银屑病与调节性细胞死亡关系研究进展

刘 建 张致琴 尹志强

南京医科大学第一附属医院皮肤科，南京，210029

银屑病是一种慢性、免疫介导的炎症性皮肤病，其发病机制尚未完全阐明，目前认为白细胞介素-23/T辅助细胞17(IL-23/Th17)细胞轴和天然免疫系统等在银屑病发病中有着重要作用。银屑病以角质形成细胞分化和增殖异常为主要特点，表现为表皮通过时间和细胞周期缩短[1]，此前关于银屑病角质形成细胞凋亡的研究较多，认为细胞凋亡异常与银屑病的角化不全密切相关。随着对银屑病研究越来越深入，发现银屑病皮损角质形成细胞存在多种死亡方式。除了角质形成细胞外，局部浸润的免疫细胞如中性粒细胞等也会发生细胞死亡。细胞死亡类型可以分为两大类，即调节性细胞死亡(regulated cell death，RCD)与意外细胞死亡(accidental cell death，ACD)，2018年细胞死亡命名委员会根据细胞死亡形态学变化及发生机制的不同，将RCD分为内外源性凋亡、坏死性凋亡等十余种类型。本文概述了在银屑病中研究较为深入或与炎症性疾病关系密切的几种调节性细胞死亡方式，包括其具体发生机制及与银屑病尤其是寻常型银屑病之间关系的研究。

1.1 细胞凋亡 细胞凋亡是由胞内外环境改变所引起的RCD，其形态学表现为细胞质皱缩、染色质浓缩、核碎片化和质膜起泡，最终形成凋亡小体被周围具有吞噬活性的细胞吞噬降解。既往研究表明细胞凋亡通过内源性凋亡与外源性凋亡途径发生，内源性凋亡主要是由DNA损伤、内质网应激、活性氧超负荷等胞内应激或损伤信号所触发，而外源性凋亡则主要是由死亡受体与其配体结合激活所引起的，尽管两条通路具体机制不同，但下游都是通过激活半胱天冬酶(caspase)3/7发挥凋亡效应[2]。内源性凋亡的关键过程为广泛不可逆的线粒体外膜透化(mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP),其主要调控蛋白为B淋巴细胞瘤-2(BCL-2)家族。BCL-2家族促凋亡成员与凋亡效应蛋白Bax和Bak直接结合使其寡聚化并在线粒体外膜成孔导致MOMP；
而抗凋亡成员如BCL-2和BCL-xL等则通过直接结合促凋亡成员抑制Bax和Bak的寡聚成孔发挥功能[3]。细胞发生MOMP后线粒体内物质如细胞色素c(cytochrome c，CYCS)等释放入胞质，胞质中的CYCS与凋亡肽酶激活因子1、caspase 9前体结合激活caspase 9，进而催化激活caspase 3/7[4]。外源性凋亡途径主要是通过死亡受体如Fas和肿瘤坏死因子受体1(tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1)等与配体结合激活下游通路。目前为止，研究最为详尽的死亡受体介导凋亡信号通路是Fas/FasL相关通路。Fas与其配体结合，诱导受体构象改变并通过死亡结构域与适配器Fas相关死亡域蛋白(FAS associated with death domain protein，FADD)结合，FADD通过其死亡效应结构域招募caspase 8及细胞FLICE样抑制蛋白(cellular FLICE-like inhibitory protein，c-FLIP)组装死亡诱导信号复合体激活caspase 8[5]。活化的caspase 8直接激活或通过线粒体途径激活caspase 3/7[6]。

1.2 细胞坏死性凋亡 坏死性凋亡又称程序性坏死，是一种表现为坏死形态的RCD。不同于坏死，坏死性凋亡通常由细胞内外稳态改变刺激特定死亡受体(包括Fas和TNFR1等)，或病原体识别受体(pathogen recognition receptors，PRRs)，包括Toll样受体(toll-like receptor，TLR)TLR3/4和Z-DNA结合蛋白1(Z-DNA binding protein 1，ZBP1)等引起，并依赖混合系激酶区域样蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL)、受体相互作用蛋白激酶3(receptor interacting serine/threonine kinase3，RIPK3)及受体相互作用蛋白激酶1(receptor interacting serine/threonine kinase，RIPK1)等激酶活性[2]。目前对坏死性凋亡的研究主要围绕TNF-α受体所引发的通路。TNF-α是一种多效性分子，能够基于细胞死亡复合物的组装来调节细胞生存、凋亡或坏死性凋亡反应[7]。TNF-α与受体结合可以触发复合物Ⅰ(依赖NF-kB的促炎信号复合物)的组装，在RIPK1去泛素化的情况下，复合物Ⅰ变成凋亡复合物Ⅱa，微生物或药物抑制caspase 8 时，RIPK1募集并磷酸化RIPK3组装坏死体，即复合物Ⅱb，RIPK3介导MLKL磷酸化并诱导其构象改变，磷酸化的MLKL进而破坏质膜以执行坏死性凋亡[8]。

1.3 细胞铁死亡 铁死亡是一种铁依赖的、由大量脂质过氧化介导膜损伤引起的RCD，以脂质活性氧(reactive oxygen species，ROS)的积累为特点，形态学主要表现为线粒体超微结构的变化，如线粒体变小、膜密度增加、嵴消失等[9]。脂质过氧化是铁死亡的标志，引发脂质过氧化的机制尚未完全了解，其可能是通过非酶促和酶促过程发生[10]。非酶促脂质过氧化是由芬顿反应驱动的，芬顿反应利用Fe2+和氧催化链式反应，形成磷脂氢过氧化物(PLOOHs)；
而在脂质过氧化的酶促机制中，PLOOH由脂氧合酶和/或细胞色素P450还原酶驱动形成[11,12]。脂质过氧化的连锁反应破坏膜完整性，并最终导致细胞器和/或细胞膜的破裂。系统xc--GSH-GPX4途径是铁死亡的重要抑制机制之一。胱氨酸/谷氨酸逆向转运系统xc-通过摄取胱氨酸维持谷胱甘肽(GSH)的产生，GSH不仅是一种有效的还原剂，还能作为谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的辅助因子促进GPX4还原细胞中产生的PLOOHs以产生相应的醇 (PLOH)。经典的铁死亡诱导剂爱拉斯汀和 RSL3，就是分别通过抑制系统xc-和GPX4诱导铁死亡[13]。铁代谢在铁死亡过程中发挥关键作用，发生铁死亡的细胞中胞内或线粒体内亚铁(Fe2+)水平升高。一方面，铁依赖性的芬顿反应对铁死亡至关重要；
另一方面，铁能催化脂氧合酶和细胞色素P450还原酶的活性，因此参与铁摄取、储存、利用和流出过程的多种调节铁代谢的蛋白都可能会影响铁死亡的敏感性，如转铁蛋白和转铁蛋白受体等通过介导细胞吸收铁促进铁死亡[14]。

1.4 细胞焦亡 细胞焦亡是一种与天然免疫相关的由Gasdermin蛋白家族介导的的RCD[2]。目前的研究发现，人体组织中的Gasdermin家族包含Gasdermin A/B/C/D(GSDMA/B/C/D)、Gasdermin E(GSDME/DFNA5)和DFNB59，其中除了DFNB59外，其余成员均由两个保守的结构域N端和C端组成。大多数Gasdermins的N端都能诱导细胞焦亡，在焦亡中研究最为深入的是GSDMD[15]， GSDMD是一种高度保守的蛋白，在哺乳动物不同的组织和细胞当中均有表达，其包含两个自抑制的结构域，即N端(GSDMD-N)和C端(GSDMD-C)。GSDMD通过经典途径和非经典途径介导细胞焦亡，在经典途径中， PRRs感受细胞内外环境变化(如各种病原微生物信号)的刺激并连接下游适配器，同时招募caspase 1前体组装炎症小体激活caspase 1。常见的炎症小体有黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)炎症小体、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3 (nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing pyrin domain 3, NLRP3)炎症小体等，不同的炎症小体可以感受特定的细胞内外信号。激活的caspase 1在两个结构域连接处切割GSDMD蛋白，GSDMD-N在细胞膜上寡聚并成孔导致胞质渗透压破坏继而胞膜破裂[16]。在非经典途径中，细菌脂多糖能通过激活caspase 4/5/11进而切割GSDMD导致细胞焦亡[17]。

1.5 细胞死亡方式串扰 尽管上述介绍各细胞死亡方式机制之间有明显的区别，但近年研究发现不同的RCD之间存在相互串扰。外源性凋亡中死亡受体的结合不一定引起细胞死亡，比如TNFR，当其与配体结合时，其下游通路可以是NF-κB的促炎机制、凋亡和坏死性凋亡等，这相当一部分取决于其下游中的一些关键分子如RIPK1和caspase 8等，揭示了在凋亡与坏死性凋亡之间存在一定的信号串扰。细胞焦亡和坏死性凋亡都代表了炎症性细胞死亡方式。坏死性凋亡被认为是一种备用细胞死亡防御机制，当细胞凋亡受到阻碍时触发，而细胞焦亡是感知潜在损伤的主要细胞反应，最终通过分子GSDMD或者MLKL等发挥死亡效应。有学者认为坏死性凋亡MLKL诱导膜损伤导致K+流出并激活NLRP3炎症小体，提示坏死性凋亡与焦亡之间可能存在炎症信号串扰[18]。此外，细胞焦亡与凋亡、铁死亡与凋亡等之间也存在信号串扰。因此，不同的调节性细胞死亡方式首先其本身有非常严格的调控机制，而当同时存在多种细胞死亡方式时，其之间的信号串扰可能会抑制另一种细胞死亡方式或者放大其本身的死亡效应等。

表1 不同调节性细胞死亡方式及其特点[19]

2.1 银屑病与细胞凋亡 皮肤中角质形成细胞凋亡与增殖之间的动态平衡维持了表皮的稳态。银屑病的临床表现以红斑上覆银白色鳞屑，皮肤增厚为主要特征，病理特征为角质形成细胞过度增殖、角化不全和凋亡异常，皮损中的抗凋亡蛋白如BCL-2、BCL-xL等表达上调[20]，提示银屑病角质形成细胞凋亡异常可能参与银屑病的发生发展。白介素(interleukin，IL)-17家族是银屑病发病中的一类重要细胞因子，研究认为其主要作用是促进角质形成细胞的增殖及炎性浸润[1]。研究发现IL-17可以通过激活IL-6/STAT3通路等促进角质形成细胞增殖[21]，诱导受体相互作用蛋白激酶4通过STAT3信号通路上调趋化因子CCL20等促进炎症[22]。此前有研究发现IL-17A在某些疾病条件下如自身免疫性脑脊髓炎等发挥抗凋亡作用[23]，而Wang等[24]研究发现IL-17A并不影响角质形成细胞的凋亡。因而IL-17在银屑病中对细胞凋亡的影响有待进一步研究。IL-22是银屑病发病机制中另一类重要细胞因子，研究表明IL-22在银屑病患者皮损中表达升高且与疾病严重程度相关，IL-22能通过上调角质形成细胞中的BCL-xL同时下调Bax表达水平调节角质形成细胞的增殖与凋亡[24]。

近年来，对调节细胞凋亡和恢复角质形成细胞稳态成为研究银屑病治疗的主题。银屑病表皮细胞恢复正常稳态主要基于细胞凋亡的正常机制恢复。特定波长的中波紫外线(UVB)可通过促进角质形成细胞和致病相关T细胞凋亡[25，26]，甲氨蝶呤(MTX)能增加角质形成细胞中的CYCS和caspase 9并降低BCL-xL、c-FLIP等蛋白水平诱导内源性凋亡[27]，阿达木单抗等生物制剂抗TNF治疗可以改变角质形成细胞中与凋亡相关的基因的转录活性[28]。这些治疗方式都能通过诱导角质形成细胞凋亡发挥治疗银屑病的作用。

2.2 银屑病与坏死性凋亡 银屑病中角质形成细胞坏死性凋亡参与银屑病的发病并在一定程度上影响疾病炎症状态。坏死性凋亡最初被描述为促炎性细胞死亡，通过释放损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)至胞外引发炎症，也有研究认为TNF-α介导的坏死性凋亡通过激活NF-κB等信号通路促进炎症发展，而不是直接释放DAMPs[29]。目前研究发现，在银屑病患者和咪喹莫特(imiquimod，IMQ)诱导的银屑病样小鼠皮损中坏死性凋亡均增加，RIPK1和MLKL表达上调，使用RIPK1抑制剂(Nec-1s)和MLKL抑制剂(NSA)均能抑制HaCaT细胞和银屑病小鼠皮损的坏死性凋亡，并下调炎症因子如IL-1β、IL-17A等表达水平[30]。也有研究发现通过表皮特异性基因敲除来抑制角质形成细胞NF-κB的信号转导，能诱导坏死性凋亡触发皮肤炎症[31]，进一步表明角质形成细胞坏死性凋亡是皮肤炎症的有效驱动因素。除了相关死亡受体的激活，通过PRRs也能引发细胞的坏死性凋亡。ZBP1在RIPK1缺乏的角质形成细胞中感知内源性核酸，募集RIPK3并磷酸化MLKL激活坏死性凋亡，从而诱导IL-17介导的炎症反应[32]。Honda等[33]发现RIPK3还能以不依赖坏死性凋亡的方式激活角质形成细胞，促进细胞因子与趋化因子的表达，使得中性粒细胞在皮损部位聚集，促进银屑病的炎症发展。去泛素化酶抑制RIKP1介导的角质形成细胞坏死性凋亡并改善皮肤炎症[34]。

GSK2982772是RIPK1的小分子抑制剂，经研究口服GSK2982772能减轻银屑病患者的表皮厚度及抑制皮肤炎性T细胞的浸润[35]。然而，Jiang等[36]和Zhang等[37]研究表明药物铃兰毒甙和杠柳苷元却能通过诱导细胞坏死性凋亡来改善银屑病小鼠模型的皮损，发挥治疗银屑病作用。因此，皮肤角质形成细胞的坏死性凋亡在银屑病中具体作用仍有待进一步研究。

2.3 银屑病与铁死亡 关于铁死亡及其与炎症性疾病之间关系的研究表明，铁死亡不同于细胞凋亡，它具有免疫原性，能通过释放DAMPs和警报素来放大一系列炎症反应[38，39]。在铜绿假单胞菌和结核分枝杆菌感染及非感染性炎症性疾病如动脉粥样硬化和缺血/再灌注损伤等中均观察到铁死亡，并发现铁死亡可能会促进这些炎性疾病的发展[39]。此前一项对银屑病样本的回顾性研究发现，相比于未受累的皮肤及健康对照组，银屑病皮损内的GPX4表达降低、胞内铁增加及胱氨酸/谷氨酸逆向转运系统xc-受抑制，提示银屑病皮损中可能存在铁死亡[40]。然而关于银屑病中发生铁死亡的细胞及其具体作用尚不很明确。Shou等[41]最近研究发现，相比于正常皮肤，银屑病样本表皮各层的GPX4几乎未见表达，角质形成细胞脂质过氧化增强，且一系列结果表明细胞水平脂质氧化与Th22/Th17通路呈正相关。此外，Vats等[42]研究发现，尽管紫外照射后角质形成细胞出现细胞凋亡、细胞焦亡和铁死亡等多种RCD，但铁死亡是导致急性紫外照射驱动的皮肤坏死性炎症的关键细胞死亡方式，表明铁死亡可能是紫外照射相关皮肤病的重要机制，进一步支持其对皮肤炎症的促进作用。

用铁死亡抑制剂Fer-1处理IMQ诱导的银屑病样小鼠，相比于对照组，Fer-1下调TNF-α、IL-17和IL-23等细胞因子水平，从而减轻了IMQ诱导的银屑病样皮肤炎症[41]。这能部分阐述银屑病中角质形成细胞铁死亡的作用，其能在疾病中出现并能放大银屑病炎症反应。

2.4 银屑病与细胞焦亡 目前认为细胞焦亡能通过活化并释放细胞因子从而促进银屑病表皮炎症发展[43]。有研究表明在银屑病当中存在NLRP3炎症小体通路和AIM2炎症小体通路激活的细胞焦亡，炎症小体激活可触发caspase 1活化，caspase 1蛋白水解活化IL-1β和IL-18，有活性的IL-1β和IL-18激活IL23/Th17通路，诱导大量炎性细胞因子和趋化因子分泌，进而引起皮肤炎症和表皮过度增殖[44]。在银屑病发病机制中具体是什么细胞发生焦亡且产生促炎效果还并不明确。有学者认为NLRP3炎性体的激活主要通过中性粒细胞而不是角质形成细胞或T细胞发生[45]，也有研究发现抑制NLRP3炎症小体介导的巨噬细胞焦亡可以改善IMQ诱导的小鼠银屑病样皮肤炎症[46]。此前还有研究认为角质形成细胞内双链DNA会导致AIM2炎症小体活化并促进其发生焦亡[44]。因此关于银屑病发病机制中发生焦亡的是何种细胞及其如何影响炎症发展还需要更进一步的探索。此外，尽管炎症小体的活化与焦亡密切相关，研究表明炎症小体的活化并不一定引起细胞焦亡，如在低GSDMD表达的细胞中炎症小体活化能引起细胞凋亡等[47]，而且非经典途径引起的焦亡通过诱导K+的流出触发 NLRP3炎性体的形成。在银屑病组织中尽管NLRP1/3和AIM2等炎症小体的水平增加，但其对银屑病炎症影响可能不局限于引起细胞焦亡[48]。

药物安石榴甘抑制caspase 1和IL-1β的激活可减轻银屑病症状[49]。富马酸二甲酯是一类在欧洲等地区用于银屑病治疗的一线药物，研究发现富马酸二甲酯也能使GSDMD失活并抑制焦亡[50]，此外药物环黄芪醇通过抑制细胞焦亡能改善IMQ诱导的小鼠皮肤炎症[46]。这些药物的治疗均提示抑制银屑病中细胞焦亡可能是治疗银屑病的潜在治疗靶点。

银屑病作为一种炎症性疾病，其皮损内存在多种形式调节性细胞死亡。银屑病中细胞凋亡异常对于其典型皮损的发生来说可能是最重要的，角质形成细胞的抗凋亡能力使得其过度增殖并出现角化不全等。正是角质形成细胞增强的抗凋亡能力，使得它们更容易发生坏死性凋亡，因此坏死性凋亡对银屑病的炎症发生可能是更重要的。而银屑病中发生的焦亡和铁死亡等其他炎性细胞死亡方式则可能通过加重皮肤炎症状态促进疾病的发展。此外，银屑病中可能存在的各种细胞死亡方式的串扰会进一步影响皮肤炎症。因此，对银屑病中细胞各种死亡方式及其机制的研究，不仅能推进对银屑病的理解，更能为银屑病的治疗提供更多的思路与支持。

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