞焦亡的经典途径由炎症小体活化的caspase-1介导。焦亡细胞的PRR与PAMPs或DAMPs结合后，激活炎症小体，促进细胞焦亡的发生。炎症小体由细胞质内的PRR、凋亡相关斑点样蛋白和caspase-1前体组成，当细胞受到内源性或外源性损伤时，PRR可识别PAMPs或DAMPs，促进炎症小体的活化[7]。经典炎症小体的PRR主要有核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein，NLRP)家族1、NLRP3、NLRP家族半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶募集域蛋白质4、黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2，AIM2)受体和pyrin[8]。caspase-1前体被炎症小体募集后，二聚化发生解朊反应，生成2个亚单位p10a和p20，最终完成活化。caspase-1活化后可切割细胞焦亡的效应蛋白GSDMD，产生GSDMD-N端和GSDMD-C端结构域，GSDMD-N端结构域具有脂选择性，可与真核细胞膜特有的磷磷脂酰肌醇和原核细胞膜特有的含磷脂脂质体的磷脂酰胆碱结合，聚合形成中空环状低聚物，在细胞膜形成微孔，钾外流钠内流引起细胞内外渗透压改变，进而细胞肿胀破裂，细胞内容物和IL-1β和IL-18等炎症因子释放，导致炎症级联反应[9]。

1.3细胞焦亡的非经典途径 人caspase-4、caspase-5，鼠的caspase-11介导细胞焦亡的非经典途径。革兰阴性菌的脂多糖刺激细胞后，caspase-4、caspase-5、caspase-11直接与脂多糖的脂质A结合，或者通过NLRP3炎性小体通路来活化caspase-1，裂解GSDMD成为GSDMD-N端和GSDMD-C端，进而引起细胞膜破裂溶解及炎症因子IL-1β和IL-18等分泌释放[10]。此外，细胞膜上小分子出入的pannexin-1通道被活化的caspase-4、caspase-5、caspase-11激活后，释放ATP，激活ATP依赖的细胞膜通道P2X7在细胞膜上形成微孔，或通过促进NLRP3炎症小体的激活，诱发细胞焦亡[11-12]。

表1 细胞凋亡、坏死、焦亡鉴别表

2 细胞焦亡与相关自身免疫性皮肤病

2.1银屑病 银屑病是一种与遗传、自身免疫、环境等因素有关的慢性炎症性皮肤病，临床主要表现为红斑、鳞屑，病理特征为角质形成细胞角化不全、大量免疫细胞浸润、血管生成过度。银屑病发病机制复杂，目前尚无令人满意的治疗方法，因此深入研究银屑病的发病机制十分重要。细胞焦亡可能参与银屑病的发生发展。NLRP1、NLRP3炎症小体是胞质型NOD样受体家族的典型代表，各种内外因素引起NLRP1、NLRP3炎症小体与凋亡相关斑点样蛋白结合或直接激活caspase-1引起IL-1β及IL-18释放，引发细胞焦亡[9]。多项研究表明，多种细胞焦亡相关炎症小体及重要细胞因子在银屑病患者皮损及外周血中高表达，Salskov-Iversen等[13]检测到银屑病皮损中NLRP1的高表达，免疫组织化学显示，NLRP3在银屑病皮损角质层和真皮乳头层高度表达，实时荧光定量逆转录聚合酶链反应和蛋白印迹法显示，银屑病皮损中NLRP3的表达水平是正常组织的4.5～5.3倍，银屑病皮损中caspase-1的表达水平是正常组织的3.2～4.4倍，IL-1β在银屑病皮损中的表达是正常组织的3.7～5.6倍[14]。此外，NLRP3还可通过CD100-PlxnB2途径参与银屑病的发病，银屑病患者皮损角质形成细胞上PlxnB2的表达明显增加，血清及皮损角质形成细胞中的可溶性CD100和膜结合CD100水平均升高，CD100和PlxnB2结合通过激活核因子κB和NLRP3炎症小体，促进银屑病角质形成细胞的炎症反应[15]。

角质形成细胞中AIM2炎症小体的激活是炎症性皮肤病发展和维持的另一个潜在触发因素。Dombrowski等[16]研究发现，银屑病患者皮损中的AIM2信使RNA表达量较健康对照组及非皮损区高，且γ干扰素是AIM2引发银屑病必不可少的细胞因子。AIM2炎症小体是细胞焦亡的重要参与者，银屑病角质形成细胞表达的功能性AIM2炎症小体，通过与细胞质双链DNA结合引起IL-1释放[17]。

IL-1β、IL-18是细胞焦亡的重要效应细胞因子，同时也与银屑病的发生、发展有重要关系，IL-1β与真皮T细胞的IL-1受体结合诱导其增殖，产生IL-17以及刺激角质形成细胞分泌趋化因子[18]。IL-17是银屑病发病机制的关键因子，针对IL-17的多种生物制剂已广泛用于银屑病的治疗，且取得良好疗效。IL-18作为细胞焦亡的另一效应细胞因子，其在银屑病患者血清中的水平与银屑病面积及严重程度相关，早期活跃和进展期斑块型银屑病皮损中的IL-18表达水平较正常对照和稳定期高[19]。多种细胞焦亡相关炎症小体和效应细胞因子参与银屑病的发病。

2.2白癜风 白癜风是一种常见的慢性自身免疫性皮肤病，其特征是T细胞介导的黑素细胞破坏，细胞焦亡相关炎症小体及细胞因子与白癜风的发病机制有关。Levandowski等[20]对家族性白癜风患者NLRP1测序的关联分析显示，rs12150220(L155H)是与白癜风相关最显著的单一变体，L155H是高风险单倍型2A和3共有的预测的唯一有害替代，M1184V能显著提高NLRP1多肽翻译后自蛋白水解激活率。NLRP1启动子和编码区中的单核苷酸多态性与白癜风遗传易感性相关[21]。此外，NLRP1构象变化引发caspase-1过度激活，导致免疫细胞中IL-1β和IL-18生成增加[22]。

NLRP3炎症小体的激活见于多种炎症性疾病，也参与白癜风的发病。Li等[23]研究发现，白癜风患者皮损角质形成细胞中NLRP3和IL-1β表达持续增高，且IL-1β水平与疾病活动性和严重程度相关。氧化应激通过瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员2促进角质形成细胞NLRP3炎症小体的激活，经IL-1β通路参与黑素细胞的死亡，有可能成为白癜风的治疗靶点。靶向和抑制NLRP3炎症小体相关作用途径可能成为白癜风的一种治疗方法。曲尼司特可以通过干扰NLRP3寡聚作用阻止角质形成细胞分泌IL-1β，减少黑素细胞死亡，促进黑素生成及优化黑素小体的移位。此外，曲尼司特可减轻氧化应激下角质形成细胞分泌IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子-α和IL-18等炎症细胞因子，可能成为治疗白癜风的有效方法[24]。

2.3SLE SLE是一种可累及多系统的自身免疫疾病，其特征为全身性炎症和器官损伤相关的抗核抗体的产生，与遗传和感染诱发有关。感染诱发SLE时，激活炎症小体诱导细胞焦亡，释放的细胞内容物作为DAMPs引起进一步的炎症反应。细胞焦亡可导致完整细胞核的释放，可能与狼疮细胞形成有关[25]。Yang等[26]研究发现，SLE男性患者免疫细胞中AIM2基因表达水平升高，而女性SLE患者AIM2表达增加或减少。此外，与健康同胞兄弟姐妹相比，SLE患者AIM2基因的甲基化降低，表明AIM2差异表达或表观遗传学变化可能与SLE的发生发展有关。在小鼠模型中，AIM2与SLE的发病机制亦有关，AIM2蛋白对炎症小体的激活起重要作用，介导IL-1β、IL-18的分泌和细胞焦亡。此外，AIM2基因缺乏也增加了β干扰素的组成性表达和p202蛋白的表达，而p202蛋白在雌性小鼠中的表达增加与SLE的发生有关[27]。

与健康对照组相比，SLE患者外周血NIMA相关蛋白激酶7、NLPR3和凋亡相关斑点样蛋白水平较健康对照组低，caspase-1、IL-1β和IL-18的表达水平较高。NIMA相关蛋白激酶7、NLRP3和凋亡相关斑点样蛋白的信使RNA水平与疾病活动性呈负相关，而与IL-1β和IL-18呈正相关，且与普通狼疮组相比，狼疮性肾炎的上述特征更明显[28]。狼疮性肾炎是由SLE引起的肾脏炎症性疾病，是SLE死亡的主要原因。NLRP3炎症小体的激活与狼疮性肾炎的发病有关，提示其可能是治疗狼疮性肾炎的潜在靶点[29]。NLRP3炎症小体在SLE的发展中起关键作用，调节NLRP3信号通路可能有助于控制SLE的炎性损害[30]。有关NLRP3炎症小体多条通路的小鼠模型及体外实验表明，抑制NLRP3相关通路可减轻小鼠SLE病情并降低相关细胞因子水平[31-32]。

细胞焦亡效应分子GSDMD也参与了SLE的发病。通过对咪喹莫特诱导的小鼠模型的研究显示，Gsdmd-/-小鼠的死亡率增加，GSDMD对组织损伤后自身抗原的产生和免疫失调有负性调节作用，可能在SLE中起着重要的保护作用[33]。

2.4特应性皮炎 特应性皮炎是以反复发作的慢性湿疹样皮疹为主要表现的自身免疫性疾病，与遗传、皮肤屏障改变、免疫功能异常、环境等因素有关，具体发病机制尚不十分明确。Macalus等[34]通过德国特应性皮炎患者与正常人群的7个NLR基因(CARD4、CARD15、CARD12、NALP1、NALP3、NALP12、MHC2TA)中的23个单核苷酸多态性的基因分型分析发现，NLRP1与特应性皮炎的严重程度有关。病例对照研究显示，NLRP1 rs12150220与特应性皮炎的总体易感性有很强的相关性[35]。

NLRP3炎症小体在特应性皮炎中的作用尚存在争议，Niebuhr等[36]研究发现，特应性皮炎患者皮损组织中NLRP3和caspase-1的表达水平明显降低，γ干扰素可上调NLRP3。中波紫外线通过NLRP3炎症小体途径可加重特应性皮炎小鼠的炎症反应，而caspase-1抑制剂可以部分逆转照射的影响[37]。但Schwartz等[38]研究发现，特应性皮炎小鼠模型的炎症不依赖于NLRP3炎症小体的激活，但需要IL-1β和IL-1受体1信号转导。抗IL-1β抗体治疗可减轻皮肤炎症反应，而NLRP3炎症小体抑制剂MC950治疗并不能改善皮肤炎症。

3 小 结

随着细胞焦亡的发现及其深入研究，细胞焦亡分子机制及其在多种疾病中的作用机制逐渐被了解，为疾病的诊断、治疗、预防提供更多的可能，但其具体机制仍有待进一步探讨。多种细胞焦亡相关的炎症小体、细胞因子参与了银屑病、白癜风、SLE、特应性皮炎的发病。各种针对细胞因子的生物制剂已用于临床皮肤病的治疗，且临床治疗效果良好。针对细胞焦亡过程的含有多种炎症小体和细胞因子的小分子药物治疗效果的实验性研究的结果良好。因此，深入研究细胞焦亡的机制、重要焦亡相关因子caspase-1、caspase-4、caspase-5、caspase-11、炎症小体NLRP1/NLRP3/AIM2、细胞焦亡的执行者GSDMD、细胞因子IL-1β/18，有助于加深对其在皮肤病发生发展和转归中作用的认识，为探索系统性、难治性自身免疫性皮肤病的病因、发病机制及防治提供新的靶点和方向。