前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的細胞焦亡參與腎臟損傷分子機制的研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：細胞焦亡是受外界環境刺激而誘發細胞程序性炎性死亡的一種方式，此過程依靠Caspase-1/4/5/11的過表達。已有研究表明，細胞焦亡與許多疾病密切相關，如急性腎損傷、糖尿病腎病和腎結石等。從機制上出發，調節細胞焦亡有2種途徑，一條由經典通路Caspase-1調控，另一條由非經典通路Caspase-4/5/11調控。大量研究證實細胞焦亡參與腎病的生理過程。該文著重介紹細胞焦亡與腎臟損傷分子機制進行概述，為腎臟疾病的防治和研發特效藥提供新的思路。
關鍵詞：細胞焦亡；信號通路；急性腎損傷；糖尿病腎?。荒I結石
0引言
根據細胞形態、細胞死亡分子機制和生物學特性將細胞死亡分為3種類型，即細胞凋亡、自噬和壞死[1]。已被研究的程序性壞死主要包括線粒體通透性轉換孔依賴性壞死、壞死性凋亡、鐵死亡和細胞焦亡[2-5]。細胞焦亡與凋亡區別在于細胞焦亡為不可控，且受外部條件刺激為誘因。在形態學上細胞焦亡特征表現為細胞發生膨脹，隨后細胞膜和細胞質發生裂解，并釋放各類細胞器及炎癥因子最終引起炎癥反應。細胞凋亡受基因程序的控制,具備可調控性，細胞內部可直接誘發，其表征表現為細胞體積減小、線粒體損傷、細胞膜完好無損、通過電鏡可觀察到凋亡小體[6]。在某些疾病中細胞發生死亡并不局限于1種方式，而是幾種細胞死亡方式共存，如細胞焦亡、細胞凋亡、細胞程序性壞死、鐵死亡和自噬等在心肌缺血再灌注疾病中均可檢出。腎臟損傷是危害人類和動物健康的重要原因，其病因復雜，多種病理機制可引起腎損傷。近年研究表明，細胞焦亡與腎損傷有關[7]，如急性腎損傷、糖尿病和腎結石[8-10]。新的研究表明，細胞焦亡和相關的炎癥小體激活在腎損傷的進展中發揮重要作用[11]?，F就細胞焦亡的分子機制及其在腎損傷的研究中的應用作一綜述。
1細胞焦亡信號通路
細胞焦亡起始于炎癥因子的激活。炎癥因子是細胞內大分子復合物，由模式識別受體（PRRs）、pro-Caspase-1、銜接蛋白（ASC）組成。PRRS包含了RLR、TLRs、CLRs、NLRs、ALR、NOD受體和IFI16蛋白。有研究發現，NLRP1/2/3/6/7/12、IFI16、AIM2和Pyrin炎癥因子均可募集并激活pro-Caspase-1[12-13]。其中被研究最廣泛的是NLRP3，NLRP3炎癥小體可被微生物（真菌、細菌和病毒）或非微生物（重金屬和晶體化合物等）所激活[7,14]。在分子機制中線粒體受損、自噬功能障礙、活性氧（ROS）、鉀離子外流等激動劑等均能導致NLRP3活化[15-16]。NLRP3受體蛋白由3類結構域組成，即NACHT、LRR和PYD，在病理因素的刺激下，ASC能夠分別募集Caspase-1效應蛋白、NLRP3的CARD結構域和PYD結構域，使之三者結合，ASC在此處起到銜接作用，而NEK7能夠加快這一進程，最終形成具有活性炎性復合體NLRP3，活化的NLRP3對pro-Caspase-1進行剪切使得Caspase-1被激活，一旦激活，Caspase-1剪切GasderminD（GSDMD），釋放N末端結構域序列對質膜轉位和寡聚，導致細胞膜穿孔。Caspase-1將催化白細胞介素-18/1β前體（pro-IL-18和pro-IL-1β）轉化為具有活性的成熟的IL-18和IL-1β，隨后IL-18、IL-1β等炎性物質和細胞器物通過GSDMD-N造成的孔隙釋放到胞外，最終導致細胞焦亡[17-18]。在非經典通路中NLRP3能夠激活Caspas-4/5/11通路[19]。有研究顯示革蘭氏陰性菌在Caspase-11激活過程中起著重要作用，細胞內脂多糖（intracellularLPS）的PRR與por-Caspase-11的CARD結構域相結合使Caspase-11活化[20]?；罨蟮腃aspase-11剪切GasderminD，使其暴露N端致胞膜穿孔引發細胞焦亡[21-22]。與Caspase-1依賴的焦亡途徑不同的是Caspas-4/5/11不能對pro-IL-1β和pro-IL-18進行剪切使其具有生物活性[23-24]，細胞焦亡分子機制，見圖1。
2細胞焦亡與腎損傷的關系
2.1急性腎損傷
急性腎損傷（AKI）是由不同因素引起的1種腎臟在短時間內功能喪失的腎臟疾病，其具有發病率高，預后差等特點。AKI是膿毒癥的并發癥之一，有研究表明，在膿毒癥中病損傷相關分子模式（DAMPs）和原相關分子模式（PAMPs）進入血液循環系統后，腎小球發揮濾過功能，PAMPs和DAMPs與腎小管上皮細胞接觸后發生氧化應激，產生大量ROS和炎癥反應[25]，最終導致腎損傷。YeZ等[26]研究表明，腎小管上皮細胞焦亡可能與膿毒癥AKI有關，其在LPS誘導小鼠發生膿毒癥AKI的研究中小鼠腎小管上皮細胞發生裂解死亡，同時Westernblot技術檢測發現焦亡相關蛋白Caspase-11與GSDMD表達量顯著升高。而在小鼠中敲除Caspase-11后，焦亡相關蛋白表達相對降低，腎臟病理檢查表明腎損傷減輕，說明細胞焦亡在膿毒癥AKI的發生過程中起著關鍵作用。YangJR等[27]在缺血再灌注誘導的AKI研究中發現腎臟結構破壞和功能喪失，并伴隨焦亡相關蛋白Caspase-11、Caspase-1和IL-1βmRNA的轉錄水平明顯升高。該研究還發現，缺氧再復氧損傷（HRI）也誘導腎小管上皮細胞的細胞膜空隙增加和釋放大量乳酸脫氫酶，該研究結果表明，缺血再灌注損傷導致的細胞焦亡在AKI中起著重要作用。WangR等[28]采用與YangJR等[27]相同試驗模型研究發現，Nrf1可作為miR-92a-3p的標靶，抑制miR-92a-3p可緩解細胞氧化應激，體內外的IL-18、IL-1β、GSDMD-N、Caspase-1和NLRP3的蛋白表達水平明顯降低，說明在缺血再灌注誘導AKI中，可通過抑制miR-92a-3p的表達，緩解腎小管上皮細胞焦亡和氧化應激損傷。
2.2糖尿病腎病
糖尿病腎?。―KD）是最嚴重的糖尿病并發癥之一，而在DKD的發展中炎癥反應起著關鍵作用。目前在動物實驗研究中顯示高血糖、內質網應激（ER）和線粒體損傷可刺激腎細胞導致細胞應激發生細胞焦亡，并且有研究證明不同的信號通路可以調節細胞焦亡的發生。細胞焦亡引起的炎癥和細胞損傷與糖尿病、加重腎纖維化、腎小球硬化和腎小管損傷有著密切關系。有研究表明ROS的過度產生和積累能夠引發細胞發生氧化應激，氧化應激是DKD重要的啟動因子[29]。ROS的積累能夠激活硫氧還蛋白互作蛋白（TXNIP）、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）、P38分裂原激活的蛋白激酶（P38MAPK）和核因子κB（NF-κB）等信號通路[29]。上述通路能夠激活腎臟中的Caspase-1，促進IL-18和IL-1β的釋放，使細胞發生炎癥反應，導致細胞焦亡。在腎臟中，高糖、鈣、脂質代謝、未折疊蛋白反應均能夠導致ER的發生，在ER下線粒體和內質網穩態發生改變，導致線粒體紊亂，ROS大量積累并激活NLRP3，促進焦亡途徑的形成[30]。有研究表明，在大鼠腎近端小管上皮細胞中，ER可激活NLRP3/Caspase-1/IL-1β信號通路，引起炎癥反應。ER可刺激C/EBP同源蛋白（CHOP）的過表達來激活NLRP3炎癥小體，也可通過激活NF-κB途徑促進IL-18和IL-1β的分泌進一步增強腎組織的局部炎癥[31]。LiX等[32]人研究表明，糖尿病患者腎小管上皮細胞的焦亡機制與肺腺癌轉移相關轉錄物1（MALAT1）有關。MALAT1表達顯著增加能夠抑制miR-23c的表達，下調miR-23c靶點ELAVL樣蛋白1（ELAVL1）的作用，抑制MALAT1后，miR-23c能夠直接調控ELAVL1的表達，然后抑制NLRP3、Caspase-1、IL-18和IL-1β真菌、細菌病毒病原體重金屬晶體化合物LPSASCNLRP1、NLRP6、NLRP9、NLM2、NLRC4和PyrinActiveCaspase-1pro-IL-1βpro-IL-18IL-1βIL-18GSDMDGSDMD-NNActiveCaspase-4/5/11NEK7PYDNACHTLRRNLRP3的表達，拮抗高血糖誘導的細胞焦亡。李嶸等[33]研究表明，microRNA-497（mi-497）可抑制胰島素和高糖導致的腎小球系膜細胞焦亡，其主要機制為mi-497可直接靶向拮抗NLRP1的表達，導致IL-1β、Caspase-1等焦亡相關因子的表達量降低，抑制焦亡的發生。高糖導致的腎小管上皮細胞的焦亡受microRNA和長鏈非編碼RNA調控，除microRNA和長鏈非編碼RNA可調控細胞焦亡外，其他焦亡分子機制仍需進一步探索。
2.3腎結石
腎結石的成分主要是草酸鹽結晶，有研究顯示，大量結晶型物堆積于腎小管中是腎功能損傷的主要因素之一，晶體物堆積于腎小管內引起腎小囊壓力升高和大量水堆積導致腎小球濾過率降低，最終導致腎功能受損；堆積于腎內的晶體可活化NLRP3炎癥小體，活化后的NLRP3炎癥小體可激活下游一系列焦亡通路，最終導致腎細胞發生焦亡[18]。KnaufF等[34]為研究晶體誘導腎臟疾病中腎衰竭的病因，其給予小鼠喂食高可溶性草酸的飲食來建立進行性草酸鹽腎病模型，結果顯示，腎臟組織學表現為小管內的草酸鈣（CaOx）結晶沉積，周圍間質有炎癥反應，而NLRP3敲除的小鼠腎臟中草酸鈣結石密度顯著降低。經試驗結果分析，草酸可誘導腎小管上皮細胞發生氧化應激，導致ROS堆積和細胞黏附因子增加，最終形成結石。此外，誘導NLRP3炎癥小體活化改變細胞對晶體的粘附來參與腎結石的形成。KhanSR[35]研究發現，ROS可以通過p38/MAPK途徑上調透明質酸（HA），骨橋蛋白（OPN）和CD44的表達，改變腎小管上皮細胞與CaOx晶體的粘附，并刺激CaOx結石的形成。QiS等[36]發現，ROS通過誘導NLRP3炎癥小體活化，并調控p38/MAPK信號通路改變細胞與晶體粘附和促進結石形成的過程中起著關鍵作用。ROS抑制劑可以阻礙NLRP3炎性小體的活化，減輕細胞炎癥損傷，并延緩疾病的發展[37]。體內外研究表明，CaOx晶體能夠誘導腎臟中ROS的產生，然后激活NLRP3炎癥小體，對腎小管上皮細胞和腎組織造成炎癥損傷，促進CaOx結石的形成[38]。SunY等[39]研究發現，應用阿托伐他汀治療可下調ROS的產生，抑制NLRP3炎癥小體的激活，減少IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α的釋放，并改善大鼠和HK-2細胞腎組織中CaOx晶體誘導的炎癥損傷和晶體沉積。因此，LiuY等[40]認為草酸或CaOx晶體在CaOx腎結石形成過程中誘導腎小管上皮細胞產生ROS，并介導NLRP3炎性小體的活化，該過程導致腎小管上皮細胞壞死、變性和炎性細胞浸潤，并引起腎炎級聯效應，促進CaOx晶體的粘附和積累，最終導致腎結石的形成。
3小結
細胞焦亡的分子機制分為Caspase-1依賴的經典途徑與非經典途徑，是近年國內外學者研究較為廣泛的1種程序性炎性細胞死亡方式。本課題組主要進行家禽腎臟損傷機制研究，研究證明細胞焦亡相關炎癥因子在腎臟損傷的發生發展過程中起著至關重要作用[7]，但細胞焦亡參與調控腎損傷的分子機制研究尚淺。因此對細胞焦亡調控腎損傷分子機制任需進一步探索。
參考文獻
[1]JiaC，ChenH，ZhangJ，etal．Roleofpyroptosisincardiovasculardiseases[J]．IntImmunopharmacol，2019，67：311-318．
[2]ZhuH，SunA．Programmednecrosisinheartdisease：Molecularmechanismsandclinicalimplications[J]．JMolCellCardiol，2018，116：125-134．
[3]WeinlichR，OberstA，BeereHM，etal．Necroptosisindevelopment，inflammationanddisease[J]．NatRevMolCellBiol，2017，18（2）：127-136．
[4]StockwellBR，FriedmannAJ，BayirH，etal．Ferroptosis：ArRegulatedcelldeathnexuslinkingmetabolism，redoxbiology，anddisease[J]．Cell，2017，171（2）：273-285．
[5]LiuX，ZhangZ，RuanJ，etal．Inflammasome-activatedgasderminDcausespyroptosisbyformingmembranepores[J]．Nature，2016，535（7610）：153-158．
[6]GalluzziL，VitaleI，AaronsonSA，etal．Molecularmechanismsofcelldeath：recommendationsoftheNomenclatureCommitteeonCellDeath2018[J]．CellDeathDiffer，2018，25（3）：486-541．
[7]WeiZ，NieG，YangF，etal．InhibitionofROS/NLRP3/Caspase-1mediatedpyroptosisattenuatescadmium-inducedapoptosisinduckrenaltubularepithelialcells[J]．EnvironPollut，2020，273：115919．
[8]楊柳莊．家禽腎臟病的中獸醫證治[J]．江西畜牧獸醫雜志，2016（2）：34-35．
[9]ShahzadK，BockF，DongW，etal．Nlrp3-inflammasomeactivationinnon-myeloid-derivedcellsaggravatesdiabeticnephropathy[J]．KidneyInt，2015，87（1）：74-84．
[10]周貴，李淑琴，王淑萍，等．犬腎衰性高血壓的臨床治療[J]．江西畜牧獸醫雜志，1996（2）：47-48．
[11]PrianteG，GianeselloL，CeolM，etal．CellDeathintheKidney[J]．IntJMolSci，2019，20（14）：3598．
[12]LamkanfiM，DixitVM．Mechanismsandfunctionsofin?ammasomes[J]．Cell，2014，157（5）：1013-1022．
[13]ManSM，KannegantiTD．Regulationofinflammasomeactivation[J]．ImmunolRev，2015，265（1）：6-21．
[14]KelleyN，JeltemaD，DuanY，etal．TheNLRP3In?ammasome：Anoverviewofmechanismsofactivationandregulation[J]．IntJMolSci，2019，20（13）：3328．
[15]ShaoBZ，XuZQ，HanBZ，etal．NLRP3in?ammasomeanditsinhibitors：areview[J]．FrontPharmacol，2015，6：262．
[16]MorettiJ，BlanderJM．IncreasingcomplexityofNLRP3inflammasomeregulation[J]．JLeukocBiol，2021，109（3）：561-571．
[17]SeoanePI，LeeB，HoyleC，etal．TheNLRP3-in?ammasomeasasensoroforganelledysfunction[J]．JCellBiol，2020，219（12）：e202006194．
[18]BaiB，YangY，WangQ，etal．NLRP3inflammasomeinendothelialdysfunction[J]．CellDeathDis，2020，11（9）：776．
[19]WangS，MiuraM，JungYK，etal．Murinecaspase-11，anICE-interactingprotease，isessentialfortheactivationofICE[J]．Cell，1998，92（4）：501-509．
[20]ShiJ，ZhaoY，WangY，etal．InflammatorycaspasesareinnateimmunereceptorsforintracellularLPS[J]．Nature，2014，514（7521）：187-192．
[21]AgliettiRA，EstevezA，GuptaA，etal．GsdmDp30elicitedbycaspase-11duringpyroptosisformsporesinmembranes[J]．ProcNatlAcadSciUSA，2016，113（28）：7858-7863．
[22]LiuX，ZhangZ，RuanJ，etal．Inflammasome-activatedgasderminDcausespyroptosisbyformingmembranepores[J]．Nature，2016，535（7610）：153-158．
[23]BrozP，RubyT，BelhocineK，etal．Caspase-11increasessusceptibilitytoSalmonellainfectionintheabsenceofcaspase-1[J]．Nature，2012，490（7419）：288-291．
[24]KayagakiN，WarmingS，Lamkan?M，etal．Non-canonicalin?ammasomeactivationtargetscaspase-11[J]．Nature，2011，479（7371）：117-121．
[25]KarbianN，AbutbulA，El-AmoreR，etal．Apoptoticcelltherapyforcytokinestormassociatedwithacuteseveresepsis[J]．CellDeathDis，2020，11（7）：535．
[26]YeZ，ZhangL，LiR，etal．Caspase-11MediatesPyroptosisofTubularEpithelialCellsandSepticAcuteKidneyInjury[J]．KidneyBloodPressRes，2019，44（4）：465-478．
[27]YangJR，YaoFH，ZhangJG，etal．Ischemia-reperfusioninducesrenaltubulepyroptosisviatheCHOP-caspase-11pathway[J]．AmJPhysiolRenalPhysiol，2014，306（1）：75-84．
[28]WangR，ZhaoH，ZhangY，etal．IdentificationofMicroRNA-92a-3pasanEssentialRegulatorofTubularEpithelialCellPyroptosisbyTargetingNrf1viaHO-1[J]．FrontGenet，2020，11：616947．
[29]HanY，XuX，TangC，etal．Reactiveoxygenspeciespromotetubularinjuryindiabeticnephropathy：Theroleofthemitochondrialros-txnip-nlrp3biologicalaxis[J]．RedoxBiol，2018，16：32-46．
[30]KaufmanRJ．Orchestratingtheunfoldedproteinresponseinhealthanddisease[J]．JClinInvest，2002，110（10）：1389-1398．
[31]YaribeygiH，MohammadiMT，RezaeeR，etal．FenofibrateimprovesrenalfunctionbyameliorationofNOX-4，IL-18，andp53expressioninanexperimentalmodelofdiabeticnephropathy[J]．JCellBiochem，2018，119（9）：7458-7469．
[32]LiX，ZengL，CaoC，etal．LongnoncodingRNAMALAT1regulatesrenaltubularepithelialpyroptosisbymodulatedmiR-23ctargetingofELAVL1indiabeticnephropathy[J]．ExpCellRes，2017，350（2）：327-335．
[33]李嶸，鄭昊林，田秀娟，等．microRNA-497在腎小球系膜細胞焦亡中的作用及機制[J]．腎臟病與透析腎移植雜志，2016，25（6）：533-538．
[34]KnaufF，AsplinJR，GranjaI，etal．NALP3-mediatedin?ammationisaprincipalcauseofprogressiverenalfailureinoxalatenephropathy[J]．KidneyInt，2013，84（5）：895-901．
[35]KhanSR．Roleofrenalepithelialcellsintheinitiationofcalciumoxalatestones[J]．NephronExpNephrol，2004，98（2）：55-60．
[36]QiS，WangQ，XieB，etal．P38MAPKsignalingpathwaymediatesCOMcrystal-inducedcrystaladhesionchangeinratrenaltubularepithelialcells[J]．Urolithiasis，2020，48（1）：9-18．
[37]XiaM，BoiniKM，AbaisJM，etal．EndothelialNLRP3inflammasomeactivationandenhancedneointimaformationinmicebyadipokinevisfatin[J]．AmJPathol，2014，184（5）：1617-1628．
[38]JoshiS，WangW，PeckAB，etal．ActivationoftheNLRP3in?ammasomeinassociationwithcalciumoxalatecrystalinducedreactiveoxygenspeciesinkidneys[J]．JUrol，2015，193（5）：1684-1691．
[39]SunY，LiuY，GuanX，etal．AtorvastatininhibitsrenalinflammatoryresponseinducedbycalciumoxalatecrystalsviainhibitingtheactivationofTLR4/NF-κBandNLRP3in?ammasome[J]．IUBMBLife，2020，72（5）：1065-1074．
[40]LiuY，SunY，KangJ，etal．RoleofROS-InducedNLRP3Inflammasomeactivationintheformationofcalciumoxalatenephrolithiasis[J]．FrontImmunol，2022，13：818625．
作者:韋澤晶 彭宇軒 單位:海南職業技術學院畜牧獸醫實驗室
