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焦亡是一种程序性细胞死亡，参与肿瘤、自身免疫性疾病、神经退行性疾病。发生焦亡的细胞显示出诸如细胞肿胀、膜起泡、DNA 断裂和最终细胞裂解等特征。但是，细胞核通常保持完整，这与凋亡和坏死性凋亡中观察到的细胞核破坏现象不同。近年来，细胞焦亡受到了大家的广泛关注，也成了国自然的香饽饽，2020年共有171个焦亡相关的研究课题，总金额达到了6771万元。

9月24日，中南大学的侯军委教授和台湾省中国医科大学洪明奇（Mien-Chie Hung）教授在Cell子刊《Molecular Cell》上发表了题为《Molecular mechanisms and functions of pyroptosis in inflammation and antitumor immunity》综述，系统性地介绍了焦亡在炎症和抗肿瘤免疫中的分子机制。

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摘要

通常情况下，gasdermin D（GSDMD）通过炎症小体信号被caspase-1裂解后，会触发免疫细胞焦亡（immune cell 焦亡，ICP）而作为宿主对病原体感染的一种防御机制。然而，最近发现癌细胞的焦亡（cancer cell 焦亡，CCP）可由不同的分子机制所激活，其中GSDMB、GSDMC和GSDME是执行者（executioners），而不是GSDMD。此外，gasdermin蛋白裂解诱导CCP需要的是凋亡性的caspases和颗粒酶，而不是炎症性caspases。

蛋白酶裂解的gasdermin蛋白的充分积累是CCP的先决条件。由于持续时间和释放的细胞内容不同，ICP或CCP诱导的炎症对抗肿瘤免疫的影响也截然相反，可对治疗效果产生相反的影响。在本综述中，我们重点讨论了ICP和CCP的不同机制，并讨论ICP和CCP在炎症和抗肿瘤免疫中的作用及有代表性的可行性靶标。

简介

焦亡，其希腊语词根 "pyro "和 "ptosis "分别表示火和下降，最近由于几个新发现的关键分子事件而受到越来越多的关注。目前，焦亡被发现是由于细胞内和细胞外渗透压不平衡所造成的结果，这种渗透压是由Caspases或其他蛋白分解酶在质膜上形成的小孔（pore）所产生的。这些孔会破坏细胞离子梯度，导致细胞内容物溢出，如白细胞介素1β（IL-1β）和高迁移率族蛋白1（HMGB1）。

焦亡式的细胞死亡最初是由Friedlander所观察到的，他描述了经炭疽致死毒素处理后，小鼠巨噬细胞发生的非典型死亡。从20世纪80年代起，细胞焦亡已被认为是为了保护宿主，病原体侵袭所导致的炎性巨噬细胞死亡。然而，焦亡的强烈激活可能会导致严重的组织损伤、器官衰竭和致命的败血症。有趣的是，新出现的证据表明，骨髓细胞中炎症小体介导的焦亡可将炎症与肿瘤的发展和免疫联系起来。同时，由于缺氧、抗癌药物和细胞毒性淋巴细胞的杀伤作用可通过gasdermin蛋白裂解以启动癌细胞中炎症小体非依赖性的焦亡，从而为癌症治疗提供了另一种潜在的策略。深入了解焦亡在促癌和抗癌潜力方面的作用将有利于新的更有效的治疗方法的开发和临床转化。

焦亡的分子机制

尽管在焦亡的信号机制方面已取得了很大进展，但焦亡的执行者很长一段时间内都是未知的，直到发现gasdermin D（GSDMD）是caspase-1和caspase-11的底物，使得人们对这种免疫细胞炎症性细胞死亡的关注度有所增加。此外，最近的研究还发现，在健康组织和癌细胞中，焦亡可以通过与免疫细胞焦亡不同的机制而发生。在本文，我们回顾了关于焦亡分子机制的最新认识和进展。

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免疫细胞的焦亡

许多病原体可侵入吞噬细胞，如巨噬细胞和中性粒细胞，以便在宿主细胞内生存和复制。通常情况下，这些细胞内的病原体可以被炎症小体所检测到，随后诱导被感染细胞发生焦亡，并释放出化学引诱剂来招募吞噬细胞以杀死这些细胞（图1）。

炎症小体是由传感器（sensor proteins）和衔接蛋白（adaptor proteins）组成的寡聚复合物，可作为触发炎症性caspases激活的分子平台。传感器蛋白，如模式识别受体（PRRs），可被包括如脂多糖（LPS）、损伤相关分子模式（DAMPs）和细胞膜DNA在内的病原体相关分子模式（PAMPs）激活形成不同的炎症小体。例如，NLR家族的pyrin结构域1（NLRP1）可被炭疽致死毒素和弓形虫激活，并能识别细胞膜双链DNA；NLRP3可感知不同的刺激，如细胞外ATP、颗粒物和结晶物以及形成孔隙的毒素。

此外，Pyrin可间接性的感知细菌毒素引起的宿主Rho GTP酶的失活，NLR家族凋亡抑制蛋白（NAIP）可监测到细菌的鞭毛和III型分泌器官。通常情况下，在激活后，这些传感器蛋白可与衔接蛋白寡聚，从而连接炎症小体与pro-caspase-1。传感器蛋白AIM2、NLRP1、NLRP3和pyrin可向含有caspase激活和招募结构域（CARD）的ASC蛋白（也称为PYCARD）发出信号，而NAIP招募的NLRC4可作为衔接蛋白。炎症小体可作为pro-caspase-1自切割（autocleavage）的支架，随后由活化的caspase-1将IL-1β/IL-18处理成熟。

然而，也有一项研究发现了一种非经典炎症小体途径，胞质性LPS可直接与小鼠caspase-11（人caspase-4）的CARD结合，然后形成用于caspase-11激活和细胞焦亡诱导的寡聚复合物，而这一过程不需要炎症小体。

寻找炎症性caspases底物的工作最终有了一个突破性的发现，即GSDMD是炎症性caspases的直接靶点和焦亡的执行者。GSDMD属于一个gasdermin家族，该家族包括四个旁系同源物，称为GSDMA、GSDMB、GSDMC和GSDMD，以及两个延伸家族成员：GSDME和DFNB59（也称为PJVK）。

小鼠的GSDMD包含一个有242个氨基酸的N端结构域和一个199个氨基酸的C端结构域，并由一个有43个氨基酸的连接环所连接。N端结构域则具有由C端结构域所控制的寡聚化和成孔活性。当小鼠GSDMD被caspase-1或caspase-11在连接环（linker loop）内的残基Asp276处裂解时，抑制性的C-末端结构域会被移除，释放出N-末端结构域，然后发生寡聚化并在细胞膜上形成内径为10-20纳米的功能性孔隙，从而使得IL-1β/IL-18很容易从细胞中释放出来。细胞膜的这种通透性会破坏其渗透势（osmotic potential），导致细胞肿胀并最终裂解。

除质膜外，GSDMD孔可插入多种细胞器膜，包括线粒体、溶酶体、自噬体和嗜天青颗粒。在焦亡的早期阶段，具有GSDMD孔的细胞仍可保持活力，一些细胞内容物，如IL-1β和IL-18，可被选择性地释放出来。

重要的是，早期焦亡可以通过多种机制而受到负向调节。Ca2+通过其P2X7通道流入是诱导焦亡的必要条件；然而，Mg2+可通过抑制P2X7而保护细胞不被裂解。尽管GSDMD孔会损害细胞膜的完整性，但在GSDMD激活后，转运所需的内体分拣复合物（ESCRT）会被招募用来修复细胞膜，从而限制焦亡。

有趣的是，富马酸盐对GSDMD的琥珀化作用可通过将关键的半胱氨酸残基转化为S-（2-琥珀酰）-半胱氨酸来阻止其与caspase发生相互作用和随后的GSDMD裂解，从而抑制焦亡。此外，细胞FLICE样抑制性蛋白（cFLIPL）可通过抑制呼吸复合物II（琥珀酸脱氢酶）的形成，抑制LPS诱导的巨噬细胞焦亡。在发生病原体感染是，对焦亡的负向调节可限制过度炎症以确保免疫平衡。

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癌细胞的焦亡

大多数gasdermins已被证明包含有一个可导致焦亡的成孔性N端结构域，这表明除了GSDMD以外的gasdermins在某些条件下，当其gasdermin N端结构域被释放时，也可能能够诱导焦亡。越来越多的证据表明，各种caspase对gasdermins的裂解会引发癌细胞焦亡（CCP）（表1）。

Wang等人的研究报道，化疗诱导的caspase-3激活可以通过裂解GSDME的保守位点Asp270来触发焦亡，引起对正常组织的毒性。不久后，GSDME/caspase-3在化疗药物处理的胃癌细胞中被报道可介导焦亡，并且GSDME C端结构域中所预测的棕榈酰化位点C407和C408也被证明参与化疗药物诱导的CCP，这表明gasdermin介导的焦亡不仅可能会发生在免疫细胞中，也可能发生在健康组织和癌细胞中。

从那时起，关于gasdermin可诱导癌细胞发生焦亡的研究就多了起来。例如，包括MEK、BRAF、EGFR、ALK和KRAS在内的激酶的小分子抑制剂可促进caspase-3诱导的GSDME裂解，并使肺癌和黑色素瘤发生持久性肿瘤消退。为了应对活性氧（ROS）的刺激，氧化的Tom20可通过线粒体途径激活caspase-3，并最终在黑色素瘤中导致GSDME依赖性的焦亡。

此外，Hou等人确定，在乳腺癌中，细胞核PD-L1介导GSDMC表达后，可通过将Caspase-8来裂解GSDMC，而将肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱导的凋亡转换为缺氧下的焦亡，并导致肿瘤坏死，这一现象在肺癌、肝癌、卵巢癌和黑色素瘤中也有观察到。现有的证据表明，杀伤性淋巴细胞通过细胞凋亡或铁死亡来清除肿瘤细胞。有趣的是，最近的两项研究表明，激活的自然杀伤（NK）细胞和细胞毒性T淋巴细胞释放的颗粒酶B（GZMB），可通过在与caspase-3相同的部位直接裂解GSDME，而导致靶细胞发生caspase依赖性焦亡。

而最近的另一项研究结果同样证明，由NK细胞和细胞毒性T淋巴细胞释放的颗粒酶A（GZMA）可直接裂解GSDMB而激活caspase非依赖性的焦亡，并将GZMA可裂解的GSDMB引入小鼠癌细胞从而导致肿瘤排斥（tumor rejection，肿瘤排斥被定义为治疗后肿瘤完全消退并且在整个随访期间没有肿瘤复发）。

除了caspase-1，GSDMD也被证明在α-NETA处理后下可被caspase-4裂解而诱发卵巢癌焦亡。根据Chao等人报道，是凋亡性的caspase-3/6/7，而不是炎症性的caspase，可在N端结构域内的88 DNVD 91处裂解GSDMB，这表明GSDMB是凋亡刺激处理癌细胞后的潜在执行者。这些对癌细胞焦亡的研究表明，癌细胞至少在五个特征上可获得不同于免疫细胞焦亡的分子机制：

1.  在癌细胞中，经典诱导细胞凋亡的药物或因素作为焦亡的触发因子需要在gasdermins有足够表达的条件下

2.  caspase的激活和细胞焦亡的诱导不需要炎症小体

3.  是凋亡性的而非炎症性的caspase参与了gasdermins的裂解

4.  在癌细胞中，如果存在其他能够释放gasdermin N-末端结构域的活性蛋白酶，如颗粒酶，就会以caspase非依赖性的方式发生焦亡

5.  焦亡现象的发生很少伴有IL-1β的成熟和释放。

显而易见，在癌细胞中没有统一的焦亡途径；但是，需要有活性蛋白酶充分释放可裂解的gasdermin蛋白。

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肿瘤发生发展中的免疫细胞与癌细胞焦亡

免疫细胞焦亡（ICP）和CCP都会影响肿瘤发生发展。ICP对肿瘤发生和发展的影响取决于炎症小体信号和由肿瘤微环境中PAMPs和DAMPs所引发产生的焦亡性细胞因子。由于CCP的强度和持续时间不同，CCP可以激发或抑制抗肿瘤免疫力。在本文中，我们将重点讨论关于ICP和CCP在癌症中重要性的最新认识和进展。

1.  免疫细胞炎症小体的双重作用

NLRP3炎症小体在阻止肿瘤进展方面起着很重要的作用。造血细胞中NLRP3基因发生缺失的小鼠对DNA损伤剂偶氮甲烷（AOM）和葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎相关（colitis-associated）结肠癌表现出高度敏感性，这可能是由于GSDMD可通过控制cGAS（环状GMP-AMP合成酶）介导的炎症来限制结肠炎。然而，另一个研究发现，用AOM和DSS处理的野生型和NLRP3基因敲除型小鼠对AOM-和/或DSS所诱导的结肠癌的敏感性没有明显差异。此外，垂死肿瘤细胞释放的ATP可激活树突状细胞中NLRP3炎症小体，为可产生干扰素γ（IFN-γ）的CD8+T细胞提供动力，并增强IL-1β依赖性的抗肿瘤免疫力。

其他炎症小体传感器在癌症的发生和发展中也起着肿瘤抑制因子的作用。NLRC4/NAIP5炎症小体与巨噬细胞中的TLR5共同识别肿瘤细胞中高表达的鞭毛蛋白，导致激活先天免疫反应和肿瘤特异性的CD4+和CD8+T细胞，从而发挥在体内清除肿瘤的作用。此外，NLRC4在肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的趋化因子和细胞因子的产生以及保护性IFN-γ产生、CD4+和CD8+T细胞的产生中具有关键性作用。AIM2通过限制DNA依赖性蛋白激酶的激活来降低AKT的磷酸化，从而在AOM/DSS诱导的结直肠癌模型中降低细胞增殖速度和肿瘤负荷。显然，上述研究为炎症小体在抑制肿瘤发展中的保护作用提供了直接证据。

尽管炎症小体具有抗癌保护功能，但有越来越多的研究报道了它们在肿瘤发生和进展中的不利作用。Caspase-1通过过氧化物酶体激活受体γ（PPAR-γ）裂解所介导的对中链酰基辅酶A（CoA）脱氢酶（MCAD）的抑制而促进TAMs分化，从而促进肿瘤的发展。

此外，骨髓源性抑制细胞（MDSCs）的caspase-1活性也会促进肿瘤内源性的MyD88依赖性致癌，尽管caspase-1作为癌细胞中p63的靶点，可抑制肿瘤的生长。也有研究小组利用多种动物模型发现，缺乏NLRP3的小鼠对癌变和转移会有抵抗力。作者证明，MDSCs的一个亚组，CD11b+Gr-1intermediate，会在缺乏NLRP3的小鼠肺部肿瘤微环境中扩增，并分泌较高水平的CCL5和CXCL9趋化因子，吸引并激活NK细胞以抑制肿瘤的生长和转移。

相反，用树突状细胞疫苗接种NLRP3-/-小鼠后，由于肿瘤微环境中肿瘤相关的MDSCs数量减少，生存率比对照组动物提高了4倍，而NLRP3-/-的MDSCs适应性转移到肿瘤部位的效率较低，这意味着需要NLRP3才能在促进肿瘤生长的肿瘤微环境中积累MDSC。由于DSS可能会破坏肠道中共生菌的组成，肠道微生物组的差异也可能导致NLRP3在DSS诱导的结直肠癌中所起的作用截然不同。

2.  焦亡性细胞因子IL-18的双重作用

IL-18是IL-1家族的成员，首先被发现是因为它能够增强anti-CD3刺激的T细胞产生IFN-γ。它被广泛认为是一种促炎性细胞因子和抑癌因子（图2）。

IL-18是由焦亡性免疫细胞释放的主要细胞因子之一（图1）。

炎症小体促进肿瘤排斥的能力至少部分性地依赖于炎症小体所介导的IL-18的分泌，IL-18也可促进上皮屏障的修复以抵抗结肠炎相关的结肠癌所引起的损伤。有多项研究报告称，小鼠中IL-18的条件性缺失会增加其对DSS诱导的肠道炎症和结肠腺癌发展的敏感性。将重组性IL-18注入炎症小体缺失的小鼠体内，可显著降低经AOM和DSS处理后结肠肿瘤的发病率，这表明炎症小体激活下游IL-18的分泌可阻碍结肠肿瘤的发生，也是某些缺乏炎症小体的结肠癌的潜在抗癌候选药物。

NLRP3炎症小体介导的IL-18的产生可通过诱导NK细胞的成熟和杀瘤（tumoricidal）活性来抑制小鼠肝脏中转移性的结肠肿瘤细胞。也有报道发现，IL-22能促进肠道干细胞介导的上皮细胞再生，以对抗肠道损伤。有一项研究报告称，IL-18可通过下调IL-22结合蛋白来上调IL-22的血液水平，从而保护肠道免受严重炎症或肿瘤进展后期所诱发的损伤。然而，每周两次向小鼠注射重组性IL-18会加剧B16-F10在肺部转移灶的进展，而每天注射重组型IL-18，5天后可降低肿瘤的患病率。此外，基因敲除了IL-18的C57BL/6小鼠更容易受到B16-F10肿瘤转移的影响。这些观察结果表明，IL-18的持续性通路（sustained circuit）可能会增强抗肿瘤免疫力，并诱发抗肿瘤作用，而长间隔或偶尔暴露于IL-18则可能会引起炎症并导致恶化转移。

此外，IL-18可正向调节Th1淋巴细胞和巨噬细胞活化所产生的IFN-γ，以增强NK细胞和CD8+T细胞的细胞毒性，从而抑制结肠炎相关结肠癌的肿瘤发展。IL-18的抗肿瘤活性很好地证明了ICP的肿瘤排斥作用。然而，在已建立的黑色素瘤、结肠癌和多发性骨髓瘤模型中，IL-18会促进肿瘤的发展。一项研究表明，IL-18可驱动MDSCs的产生，从而加速多发性骨髓瘤的肿瘤进展。在B16-F10模型中，IL-18会减少细胞内活性氧中间物的产生和Fas配体的表达，以促进肿瘤的生长。Terme等人发现，低水平的IL-18可通过上调PD-1的表达来抑制起肿瘤免疫监视作用的NK细胞。因此，IL-18对处于发展中的和已确立的肿瘤可表现出不同的影响。

3.  焦亡性细胞因子IL-1β的双重作用

IL-1β和IL-18都属于IL-1家族，是唯一在焦亡性免疫细胞中被caspase-1处理的细胞因子。与IL-18不同，IL-1β因其促肿瘤的功能而闻名（图2）。

IL-1β通过与肿瘤浸润性骨髓细胞的关系发挥炎症小体诱导的焦亡，而可对肿瘤产生抑制性（deleterious）作用。小鼠胃部特异性表达的IL-1β可通过IL-1受体/核因子κB（IL-1R/NF-κB）途径招募和激活MDSCs，导致自发性胃部炎症和癌症。缺乏IL-1R的小鼠会延缓MDSCs的积累，并抑制原发性和转移性肿瘤的发展。肥胖诱导的肿瘤浸润性MDSCs中，NLRC4炎症小体介导的IL-1β的产生会升高，它通过脂肪细胞介导的血管内皮生长因子A（VEGFA）表达和血管生成以驱动癌症进展。

重要的是，IL-1β有利于肿瘤细胞产生对化疗药物的抵抗，如多柔比星、吉西他滨和5-氟尿嘧啶，这也突出了炎症环境对癌症患者化疗的意义。有趣的是，IL-1β的促肿瘤作用会因为缺氧而增强。在缺氧条件下，HIF-1α可增加TAM产生的IL-1β，而促进肝癌的上皮-间质转化和转移。IL-1β还可通过COX2-HIF-1α途径发挥作用，促进肺部肿瘤的发生。此外，TAMs上的S1PR1也可通过NLRP3诱导IL-1β的产生以促进淋巴管生成和转移，这意味着IL-1β在TAMs中通过S1PR1信号下游的淋巴管促进转移方面具有一些还未被重视的作用。

尽管IL-1β促进肿瘤生长中的作用是众所周知的，但一些研究表明它也可以阻碍肿瘤的发展。IL-1R的缺失会使CD8+T细胞的启动失败，然后可通过提供外源性的IL-1β而得到挽救（rescued）。在NLRP1-/-小鼠中，较低的IL-1β水平会增加炎症和肿瘤负荷。重要的是，最近的一项研究报告表明，IL-1R的完全（blanket）失活并不会减缓结直肠癌的进展，但T细胞和上皮细胞中IL-1R的缺失却可以，而髓系细胞中IL-1R的敲除则会加速结直肠癌的进展，这表明IL-1β在控制肿瘤生长中的作用是具有细胞类型特异性的。

4.  癌细胞的慢性和急性焦亡性死亡结果差异

CCP首次是在被化疗药物处理后的NCI-H522肺癌细胞中被发现，这些药物包括多柔比星、放线菌素-D、博莱霉素和托泊替康。在该研究中，GSDME被证明可以被凋亡性的Caspase-3裂解，然后诱导显著的焦亡现象；自此以后，GSDME诱导的癌细胞焦亡现象得到了广泛地研究和报道。目前，大多数的研究表明，诱导癌细胞的焦亡性死亡有助于发生肿瘤排斥。在诱导癌细胞焦亡的方法中，抑制激酶是一种潜在的有效策略。同样，用吉西他滨处理肿瘤细胞后可提高GSDME的表达水平，而增强乳腺肿瘤的化学敏感性。特别的是，从免疫学的角度，Zhang等人发现了GSDME介导的肿瘤抑制机制，即来自杀伤性细胞毒性淋巴细胞的GZMB可诱导癌细胞中GSDME的裂解和激活，从而促进TAMs对肿瘤细胞的吞噬，增加肿瘤浸润性NK和CD8+T细胞的数量和活性。

同样，Zhou等人表明，来自细胞毒性NK和T淋巴细胞的GZMA会裂解另一种gasdermin—GSDMB，以触发靶细胞发生焦亡，从而在动物试验中导致肿瘤清除。值得注意的是，通过纳米粒子介导的活性gasdermin蛋白可选择性的递送到癌细胞中，控制性地诱导焦亡，结果发现只要有10%的肿瘤细胞发生焦亡，就足以清除整个4T1乳腺肿瘤移植体。总的来说，引发肿瘤细胞发生显著的焦亡，即使是很小的群体，也可能产生抑制肿瘤生长的作用。

尽管越来越多的证据表明，诱导焦亡可减缓肿瘤的生长，但在不同的实验背景下，也观察到了焦亡在癌症发展中相反的功能作用。大块的肿瘤或肿瘤的快速生长会导致肿瘤中心发生缺氧并造成肿瘤坏死。慢性的肿瘤坏死既可加速肿瘤的生长，又会抑制抗肿瘤免疫力。

最近的一项研究表明，在缺氧时，PD-L1可转入细胞核，并转录开启GSDMC的表达，随后被TAM产生的TNF-α所激活的caspase-8裂解，引起乳腺癌细胞发生焦亡，导致肿瘤坏死。GSDMC介导的CCP会加速免疫缺陷型小鼠的肿瘤生长。此外，GSDMC的高表达也与乳腺癌患者的预后不良有关。在肺腺癌中类似的临床观察表明，GSDMC的过度表达是肺腺癌患者预后不良的一个潜在预测因素。此外，GSDMC的表达可被TGF-βII型受体的失活突变所上调，从而促进体内异种移植瘤的生长。

此外，GSDMB的过度表达会增加乳腺癌的肿瘤发生和转移。相一致的是，对乳腺癌患者GSDMB表达的临床分析表明，在患者来源的异种移植模型中，GSDMB的表达与曲妥珠单抗的抗性有关，并可预测ERBB2阳性乳腺癌的不良临床结局。最近的一项研究分析了TCGA数据库中患者生存与gasdermin表达的相关性，结果表明，GSDMB的过表达与腺样囊性癌、肾透明细胞癌和前列腺腺癌的不良生存结局有关，而GSDMD或GSDME的过表达则可预测葡萄膜黑色素瘤的不良预后。与慢性炎症和肿瘤坏死有利于肿瘤发展的观点一致，这些研究提供的证据表明，癌细胞的自发性和持久性焦亡可促进肿瘤的生长。

焦亡、炎症和抗肿瘤免疫力

癌细胞和免疫细胞的焦亡可能导致不同的临床结局。即使是同一类型的细胞发生焦亡，焦亡的抗肿瘤或促肿瘤作用也是由焦亡细胞与周围微环境的相互作用所决定的。下面，我们将讨论焦亡、炎症小体和抗肿瘤免疫之间的联系（图3）。

癌症发生之前往往会处于长期炎症和微坏死的环境，这源于所发生的多次不定期的或无序的坏死性细胞死亡。多种癌症类型的发生，包括结肠、肺、膀胱、前列腺、宫颈、胃、胰腺和食道，都与慢性炎症有关。微生物感染被认为是慢性炎症的主要促成因素之一，占全球癌症发病率的 16.1%。例如，幽门螺旋杆菌的定植会刺激持续的炎症反应，也是胃癌已知的最强风险因素。最近，Nejman等人研究并描述了七种癌症类型中肿瘤微生物组的详尽目录，包括黑色素瘤和肺癌、乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、脑癌和骨癌。有趣的是，根据肿瘤类型，微生物组的组成是不同的，这也与接受免疫检查点抑制剂治疗的患者的临床结局有关，重要的是，肿瘤内的细菌大多定位于肿瘤和免疫细胞内。

鉴于焦亡是一种针对病原体感染的细胞死亡的炎症形式，我们有理由推测，肿瘤内的细菌很可能会导致焦亡性细胞死亡和慢性炎症，而促进肿瘤的生长。事实上，有报道称，胰腺癌的微生物组组成可通过与肠道微生物组发生crosstalk而影响宿主的免疫反应和病人的生存。此外，有几个炎症小体，包括NLRP3、NLRP6和NLRC4，是细胞内病原体的传感器，也已被发现参与肿瘤的发生，尽管它们在肿瘤发展中的作用仍有争议。除细菌外，缺氧也能诱导大块肿瘤中心区域的癌细胞发生焦亡，导致肿瘤坏死，从而抑制抗肿瘤免疫，促进肿瘤的发展。

炎症小体诱导肿瘤内免疫细胞的焦亡可能有助于肿瘤的发生，与这一观点相一致的是，在多个癌症研究中，研究人员发现有无论是瘤内还是瘤周都有大量的白细胞浸润。白细胞的积累一方面可能归因于肿瘤的炎症性起源，另一方面也可能是肿瘤本身的结果，肿瘤招募白细胞，继而释放细胞因子和趋化因子，相反，可通过加速血管生成和分泌生长促进因子来加速肿瘤的生长。通常情况下，有研究资料显示，TAMs和MDSCs经常与抑制抗肿瘤免疫和肿瘤进展有关，可预测癌症患者的不良预后。

慢性炎症是肿瘤病因学的致病因素之一，关于这一点的其他实质性证据来源于这样的一个发现：持续使用非甾体抗炎药，如阿司匹林，以及通过抑制炎症小体信号传导以缓解炎症的天然产物，如绿茶提取物、人参提取物、姜黄素和白藜芦醇，可降低各种类型癌症的发病率，包括肺癌、结直肠癌、食管癌、胃癌和卵巢癌以及淋巴瘤。此外，如上所述，以炎症小体信号传导过程为靶点来调节慢性炎症反应的抑制剂表现出了颇具潜力的肿瘤效果。

与ICP的促肿瘤作用相反，一些研究者的研究表明，肿瘤细胞的急性焦亡可刺激肿瘤微环境中的炎症反应，并动员有效的抗癌免疫。Wang等人的研究表明，通过纳米粒子直接且特异性地将活性GSDMA3蛋白输送到肿瘤细胞中诱导的CCP可导致肿瘤的消退。作者进一步还发现，肿瘤细胞的焦亡现象明显可增加CD4+和CD8+T细胞群的浸润程度。然而，在免疫缺陷型小鼠中或T细胞被耗尽后，肿瘤消退效应也会减弱，但仍可增强抗癌免疫，这表明激活的gaddermin蛋白所诱导的肿瘤清除作用也取决于免疫本身。

Zhang等人在GSDME诱导的肿瘤排斥中也观察到了类似的现象，GSDME可通过杀伤性淋巴细胞释放的GZMB的直接裂解作用来介导体内的CCP，而GZMB又可增加杀伤性淋巴细胞的浸润，包括巨噬细胞、NK细胞和CD8+细胞，从而又增强了CCP效应。这种正反馈回路依赖于细胞焦亡诱导的杀伤性淋巴细胞的募集，这也体现了免疫原性细胞死亡的发生。根据免疫原性细胞死亡的黄金标准，小鼠在接种发生了免疫原性细胞死亡的癌细胞后，可保护小鼠免受继发性肿瘤的攻击。

事实上，当研究人员对接种过野生型或GSDME高表达的肿瘤细胞的小鼠进行再次刺激时，与野生型组相比，接种了GSDME高表达肿瘤细胞的小鼠显示出大幅减缓的肿瘤生长速度和更好的无瘤生存，以及明显减少的肿瘤发病率。此外，最近一项研究的表明，嵌合抗原受体（CAR）-T细胞释放的GZMB可诱导靶标肿瘤细胞中的Caspase 3介导的GSDME发生裂解并引发细胞焦亡。

然而，另一个研究小组在BRAFi + MEKi驱动的黑色素瘤消退中证实了GSDME诱导的免疫原性细胞死亡。BRAFi + MEKi治疗被证明可触使GSDME/caspase-3诱导黑色素瘤细胞发生焦亡，导致HMGB1释放和细胞表面的calreticulin表达增加，这两者都是免疫原性细胞死亡的标志物。然后HMGB1和calreticulin可激活树突状细胞，使CD4+和CD8+T细胞扩增，特别是活化的（CD44+）和增殖型（Ki-67+）T细胞，可使肿瘤发生持续性消退并延长病人的总生存期。缺陷型的HMGB1释放或T细胞耗竭可导致肿瘤复发更容易复发和总生存期缩短，这也表明BRAFi + MEKi会以免疫依赖性的方式引发持久性的肿瘤清除。

重要的是，对BRAFi + MEKi有耐药性的黑色素瘤，该小组对治疗方式进行了筛选，包括放疗、化疗、靶向抑制剂和表观遗传抑制剂，并证实只有化疗药物，如依托泊苷和多柔比星，可以引起GSDME裂解和HMGB1释放，并激活抗肿瘤免疫，逆转黑色素瘤对BRAFi + MEKi的耐药性，这一表明焦亡对BRAFi + MEKi有耐药性的黑色素瘤能产生挽救作用。此外，Zhou等人还发现同样来自于杀伤性淋巴细胞的GZMA是诱导GSDMB+癌细胞中的GSDMB直接裂解而发生焦亡和肿瘤排斥的关键因素。通过杀伤性淋巴细胞产生的IFN-γ可上调GSDMB的表达，从而进一步增强GZMA的杀伤作用。

抑制炎症小体信号介导的ICP和激活CCP都可表现出抗肿瘤的作用，至少在实验模型中是如此，尽管这种现象具有一定的矛盾性。我们认为，这种看似矛盾的现象是由于炎症持续时间和细胞溢出的内容物不同所造成的。炎症小体信号介导的焦亡在肿瘤微环境中一般是慢性的。化学刺激物、感染性微生物或缺氧导致的慢性炎症有助于抑制抗肿瘤免疫和促进肿瘤生长。

因此，长期使用非甾体类抗炎药可缓解潜在的慢性炎症而有利于预防癌症。此外，炎症小体信号传导过程产生的主要焦亡细胞因子—IL-1β，其可通过动员TAMs和MDSCs而促进肿瘤进展。然而，通过提高活性gasdermin蛋白水平或诱导gasdermin裂解，在癌细胞中引发焦亡，可导致短期的急性炎症，以对抗癌症的发展，并大量释放HMGB1，这一过程已被证明能够吸引和激活树突状细胞，从而激活启动T细胞。

到目前为止，大多数关于CCP诱导发生肿瘤清除的研究表明CD4+和CD8+T细胞的大量浸润后，会以免疫依赖性的方式引起肿瘤发生消退。事实上，作为一种 "脏死（dirty death）"的形式，焦亡可以在慢性或急性炎症中至少部分地激活T细胞，因为免疫检查点阻断不仅能增强gasdermin+肿瘤的抗肿瘤免疫，还能增强具有特定瘤内微生物特征肿瘤的抗肿瘤免疫。

此外，随着肿瘤的生长，为了应对对缺氧，核PD-L1会介导CCP反应，肿瘤坏死在肿瘤缺氧区开始并逐渐加重。此外，一些凋亡性caspase，如caspase-8，可激活GSDMC+癌细胞发生焦亡，这也证明可以通过裂解免疫细胞中的GSDMD来诱导焦亡。因此，炎性小体介导的ICP和CCP很可能在肿瘤发展或临床治疗过程中同时存在，而临床结局则取决于免疫抑制因素和免疫活性因素之间的竞争和平衡。

总结

在本综述中，我们总结了焦亡在癌症发展和抗肿瘤免疫中的机制和功能。显然，我们目前对焦亡的了解仅仅是冰山一角。许多问题仍有待于回答。考虑到gasdermins是焦亡的执行者，它们的表达水平将是决定细胞死亡模式的一个关键因素。然而，目前仍不清楚gasdermin蛋白应该表达到什么程度才能克服（override）细胞凋亡。此外，现有的证据表明，可裂解gasdermin的蛋白酶也并不限于caspases。

然而，还有待确定的是，在某些条件下，还有哪些其他类型的蛋白酶可以裂解galdermins。此外，寡聚孔是在单体GSDMD-N-结构域插入膜后立即形成的，还是首先在细胞质中组装，然后作为单个单元进入脂质双分子层？gasdermin的蛋白质修饰是否会影响其膜插入或细胞器特异性？溢出的细胞内容物在免疫细胞和癌细胞之间有什么不同，这种溢出对抗肿瘤免疫有何影响？总的来说，对肿瘤微环境中的焦亡进行更全面的机制认识，将有助于开发新的有效治疗方法以消除癌细胞。

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撰文丨二十二画生

排版丨豨莶

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