引用本文： 陳棟, 麻勇. 細胞焦亡在肝臟缺血再灌注損傷中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2022, 29(2): 243-247. doi: 10.7507/1007-9424.202103130 復制
肝臟缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）是廣泛存在于臨床的多種因素共同參與的病理生理過程，常見于各種肝臟外科手術、肝臟移植、大創傷甚至是出血性休克的搶救過程等，是影響肝臟外科手術并發癥和患者生存及預后的重要因素。因此，明確肝臟 IRI 的病理生理過程的具體分子機制顯得尤為重要。在肝臟 IRI 過程中，除了細胞凋亡和細胞壞死這兩種細胞死亡方式外，還存在一種細胞死亡方式即細胞焦亡。近些年來，隨著關于細胞焦亡在肝臟 IRI 過程中作用的研究越來越多，對其微觀機制和調控因素的認識也逐漸明朗。因此，筆者將結合新近文獻對細胞焦亡參與肝臟 IRI 過程的相關機制進行綜述。
1 細胞焦亡與肝臟 IRI
細胞焦亡即是一種與 Kupffer 細胞密切相關的促炎細胞程序性死亡[1-2]，其本質上是機體的一種自我保護的程序性細胞死亡。雖然細胞焦亡與細胞凋亡共同存在于肝臟 IRI 過程中，但二者的病理變化卻迥然不同。細胞焦亡發生時，細胞主要表現為胞膜孔道的形成及其導致的細胞體積不斷增大直至細胞膜破裂，最終細胞內大量的炎癥介質釋放，引起強烈的炎癥反應[3]。當肝臟 IRI 發生時，以 Kupffer 細胞為主的焦亡相關細胞能夠通過其胞膜或胞內存在的模式識別受體感知存在于肝臟的刺激信號，包括外源性的病原相關分子模式和自身細胞損傷或應激來源的危險相關分子模式，從而激活細胞焦亡的經典途徑和非經典途徑，介導消皮素 D（gasdermin D）蛋白活化和胞膜孔道形成，引起細胞焦亡，從而促進白細胞介素（IL）-1β、IL-18 等炎癥介質的釋放，激活、招募及黏附更多的中性粒細胞而導致肝臟發生更高層次的炎癥反應[2]。在肝臟 IRI 早期，細胞焦亡在機體應對肝臟缺血和緩解應激狀態過程中發揮著積極的作用，但隨著肝臟缺血時間的延長或者是缺血再灌注次數的增加，過度的細胞焦亡易導致炎癥介質的大量生成、釋放，從而引起失控的炎癥反應并加重原有的肝臟損傷。
2 肝臟 IRI 時的細胞焦亡途徑
2.1 經典途徑
當肝臟 IRI 發生時，肝臟焦亡相關細胞（以 Kupffer 細胞為主）[4]的胞內或胞膜上的模式識別受體可以通過特異性識別位于肝臟的病原相關分子模式和自身損傷或應激來源的危險相關分子模式，進而激活下游信號并啟動細胞焦亡。細胞模式識別受體主要包括核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs）、Toll 樣受體（Toll-like-receptors，TLRs）、黑色素瘤缺乏因子 2（absent in melanoma 2，AIM2）等，其中在肝臟 IRI 條件下細胞焦亡的經典途徑中起重要作用的包括 NLRs 家族中的NLR蛋白3（NLR protein 3，NLRP3）、造血表達、干擾素誘導和核定位（hematopoietic expression，interferon-inducible，and nuclear localization，HIN）-200 家族的 AIM2 受體[5]。
2.1.1 NLRP3 通路
在結構方面，NLRP3 含有 3 個重要的結構域，分別為胞外區的富含亮氨酸的重復序列（leucine-rich repeats，LRRs）、胞內區的熱蛋白結構域（pyrin domain，PYD）及位于中間區域的 NACHT 結構域[6]。在生理狀態下，LRRs 通過圖形折疊到 NACHT 結構域，使 NLRP3 處于自我抑制的靜息狀態。有研究[7]指出，LRRs 可識別多種激動劑或是其他條件引起的第二信號如 K+ 外流、ATP 外流、活性氧產生、溶酶體不穩定、Ca2+ 內流、線粒體膜的損傷等；同時，近年來有研究者[8-9]指出，NLRP3 的激活過程需要NIMA相關蛋白激酶7作為共調節蛋白，但其具體機制尚待進一步研究。當 NLRP3 的 LRRs 區特異性地識別肝臟 IRI 發生時的激動信號時，NACHT 結構域發生寡聚化并解除了NLRP3的自我抑制狀態，促使受體蛋白N端的PYD與細胞凋亡相關斑點蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain，ASC）N端對應的PYD特異性結合，作為橋梁蛋白的ASC在接受上游信號后觸發位于自身 C 端的caspase募集結構域（CARD）與 caspase-1 的無活性前體（pro-caspase-1）N端對應的CARD結合[10]，此時pro-caspase-1在上游刺激作用下能發生自身剪切進而形成具有生物活性的caspase-1[11]。到此為止，細胞內形成一個以 NLRP3-ASC-caspase-1 為主體的功能完全的炎癥小體。也有研究[12]指出，對于 LRRs 結構域缺失的突變體 NLRP3 在響應外部刺激時仍表現出類似于完整 NLRP3 的促炎功能，提示 LRRs 結構域對于 NLRP3 炎性小體的正常生理活性不是必需的。一方面，活化后的 caspase-1 能剪切修飾沒有生物活性的 pre-IL-1β、pre-IL-18，促進炎性介質 IL-1β、IL-18 的產生[13]；另一方面，caspase-1 可以特異性切割 gasdermin D 的 C 端和 N 端中間的連接區域，暴露出有生理活性的游離 N 端，通過與真核細胞膜上的磷脂酰肌醇結合的方式誘發寡聚化并在細胞膜上形成孔道，造成了細胞不可逆的病理性破壞[14]，導致細胞內以 IL-1β、IL-18 為代表的炎癥因子和其他小分子物質甚至部分細胞器通過胞膜上的孔道釋放入周圍環境，也因此招募并黏附更多的中性粒細胞，加重肝臟 IRI 時的炎癥反應，最終加劇了再灌注時肝臟的損傷。Li 等[15]的研究發現，利用 DHA 可以通過抑制 NLRP3 炎癥小體的激活進而減少細胞焦亡，減輕肝臟缺血再灌注時肝臟細胞的損傷，并減少 IL-1β、IL-18 等炎癥因子的釋放；同時研究[16]發現，利用 Glycyrrhizin 可以抑制肝臟IRI時誘導產生的 HMGB1、NLRP3 炎癥小體及減少 Kupffer 細胞的焦亡，進而有效緩解肝臟 IRI 和炎癥浸潤。新近研究[17]發現，高齡也可以促進肝臟 IRI 期間的 NLRP3 過度活化并加重肝臟炎癥。但是經典途徑的具體通路尚未完全明確。隨著對 NLRP3 通路的深入研究發現，在肝臟缺血再灌注過程中，PINK1/Parkin 通路激活所引起的線粒體自噬可以有效抑制 NLRP3 炎癥小體的激活，進而緩解缺血再灌注過程的炎性浸潤和組織損傷[18-19]，這同時表明，細胞內其他的細胞器也可能對 NLRP3 通路的激活和傳導機制產生不同程度的影響，對于此領域更深入的研究起著一定的指導作用。
2.1.2 AIM2 通路
肝臟缺血再灌注過程中，細胞焦亡經典途徑中還存在著 AIM2 相關炎癥小體介導的信號通路。在結構方面，AIM2 主要的結構域包括位于 N 端的 PYD 區域和位于 C 端的 HIN 結構域，HIN 結構域是由寡核苷酸/寡糖結合折疊形成的串聯對，能夠結合核酸、寡糖、蛋白質等[20]。當肝臟 IRI 發生時，由于細胞內 ATP 供應不足、氧自由基增加、鈣超載等原因[21]，細胞核核膜和線粒體膜遭到不同程度的損傷或者破壞，細胞核內及線粒體內的遺傳物質順著破壞的膜結構進入胞漿，肝臟細胞質內游離的雙鏈 DNA 大量增加，這些游離的雙鏈 DNA 可以與 AIM2 受體的 HIN 結構域特異性結合并激活 AIM2 受體。與 NLRP3 炎癥小體的激活通路類似，激活后的 AIM2 受體蛋白 N 端的 PYD 與 ASC端對應的 PYD 特異性結合并觸發位于 C 端的 CARD與 pro-caspase-1 結合，進而生成具有生物活性的 caspase-1。到此為止，胞內形成一個以 AIM2-ASC-caspase-1 為主體的炎癥小體[22]并通過 gasdermin D 介導細胞焦亡的經典途徑，引起細胞焦亡和炎癥介質的釋放，導致肝臟原有的炎癥升級，加重了肝臟 IRI。從這個角度出發，如果適當增加細胞的膜穩定性，可以在一定程度上減少胞內 AIM2 炎癥小體的激活，進而緩解 IRI，這為進一步的研究和臨床用藥提供了新的思路。值得一提的是，有研究[23]指出，只有長度超過 70 bp 的雙鏈 DNA 才可以激活 AIM2，且 200 bp 的雙鏈 DNA 對于 AIM2 的炎癥小體的激活最為適宜。
2.2 非經典途徑
肝臟 IRI 的缺血期間，由于入肝血流被阻斷，腸道發生血液淤積，腸道靜脈壓因此升高，生物體腸道黏膜屏障的功能受損并發生腸道菌群的肝臟異位[24]。革蘭陰性菌作為異位菌群的重要組成部分，其細胞壁含有的脂多糖可以被分泌到人體循環中，是臨床上感染性休克的重要來源；另一方面，存在于肝臟的脂多糖正是肝臟 IRI 過程中細胞焦亡非經典途徑的重要激動劑。
在生理條件下，細胞內的 caspase-11 蛋白含量很低，所以當機體需要完成細胞焦亡時細胞可以在特定刺激下促進pro-caspase-11 的產生。在脂多糖存在的情況下，細胞膜上的 TLR4 可以通過脂多糖的特異性識別而被激活，激活后的 TLR4 能夠通過髓樣分化因子 88 活化下游核因子（nuclear factor，NF）-κB 分子或經β干擾素TIR結構域銜接蛋白（TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-β，TRIF）激活信號轉導子和轉錄激活子 1（signal transducerand activator of transcription 1，STAT1），隨后 NF-κB 或 STAT1 進入細胞核中與 pro-caspase-11 基因 5′ 端上游的 NF-κB、STAT1 啟動子結合位點結合，促進 pro-caspase-11 的轉錄和生成[25-26]。雖然關于缺血再灌注時 pro-caspase-11 的表達增加機制尚未完全明確，但是 Sherif 等[27]發現，通過抑制細胞的 TLR4/NF-κB 信號通路可以有效減輕 IRI 。此后，Kayagaki 等[28]發現，對于 TLR4 基因敲除的小鼠，仍然可以同野生型小鼠一樣發生敗血癥，意味著 TLR4 對于細胞焦亡的非經典途徑的激活并非必不可少，TLR4 主要是增加 pro-caspase-11 的表達，而 pro-caspase-11 在識別胞內脂多糖并引導細胞焦亡非經典途徑中起著核心作用。
肝臟 IRI 發生時，肝臟可出現異位的菌群及脂多糖[24]。結構上，脂多糖的類脂 A 區域具有遺傳保守的“六酰化”結構，此結構能和pro-caspase-11的 CARD特異性結合，使無生物活性的pro-caspase-11發生自身寡聚和活化形成活化的caspase-11[29]。活化后的 caspase-11 蛋白能夠剪切修飾細胞膜上的縫隙連接蛋白 1，使得縫隙連接蛋白 1 通道蛋白活化并開放，隨后胞內的 ATP 作為危險信號分子從此通道向胞外流出。與此同時，流出胞外的 ATP 分子作為激動劑結合并激活 ATP 依賴的 P2X7 受體，引起細胞膜上的多種陽離子通道開放，隨后在胞膜兩側的電化學驅動力作用下，出現細胞內的 K+ 外流，細胞外的 Na+、Ca2+ 等內流，最終細胞內滲透壓失衡，細胞腫脹破裂，炎癥因子和細胞器進入內環境，加重了炎癥反應[30]。同時 Kayagaki等[28]發現，作為介導細胞焦亡非經典途徑的重要效應蛋白，活化的 caspase-11 蛋白本身就具備 gasdermin D剪切活性，可以不依賴于caspase-1直接切割 gasdermin D的 C 端、N 端連接部分，激活 gasdermin D 蛋白并暴露其游離 N 端，從而促進胞膜孔道的形成，介導細胞焦亡；研究還發現，除了出現 gasdermin D 的活化，同時出現 IL-1β 的分泌，這與上述細胞焦亡的非經典途徑不符。因此，細胞焦亡的非經典途徑中可能存在著細胞焦亡的經典途徑，且 caspase-11在激活 gasdermin D 的同時存在某些旁路可以激活 NLRP3 進而啟動細胞焦亡的經典途徑，引起炎癥介質的生成、釋放。有研究[31-32]指出，細胞焦亡的非經典途徑中，ATP 的外流或 K+ 的外流可能是 NLRP3 的潛在激動信號，這些信號可以引起 NLRP3 活化并介導細胞焦亡的經典途徑，使肝臟的炎癥反應升級，最終造成肝臟發生更嚴重的細胞死亡和組織損傷。目前可以達成共識的是，細胞焦亡的非經典途徑可以激活細胞焦亡的經典途徑，但具體激活的分子機制仍不能確定，明確其還需要更多的后續實驗。其他研究[33-34]指出，caspase-8、gasdermin D 等也可能存在于細胞焦亡經典途徑和非經典途徑過程中并發揮著不同的作用，但關于這些蛋白發揮功能的方式及形式仍不確定，有待進一步研究。
3 小結與展望
鑒于細胞焦亡在肝臟 IRI 中的重要作用，其相關分子機制和調控因素逐漸成為研究的熱點，但經典途徑與非經典途徑的交互作用以及相關信號傳導機制仍不能確定，后續深入研究尤其重要，能夠阻斷細胞焦亡信號傳遞通路的小分子有望成為有效的臨床干預用藥。同時，隨著細胞焦亡參與肝臟 IRI 病理過程的分子機制（圖 1）和影響因素逐漸清晰，臨床醫師在肝臟手術術式的選擇、術中肝血管阻斷時間的判斷以及臨床藥物的應用上也將有新的依據和指導。值得思考的是，肝臟 IRI 發生時，除了肝臟發生器官損傷和炎癥浸潤外，還可出現血漿外泌體增加和遠處器官損傷。Zhang 等[35]便發現肝臟 IRI 時增加的外泌體可以繼發引起海馬體、皮層神經元發生細胞焦亡，從而引起神經系統相關損傷；此外，當肝臟以外的臟器發生 IRI 時，肝臟同樣可能會發生細胞焦亡和器官損傷，如 Zhao 等[36]發現在腎臟發生 IRI 時血漿中的組胺濃度增加，能夠介導肝臟表達焦亡相關蛋白如 NLRP3、AIM2、ASC 等，最終導致肝臟發生炎性反應和繼發器官損傷。由此可見，器官缺血再灌注過程不僅能夠引起原位臟器的損傷，而且能通過某些信號分子誘導其他器官的損傷，其中細胞焦亡及其相關因子扮演著十分重要的作用。
圖1
肝臟 IRI 過程中細胞焦亡的作用機制示意圖
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們無相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：陳棟起草文章并進行進一步撰寫；麻勇對文章的知識性內容進行批判性審閱。
肝臟缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）是廣泛存在于臨床的多種因素共同參與的病理生理過程，常見于各種肝臟外科手術、肝臟移植、大創傷甚至是出血性休克的搶救過程等，是影響肝臟外科手術并發癥和患者生存及預后的重要因素。因此，明確肝臟 IRI 的病理生理過程的具體分子機制顯得尤為重要。在肝臟 IRI 過程中，除了細胞凋亡和細胞壞死這兩種細胞死亡方式外，還存在一種細胞死亡方式即細胞焦亡。近些年來，隨著關于細胞焦亡在肝臟 IRI 過程中作用的研究越來越多，對其微觀機制和調控因素的認識也逐漸明朗。因此，筆者將結合新近文獻對細胞焦亡參與肝臟 IRI 過程的相關機制進行綜述。
1 細胞焦亡與肝臟 IRI
細胞焦亡即是一種與 Kupffer 細胞密切相關的促炎細胞程序性死亡[1-2]，其本質上是機體的一種自我保護的程序性細胞死亡。雖然細胞焦亡與細胞凋亡共同存在于肝臟 IRI 過程中，但二者的病理變化卻迥然不同。細胞焦亡發生時，細胞主要表現為胞膜孔道的形成及其導致的細胞體積不斷增大直至細胞膜破裂，最終細胞內大量的炎癥介質釋放，引起強烈的炎癥反應[3]。當肝臟 IRI 發生時，以 Kupffer 細胞為主的焦亡相關細胞能夠通過其胞膜或胞內存在的模式識別受體感知存在于肝臟的刺激信號，包括外源性的病原相關分子模式和自身細胞損傷或應激來源的危險相關分子模式，從而激活細胞焦亡的經典途徑和非經典途徑，介導消皮素 D（gasdermin D）蛋白活化和胞膜孔道形成，引起細胞焦亡，從而促進白細胞介素（IL）-1β、IL-18 等炎癥介質的釋放，激活、招募及黏附更多的中性粒細胞而導致肝臟發生更高層次的炎癥反應[2]。在肝臟 IRI 早期，細胞焦亡在機體應對肝臟缺血和緩解應激狀態過程中發揮著積極的作用，但隨著肝臟缺血時間的延長或者是缺血再灌注次數的增加，過度的細胞焦亡易導致炎癥介質的大量生成、釋放，從而引起失控的炎癥反應并加重原有的肝臟損傷。
2 肝臟 IRI 時的細胞焦亡途徑
2.1 經典途徑
當肝臟 IRI 發生時，肝臟焦亡相關細胞（以 Kupffer 細胞為主）[4]的胞內或胞膜上的模式識別受體可以通過特異性識別位于肝臟的病原相關分子模式和自身損傷或應激來源的危險相關分子模式，進而激活下游信號并啟動細胞焦亡。細胞模式識別受體主要包括核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs）、Toll 樣受體（Toll-like-receptors，TLRs）、黑色素瘤缺乏因子 2（absent in melanoma 2，AIM2）等，其中在肝臟 IRI 條件下細胞焦亡的經典途徑中起重要作用的包括 NLRs 家族中的NLR蛋白3（NLR protein 3，NLRP3）、造血表達、干擾素誘導和核定位（hematopoietic expression，interferon-inducible，and nuclear localization，HIN）-200 家族的 AIM2 受體[5]。
2.1.1 NLRP3 通路
在結構方面，NLRP3 含有 3 個重要的結構域，分別為胞外區的富含亮氨酸的重復序列（leucine-rich repeats，LRRs）、胞內區的熱蛋白結構域（pyrin domain，PYD）及位于中間區域的 NACHT 結構域[6]。在生理狀態下，LRRs 通過圖形折疊到 NACHT 結構域，使 NLRP3 處于自我抑制的靜息狀態。有研究[7]指出，LRRs 可識別多種激動劑或是其他條件引起的第二信號如 K+ 外流、ATP 外流、活性氧產生、溶酶體不穩定、Ca2+ 內流、線粒體膜的損傷等；同時，近年來有研究者[8-9]指出，NLRP3 的激活過程需要NIMA相關蛋白激酶7作為共調節蛋白，但其具體機制尚待進一步研究。當 NLRP3 的 LRRs 區特異性地識別肝臟 IRI 發生時的激動信號時，NACHT 結構域發生寡聚化并解除了NLRP3的自我抑制狀態，促使受體蛋白N端的PYD與細胞凋亡相關斑點蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain，ASC）N端對應的PYD特異性結合，作為橋梁蛋白的ASC在接受上游信號后觸發位于自身 C 端的caspase募集結構域（CARD）與 caspase-1 的無活性前體（pro-caspase-1）N端對應的CARD結合[10]，此時pro-caspase-1在上游刺激作用下能發生自身剪切進而形成具有生物活性的caspase-1[11]。到此為止，細胞內形成一個以 NLRP3-ASC-caspase-1 為主體的功能完全的炎癥小體。也有研究[12]指出，對于 LRRs 結構域缺失的突變體 NLRP3 在響應外部刺激時仍表現出類似于完整 NLRP3 的促炎功能，提示 LRRs 結構域對于 NLRP3 炎性小體的正常生理活性不是必需的。一方面，活化后的 caspase-1 能剪切修飾沒有生物活性的 pre-IL-1β、pre-IL-18，促進炎性介質 IL-1β、IL-18 的產生[13]；另一方面，caspase-1 可以特異性切割 gasdermin D 的 C 端和 N 端中間的連接區域，暴露出有生理活性的游離 N 端，通過與真核細胞膜上的磷脂酰肌醇結合的方式誘發寡聚化并在細胞膜上形成孔道，造成了細胞不可逆的病理性破壞[14]，導致細胞內以 IL-1β、IL-18 為代表的炎癥因子和其他小分子物質甚至部分細胞器通過胞膜上的孔道釋放入周圍環境，也因此招募并黏附更多的中性粒細胞，加重肝臟 IRI 時的炎癥反應，最終加劇了再灌注時肝臟的損傷。Li 等[15]的研究發現，利用 DHA 可以通過抑制 NLRP3 炎癥小體的激活進而減少細胞焦亡，減輕肝臟缺血再灌注時肝臟細胞的損傷，并減少 IL-1β、IL-18 等炎癥因子的釋放；同時研究[16]發現，利用 Glycyrrhizin 可以抑制肝臟IRI時誘導產生的 HMGB1、NLRP3 炎癥小體及減少 Kupffer 細胞的焦亡，進而有效緩解肝臟 IRI 和炎癥浸潤。新近研究[17]發現，高齡也可以促進肝臟 IRI 期間的 NLRP3 過度活化并加重肝臟炎癥。但是經典途徑的具體通路尚未完全明確。隨著對 NLRP3 通路的深入研究發現，在肝臟缺血再灌注過程中，PINK1/Parkin 通路激活所引起的線粒體自噬可以有效抑制 NLRP3 炎癥小體的激活，進而緩解缺血再灌注過程的炎性浸潤和組織損傷[18-19]，這同時表明，細胞內其他的細胞器也可能對 NLRP3 通路的激活和傳導機制產生不同程度的影響，對于此領域更深入的研究起著一定的指導作用。
2.1.2 AIM2 通路
肝臟缺血再灌注過程中，細胞焦亡經典途徑中還存在著 AIM2 相關炎癥小體介導的信號通路。在結構方面，AIM2 主要的結構域包括位于 N 端的 PYD 區域和位于 C 端的 HIN 結構域，HIN 結構域是由寡核苷酸/寡糖結合折疊形成的串聯對，能夠結合核酸、寡糖、蛋白質等[20]。當肝臟 IRI 發生時，由于細胞內 ATP 供應不足、氧自由基增加、鈣超載等原因[21]，細胞核核膜和線粒體膜遭到不同程度的損傷或者破壞，細胞核內及線粒體內的遺傳物質順著破壞的膜結構進入胞漿，肝臟細胞質內游離的雙鏈 DNA 大量增加，這些游離的雙鏈 DNA 可以與 AIM2 受體的 HIN 結構域特異性結合并激活 AIM2 受體。與 NLRP3 炎癥小體的激活通路類似，激活后的 AIM2 受體蛋白 N 端的 PYD 與 ASC端對應的 PYD 特異性結合并觸發位于 C 端的 CARD與 pro-caspase-1 結合，進而生成具有生物活性的 caspase-1。到此為止，胞內形成一個以 AIM2-ASC-caspase-1 為主體的炎癥小體[22]并通過 gasdermin D 介導細胞焦亡的經典途徑，引起細胞焦亡和炎癥介質的釋放，導致肝臟原有的炎癥升級，加重了肝臟 IRI。從這個角度出發，如果適當增加細胞的膜穩定性，可以在一定程度上減少胞內 AIM2 炎癥小體的激活，進而緩解 IRI，這為進一步的研究和臨床用藥提供了新的思路。值得一提的是，有研究[23]指出，只有長度超過 70 bp 的雙鏈 DNA 才可以激活 AIM2，且 200 bp 的雙鏈 DNA 對于 AIM2 的炎癥小體的激活最為適宜。
2.2 非經典途徑
肝臟 IRI 的缺血期間，由于入肝血流被阻斷，腸道發生血液淤積，腸道靜脈壓因此升高，生物體腸道黏膜屏障的功能受損并發生腸道菌群的肝臟異位[24]。革蘭陰性菌作為異位菌群的重要組成部分，其細胞壁含有的脂多糖可以被分泌到人體循環中，是臨床上感染性休克的重要來源；另一方面，存在于肝臟的脂多糖正是肝臟 IRI 過程中細胞焦亡非經典途徑的重要激動劑。
在生理條件下，細胞內的 caspase-11 蛋白含量很低，所以當機體需要完成細胞焦亡時細胞可以在特定刺激下促進pro-caspase-11 的產生。在脂多糖存在的情況下，細胞膜上的 TLR4 可以通過脂多糖的特異性識別而被激活，激活后的 TLR4 能夠通過髓樣分化因子 88 活化下游核因子（nuclear factor，NF）-κB 分子或經β干擾素TIR結構域銜接蛋白（TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-β，TRIF）激活信號轉導子和轉錄激活子 1（signal transducerand activator of transcription 1，STAT1），隨后 NF-κB 或 STAT1 進入細胞核中與 pro-caspase-11 基因 5′ 端上游的 NF-κB、STAT1 啟動子結合位點結合，促進 pro-caspase-11 的轉錄和生成[25-26]。雖然關于缺血再灌注時 pro-caspase-11 的表達增加機制尚未完全明確，但是 Sherif 等[27]發現，通過抑制細胞的 TLR4/NF-κB 信號通路可以有效減輕 IRI 。此后，Kayagaki 等[28]發現，對于 TLR4 基因敲除的小鼠，仍然可以同野生型小鼠一樣發生敗血癥，意味著 TLR4 對于細胞焦亡的非經典途徑的激活并非必不可少，TLR4 主要是增加 pro-caspase-11 的表達，而 pro-caspase-11 在識別胞內脂多糖并引導細胞焦亡非經典途徑中起著核心作用。
肝臟 IRI 發生時，肝臟可出現異位的菌群及脂多糖[24]。結構上，脂多糖的類脂 A 區域具有遺傳保守的“六酰化”結構，此結構能和pro-caspase-11的 CARD特異性結合，使無生物活性的pro-caspase-11發生自身寡聚和活化形成活化的caspase-11[29]。活化后的 caspase-11 蛋白能夠剪切修飾細胞膜上的縫隙連接蛋白 1，使得縫隙連接蛋白 1 通道蛋白活化并開放，隨后胞內的 ATP 作為危險信號分子從此通道向胞外流出。與此同時，流出胞外的 ATP 分子作為激動劑結合并激活 ATP 依賴的 P2X7 受體，引起細胞膜上的多種陽離子通道開放，隨后在胞膜兩側的電化學驅動力作用下，出現細胞內的 K+ 外流，細胞外的 Na+、Ca2+ 等內流，最終細胞內滲透壓失衡，細胞腫脹破裂，炎癥因子和細胞器進入內環境，加重了炎癥反應[30]。同時 Kayagaki等[28]發現，作為介導細胞焦亡非經典途徑的重要效應蛋白，活化的 caspase-11 蛋白本身就具備 gasdermin D剪切活性，可以不依賴于caspase-1直接切割 gasdermin D的 C 端、N 端連接部分，激活 gasdermin D 蛋白并暴露其游離 N 端，從而促進胞膜孔道的形成，介導細胞焦亡；研究還發現，除了出現 gasdermin D 的活化，同時出現 IL-1β 的分泌，這與上述細胞焦亡的非經典途徑不符。因此，細胞焦亡的非經典途徑中可能存在著細胞焦亡的經典途徑，且 caspase-11在激活 gasdermin D 的同時存在某些旁路可以激活 NLRP3 進而啟動細胞焦亡的經典途徑，引起炎癥介質的生成、釋放。有研究[31-32]指出，細胞焦亡的非經典途徑中，ATP 的外流或 K+ 的外流可能是 NLRP3 的潛在激動信號，這些信號可以引起 NLRP3 活化并介導細胞焦亡的經典途徑，使肝臟的炎癥反應升級，最終造成肝臟發生更嚴重的細胞死亡和組織損傷。目前可以達成共識的是，細胞焦亡的非經典途徑可以激活細胞焦亡的經典途徑，但具體激活的分子機制仍不能確定，明確其還需要更多的后續實驗。其他研究[33-34]指出，caspase-8、gasdermin D 等也可能存在于細胞焦亡經典途徑和非經典途徑過程中并發揮著不同的作用，但關于這些蛋白發揮功能的方式及形式仍不確定，有待進一步研究。
3 小結與展望
鑒于細胞焦亡在肝臟 IRI 中的重要作用，其相關分子機制和調控因素逐漸成為研究的熱點，但經典途徑與非經典途徑的交互作用以及相關信號傳導機制仍不能確定，后續深入研究尤其重要，能夠阻斷細胞焦亡信號傳遞通路的小分子有望成為有效的臨床干預用藥。同時，隨著細胞焦亡參與肝臟 IRI 病理過程的分子機制（圖 1）和影響因素逐漸清晰，臨床醫師在肝臟手術術式的選擇、術中肝血管阻斷時間的判斷以及臨床藥物的應用上也將有新的依據和指導。值得思考的是，肝臟 IRI 發生時，除了肝臟發生器官損傷和炎癥浸潤外，還可出現血漿外泌體增加和遠處器官損傷。Zhang 等[35]便發現肝臟 IRI 時增加的外泌體可以繼發引起海馬體、皮層神經元發生細胞焦亡，從而引起神經系統相關損傷；此外，當肝臟以外的臟器發生 IRI 時，肝臟同樣可能會發生細胞焦亡和器官損傷，如 Zhao 等[36]發現在腎臟發生 IRI 時血漿中的組胺濃度增加，能夠介導肝臟表達焦亡相關蛋白如 NLRP3、AIM2、ASC 等，最終導致肝臟發生炎性反應和繼發器官損傷。由此可見，器官缺血再灌注過程不僅能夠引起原位臟器的損傷，而且能通過某些信號分子誘導其他器官的損傷，其中細胞焦亡及其相關因子扮演著十分重要的作用。
圖1
肝臟 IRI 過程中細胞焦亡的作用機制示意圖
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們無相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：陳棟起草文章并進行進一步撰寫；麻勇對文章的知識性內容進行批判性審閱。
