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综述：靶向细胞焦亡用于癌症免疫治疗：机制洞察与临床展望

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本文聚焦细胞焦亡（Pyroptosis）在癌症免疫治疗中的作用。详细阐述其分子机制，包括经典与非经典炎症小体激活途径等。探讨细胞焦亡对肿瘤免疫微环境（TIME）的影响，以及相关治疗策略，为癌症免疫治疗提供新思路。

细胞焦亡概述

细胞焦亡的分子机制

1. 经典炎症小体途径：由模式识别受体（PRRs）协调，NOD 样受体（NLR）家族在其中发挥关键作用，包括 NLR 家族含 pyrin 结构域蛋白 1（NLRP1）、NLRP3、NLR 家族含 Caspase 募集结构域蛋白 4（NLRC4）、黑色素瘤缺失蛋白 2（AIM2）和 pyrin 蛋白等。这些蛋白能识别病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs） 。
   • NLRP1 可形成炎症小体，触发细胞焦亡和炎症反应。人类基因组有一个 NLRP1 基因，而小鼠有三个同源物。病原体识别后，NLRP1 等会通过 Caspase 募集结构域（CARD）与衔接蛋白和 pro-Caspase-1 相互作用，组装成 NLRP1 炎症小体，不过小鼠组装 NLRP1 炎症小体无需衔接蛋白 。
   • NLRP3 炎症小体的激活需要两个不同的信号。起始信号（信号 1）通过 Toll 样受体 4（TLR4）等，经 IL-1 受体相关激酶（IRAK）或核因子 -κB（NF-κB）途径，增加 NLRP3 和 pro-IL-1β 的表达；激活信号（信号 2）则由线粒体活性氧（ROS）等多种激活剂触发，促进炎症小体的组装 。
   • NLRC4 炎症小体被沙门氏菌、嗜肺军团菌的鞭毛蛋白等激活，但这些成分并非直接被 NLRC4 识别，而是由 NAIP 和 NLR 家族的凋亡抑制蛋白识别 。
   • AIM2 作为 DNA 传感器，能检测胞质中的双链 DNA（dsDNA），只有长度至少为 80 个碱基对的 dsDNA 才能与 HIN200 结构域结合，激活 AIM2，进而与 ASC 和 Caspase-1 组装成 AIM2 炎症小体 。
   • Pyrin 通过间接方式检测细菌影响下的失活蛋白，在人类和小鼠中，其激活受磷酸化调控 。
   
   
2. 非经典炎症小体途径：由人类的 Caspase-4/5 和小鼠的 Caspase-11 介导。细胞质中革兰氏阴性菌的病原体相关脂多糖（LPS）直接通过 CARD 结构域与 Caspase-4/5/11 结合，激活后的 Caspase-4/5/11 切割 GSDMD，生成有孔形成能力的 GSDMD-N 片段，引发细胞焦亡。此外，Caspase-4/5/11 还可切割 Pannexin-1 通道蛋白，激活 NLRP3 炎症小体 。
3. 替代信号途径：Caspase-3 可通过 GSDME 在细胞膜上形成的孔启动细胞焦亡。在耶尔森菌感染时，受体相互作用丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶 1（RIPK1）-Caspase-8 复合物可通过特定机制切割 GSDMD 诱导细胞焦亡。活性 Caspase-8 还能切割氧化的死亡受体 DR6 依赖的 GSDMC，触发细胞焦亡 。在中性粒细胞中，GSDMD 的切割和细胞焦亡需要中性粒细胞弹性蛋白酶。细胞毒性 T 淋巴细胞和自然杀伤（NK）细胞产生的颗粒酶 A（GzmA）、颗粒酶 B（GzmB）也在细胞焦亡中发挥作用 。

Gasdermin 家族与细胞焦亡

细胞焦亡在免疫原性细胞死亡中的独特作用

1. 与细胞凋亡对比：细胞凋亡是一种由 Caspases 调节的程序性细胞死亡，传统上被认为是免疫沉默的，但现在发现其免疫原性取决于内质网应激程度。当细胞凋亡呈现免疫原性表型时，会涉及钙网蛋白（CRT）的表面暴露、ATP 的分泌和高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）的释放 。而细胞焦亡通过释放白细胞介素 - 1β（IL-1β）和 IL-18 等细胞因子，产生更直接和强烈的促炎反应。在形态上，细胞焦亡的细胞在膜破裂前会发生肿胀，并形成特征性的囊泡突起 。
2. 与坏死性凋亡对比：坏死性凋亡是一种不依赖 Caspase 的程序性坏死，主要由 RIPK1、RIPK3 和混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL）介导。坏死性凋亡细胞会释放 HMGB1、ATP 等物质，促进适应性免疫反应 。与细胞焦亡不同，其膜破坏由激酶信号传导介导，且通常在 Caspase-8 抑制时发生，细胞表面也没有细胞焦亡特有的囊泡突起 。
3. 与自噬对比：自噬是一种依赖溶酶体的机制，细胞通过它选择性降解受损细胞器和大分子以维持细胞内稳态 。自噬可促进 DAMPs 的细胞外释放，但它主要通过不依赖 Caspase 的机制发挥作用，免疫调节作用具有环境依赖性 。
4. 与铁死亡对比：铁死亡是一种铁依赖性的程序性细胞死亡，其特征是脂质过氧化物积累 。铁死亡可调节肿瘤免疫微环境，但不像细胞焦亡那样通过分泌 IL-1β 和 IL-18 引发强烈炎症 。

细胞焦亡与肿瘤免疫

1. 细胞焦亡与肿瘤免疫微环境（TIME）：TIME 包含多种细胞类型，肿瘤细胞的细胞焦亡可通过释放 DAMPs 和炎症因子重塑免疫微环境。对免疫细胞而言，树突状细胞（DCs）的细胞焦亡在释放肿瘤抗原和炎症介质时，既能增强 T 细胞的启动，但过度焦亡也会损害抗原呈递 。T 细胞的细胞焦亡会限制抗肿瘤反应，NK 细胞的细胞焦亡会减少对肿瘤细胞的直接杀伤 。巨噬细胞和中性粒细胞等浸润免疫细胞的细胞焦亡作用则较为复杂，M1 型巨噬细胞的细胞焦亡可释放促炎因子，促进抗肿瘤免疫；M2 型巨噬细胞的细胞焦亡可能通过减少免疫抑制作用而有利于抗肿瘤反应，但巨噬细胞细胞焦亡释放的某些炎症介质也可能促进肿瘤进展 。内皮细胞的细胞焦亡会破坏肿瘤血管，影响免疫细胞浸润，还可能导致肿瘤组织缺氧，促进免疫抑制 。髓源性抑制细胞（MDSCs）和调节性 T 细胞的细胞焦亡则有助于克服 TIME 中的免疫抑制 。
2. 细胞焦亡介导的抗肿瘤免疫：肿瘤细胞的细胞焦亡可通过多种分子途径增强抗肿瘤免疫。
   • 促进抗原呈递细胞成熟：细胞焦亡释放的 DAMPs 能促进 DCs 成熟，增强免疫细胞的招募和激活。同时，GSDM 家族蛋白形成的孔使肿瘤抗原和促炎因子释放，被抗原呈递细胞摄取后，激活 T 细胞，增强抗肿瘤免疫反应 。
   • 促进促炎性肿瘤微环境形成：细胞焦亡可将免疫抑制性的肿瘤微环境转变为促炎性环境，使 “冷” 肿瘤转变为 “热” 肿瘤，增加免疫细胞浸润 。DCs 成熟后，会上调共刺激分子，增强抗原摄取、处理和呈递能力，激活和扩增肿瘤特异性 T 细胞 。此外，细胞焦亡还能重塑肿瘤相关巨噬细胞的表型和功能，激活 NK 细胞和 Th1 细胞，增强抗肿瘤免疫 。
   • 促进肿瘤抗原作为疫苗暴露：细胞焦亡可使肿瘤细胞释放肿瘤相关抗原（TAAs）和免疫佐剂信号，激活和成熟抗原呈递细胞，引发针对肿瘤抗原的适应性免疫反应，起到原位肿瘤疫苗的作用，可能建立持久的抗肿瘤免疫 。
   
   
3. 细胞焦亡在肿瘤免疫中的双重性：细胞焦亡在肿瘤免疫中的作用具有两面性。一方面，细胞焦亡释放的促炎细胞因子如 IL-18 和 IL-1β 可促进抗肿瘤免疫，增强 NK 细胞成熟、维持 Th1 细胞活性等 。另一方面，这些细胞因子在某些情况下也可能促进肿瘤生长、血管生成和免疫逃逸 。此外，免疫细胞的细胞焦亡也可能抑制抗肿瘤免疫反应 。

靶向细胞焦亡的治疗策略

1. 炎症小体靶向治疗策略：NLRP3 炎症小体在调节炎症反应中起关键作用，其激活需要两步过程 。在多种癌症中，炎症小体可诱导细胞焦亡。例如，LPS 可激活 Barrett 细胞系中的 NLRP3 炎症小体和细胞焦亡途径；二十二碳六烯酸（DHA）能诱导三阴乳腺癌（TNBC）细胞的 NLRP3 炎症小体激活，降低细胞活力 。通过调节 ROS 生成来激活 NLRP3，可能是一种更精确有效的肿瘤免疫治疗策略 。
2. Caspase 靶向治疗策略：Caspases 是细胞焦亡的关键调节因子，不同癌症中 Caspase-1 对肿瘤发生的作用不同 。除 Caspase-1 外，LPS 激活的 Caspase-4/5/11 也可介导细胞焦亡 。许多化疗药物能激活 Caspase-3，可能诱导细胞焦亡，如顺铂和紫杉醇在 A549 细胞中可诱导细胞凋亡和细胞焦亡 。此外，Caspase-9 作为 Caspase-3 的上游激活剂，也可被靶向诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡 。
3. GSDMs 靶向治疗策略：GSDMs 的表达水平影响肿瘤细胞对细胞焦亡诱导剂的反应，可作为评估细胞焦亡的分子标记 。在某些肿瘤中，GSDMs 的高表达虽有促癌作用，但也为诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡创造了条件 。例如，氢气可通过增加 GSDMD 表达抑制子宫内膜癌生长；地西他滨可逆转 GSDME 的表观遗传沉默，诱导细胞焦亡，增强化疗敏感性 。除调节表达水平外，激活 GSDM 的切割也是诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡的有效方法 。近期还发现了不依赖传统切割途径激活 GSDM 介导的细胞焦亡的新机制 。
4. 纳米医学：纳米技术在癌症治疗中具有独特优势，可克服传统治疗药物的诸多局限性 。能诱导细胞焦亡的纳米材料包括非金属纳米颗粒、金属纳米颗粒、量子点、生物纳米颗粒和载体介导的药物等 。这些纳米材料通过不同机制诱导细胞焦亡，如碳纳米管和石墨烯可用于光热和超声动力疗法；量子点可作为光敏剂载体用于光动力疗法 。纳米材料还可作为载体，提高细胞焦亡诱导剂的溶解度和递送效率，增强抗肿瘤免疫效果 。例如，通过纳米载体实现药物的精准递送和控制释放，甚至可利用纳米技术构建复杂的纳米平台，主动调控肿瘤细胞内的细胞焦亡途径 。

靶向细胞焦亡增强肿瘤免疫治疗

1. 免疫检查点抑制剂（ICIs）：ICIs 是一种重要的肿瘤免疫治疗方法，但免疫检查点阻断（ICB）疗法常难以克服肿瘤的免疫逃逸机制 。研究发现，诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡可增加肿瘤对 ICB 的敏感性，提高免疫治疗效果 。例如，联合 GSDMB 激活与抗 PD-L1 抗体可显著抑制肿瘤进展；地西他滨可通过抑制 DNA 甲基转移酶 1（DNMT1），恢复 GSDME 的表达，增强 ICIs 的疗效 。此外，细胞焦亡与免疫检查点之间存在复杂的相互作用，进一步研究其分子机制，有望通过联合靶向炎症途径和免疫检查点，提高癌症免疫治疗效果 。
2. 过继细胞疗法：过继细胞疗法如 CAR-T 和 CAR-NK 细胞疗法在癌症治疗中受到广泛关注，但存在一些局限性 。CAR-T 细胞和 CAR-NK 细胞可通过释放颗粒酶激活 Caspase-3 或 GzmA、GzmB，诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡 。不过，细胞焦亡在过继细胞疗法中是一把双刃剑，既能增强肿瘤细胞杀伤和免疫激活，也可能引发细胞因子释放综合征（CRS） 。未来需探索肿瘤特异性诱导细胞焦亡和基于个性化生物标志物的治疗方法，以提高过继细胞疗法的疗效 。
3. 肿瘤疫苗：肿瘤疫苗的原理是刺激患者免疫系统识别和摧毁癌细胞。诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡可产生原位疫苗效应，释放 TAAs 和 DAMPs 等，激活免疫系统 。研究表明，经紫外线诱导发生细胞焦亡的肿瘤细胞可激活细胞毒性 T 淋巴细胞；工程化肿瘤细胞疫苗在诱导细胞焦亡后，能引发强烈的抗肿瘤免疫反应，产生免疫记忆 。此外，通过纳米颗粒诱导肿瘤细胞发生细胞焦亡，或利用生物信息学方法筛选肿瘤疫苗抗原，也为肿瘤疫苗的发展提供了新方向 。

结论与展望

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