综述：Gasdermin介导的细胞焦亡：结直肠癌的新型治疗策略

《Cancer Science》：Gasdermin-Mediated Pyroptosis: Novel Strategies Against Colorectal Cancer

　　

细胞焦亡是一种由gasdermin蛋白介导的程序性细胞死亡形式，其在结直肠癌（CRC）进展与治疗中的双重作用已受到广泛关注。慢性细胞焦亡驱动的炎症可促进肿瘤发生，而在肿瘤细胞中急性诱导细胞焦亡则表现出显著的抗肿瘤效应。阐明细胞焦亡在CRC中的作用机制及意义有望催生新型治疗策略。Gasdermin家族蛋白，尤其是gasdermin D（GSDMD）和gasdermin E（GSDME），是CRC中细胞焦亡过程的核心执行者。GSDMD常通过NOD样受体家族pyrin域包含蛋白3（NLRP3）炎性体信号通路或辛伐他汀等化疗药物激活，诱导细胞焦亡并调节免疫浸润。相反，gasdermin C（GSDMC）在代谢应激下通过招募免疫抑制细胞参与CRC进展。GSDME在CRC中常呈沉默状态，但可增强放化疗敏感性，并通过释放免疫刺激分子与免疫检查点抑制剂发挥协同作用。炎性体，特别是NLRP3和黑色素瘤缺失蛋白2（AIM2），也通过细胞焦亡及细胞因子分泌在CRC发病中发挥重要作用。NLRP3激活通过炎症通路加剧肿瘤生长，而AIM2尤其在BRAF突变型CRC中具有抑癌效应。肠道微生物群进一步调控炎性体活性，部分菌株促进化疗耐药，另一些则增强抗肿瘤免疫。在治疗层面，诱导细胞焦亡可与常规治疗及免疫治疗产生协同效应，克服凋亡抵抗并使肿瘤复敏。细胞焦亡释放肿瘤抗原及损伤相关分子模式（DAMPs），招募细胞毒性淋巴细胞（CTLs）和自然杀伤（NK）细胞，从而重塑免疫抑制性微环境。细胞焦亡在CRC中是一把双刃剑，既带来挑战也孕育机遇。在利用其抗肿瘤潜力的同时减轻促肿瘤炎症，需要创新策略。未来研究应聚焦于阐明gasdermin的亚型特异性作用，并优化诱导细胞焦亡的治疗方案。

结直肠癌（CRC）是全球高发恶性肿瘤，其发生发展与程序性细胞死亡（PCD）的调控失衡密切相关。本文围绕gasdermin介导的细胞焦亡在CRC中的双重角色展开系统综述，核心内容如下：

1 引言

程序性细胞死亡（PCD）是维持细胞增殖与死亡平衡的关键过程，其失调可导致恶性肿瘤等疾病。PCD主要分为溶解性与非溶解性细胞死亡：凋亡为非溶解性，不伴随炎症介质释放；而细胞焦亡与坏死性凋亡为溶解性，可引发强烈炎症反应。细胞焦亡最初被定义为caspase-1依赖的巨噬细胞响应病原体产生的死亡方式，现被重新定义为gasdermin依赖的PCD。Gasdermin家族包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD及GSDME，均含保守的N端结构域，可被caspase切割解除自抑制，进而形成质膜孔道引发细胞焦亡。CRC全球年新发病例约190万，死亡约90万，发病率呈上升趋势，尤其在高收入国家。近年研究发现，gasdermin介导的细胞焦亡与CRC进展密切相关，靶向该通路有望成为CRC治疗的新方向。

2 细胞焦亡调控的信号通路

细胞焦亡与凋亡虽存在染色质浓缩、DNA断裂等形态学共性，但机制与生物学后果差异显著。凋亡为非炎症性，由caspase家族严格调控；细胞焦亡则为炎症性溶解性死亡，主要依赖经典与非经典炎性体通路，也可由caspase-3、caspase-8及颗粒酶等非炎性体蛋白酶介导。

2.1 经典炎性体通路诱导的细胞焦亡

经典炎性体通路是caspase-1依赖性细胞焦亡的核心途径。炎性体是由模式识别受体（PRR）与衔接蛋白凋亡相关斑点样蛋白（ASC）组成的多蛋白复合物，其传感器包括NLRP3、NLRP1b、NLRC4、AIM2及pyrin等。这些受体识别病原体或损伤信号后发生寡聚化，招募pro-caspase-1并使其自剪切为活化形式。活化的caspase-1一方面将pro-IL-1β与pro-IL-18加工为成熟细胞因子，另一方面切割GSDMD释放N端片段，插入质膜形成孔道，导致膜通透性增加、细胞破裂及内容物释放。此外，神经损伤诱导蛋白1（NINJ1）可通过寡聚化切割膜片促进细胞焦亡晚期质膜破裂，但其具体激活机制尚未完全明确。

2.2 非经典炎性体通路诱导的细胞焦亡

非经典通路中，人caspase-4/5与鼠caspase-11可直接识别胞质内革兰阴性菌脂多糖（LPS）并发生寡聚化激活，进而切割GSDMD诱导细胞焦亡，其功能与经典通路相似。值得注意的是，GSDMD缺失时经典炎性体激活无法完全阻断细胞焦亡，因caspase-1可切换至caspase-3依赖的凋亡途径，后者进一步通过切割GSDME引发继发性细胞焦亡。此外，GSDMD孔道介导的钾外流可反向激活NLRP3炎性体，促进IL-1β与IL-18成熟，提示两条通路存在交叉调控。

2.3 其他caspase介导的细胞焦亡

炎性caspase选择性切割GSDMD保守天冬氨酸位点，而凋亡caspase如caspase-3则切割GSDME的连接区。GSDMD存在两个功能相反的切割位点：caspase-8切割D276位点释放成孔N端片段诱导焦亡；caspase-3切割D88位点则产生无成孔能力的片段，抑制焦亡。钙内流可通过内吞分选复合物III（ESCRT-III）机器启动膜修复，负反馈限制焦亡程度。近期发现GSDMD还可通过Cys191位点的S-棕榈酰化（由ZDHHC5/9催化并受活性氧（ROS）增强）直接转位至膜并形成孔道，无需经典蛋白水解切割。化疗药物如多柔比星可通过ROS激活caspase-3，切割GSDME诱导焦亡；洛铂可通过ROS/JNK/BAX/线粒体通路激活caspase-9/caspase-3级联并切割GSDME；耶尔森菌效应蛋白YopJ通过抑制TAK1激活caspase-8并切割GSDMD引发焦亡。此外，CD8⁺T细胞与NK细胞可通过颗粒酶A（GzmA）切割GSDMB、颗粒酶B（GzmB）切割GSDME，绕过caspase直接诱导肿瘤细胞焦亡，形成促炎正反馈环路。

3 Gasdermin家族在CRC中的作用

CRC是全球第三大常见癌症与第二大癌症死因，早期筛查不足与医疗资源不均导致死亡率居高不下。Gasdermin家族成员在CRC中呈现异常表达与功能失调，成为潜在治疗靶点。

3.1 GSDMB与CRC

GSDMB在胃肠道上皮高表达，与肠道感染、炎症性肠病（IBD）及CRC相关。研究显示，胞质GSDMB阳性CRC患者5年总生存率显著高于阴性患者，且其表达与较低的TNM分期、淋巴结转移及血管侵犯相关。GSDMB可通过结合IGF2BP1调控DUSP6-ERK通路抑制CRC进展，并与肿瘤浸润GzmA⁺CD8⁺T细胞正相关，后者可通过切割GSDMB诱导焦亡改善免疫微环境。化疗后患者中，胞质与核GSDMB高表达均为预后良好的预测因子，提示其可作为5-氟尿嘧啶（5-FU）疗效的生物标志物。

3.2 GSDMC与CRC

生物信息学分析显示GSDMC在CRC组织中显著上调，且与晚期肿瘤分期及不良预后相关。功能实验表明，上皮来源的GSDMC剪接变体（GSDMC2/3/4）可促进CRC细胞增殖与体内成瘤。在肿瘤微环境应激（缺氧与葡萄糖剥夺）下，caspase-6而非caspase-8可激活GSDMC，触发焦亡并通过CXCL2招募髓系来源抑制细胞（MDSCs）促进肿瘤进展。另有研究在Tgfbr2/Apc双敲除CRC模型中证实GSDMC上调可促进肿瘤增殖，提示其作为Tgfbr2突变型CRC的治疗靶点潜力。

3.3 GSDMD与CRC

TCGA数据显示GSDMD转录水平在CRC与癌旁组织无显著差异，但其功能存在争议。部分研究认为GSDMD通过调节凋亡抑制炎症驱动结肠癌发生，另一部分则指出其通过促进表皮生长因子受体（EGFR）自磷酸化激活ERK1/2加速CRC进展。此外，GSDMD可调控肠道菌群产生犬尿氨酸促进CRC，而菌群亦可通过NLRP3激活GSDMD诱发肿瘤。动物实验中，GSDMD全局敲除加速MC38皮下肿瘤生长，减少CD8⁺T细胞与NK细胞浸润；CD4⁺T细胞特异性GSDMD缺失则损害Ca²⁺内流与IL-2产生，削弱CD8⁺T细胞抗肿瘤免疫。临床生存分析显示，胞质GSDMD高表达是独立良好预后因素，可能与其通过核转位与PARP-1互作抑制DNA损伤修复、增强化疗敏感性有关。多种药物如辛伐他汀、人参皂苷Rh3、槲皮素等可通过激活NLRP3/caspase-1/GSDMD轴诱导CRC细胞焦亡，发挥抗肿瘤效应。

3.4 GSDME与CRC

GSDME又称耳聋常染色体显性5，因启动子高甲基化在大多数肿瘤中沉默。其在CRC组织与癌旁表达无显著差异，但与肿瘤进展及治疗反应密切相关。结肠炎相关结直肠癌（CAC）模型中，GSDME介导的上皮细胞焦亡释放HMGB1，通过ERK1/2通路促进肿瘤细胞增殖；而在移植瘤模型中，GSDME则通过增强肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）吞噬活性及CD8⁺T细胞与NK细胞功能激活抗肿瘤免疫，提示其角色具有环境依赖性。化疗方面，GSDME介导洛铂、伊立替康诱导的焦亡并逆转耐药；circPDIA3/miR-449a/XBP1正反馈环路通过抑制GSDME C端棕榈酰化增强奥沙利铂耐药。放疗中，GSDME通过caspase-3依赖性焦亡决定CRC放射敏感性，长链非编码RNA NEAT1可通过吸附miR-448上调GSDME表达增强辐射诱导的焦亡。

4 炎性体在CRC肿瘤发生炎症反应中的作用

细胞焦亡的炎症特性使其成为CRC进展的双刃剑：慢性炎症促进基因组不稳定与肿瘤进展，而急性焦亡则可激发抗肿瘤免疫。

4.1 NLRP3与CRC

NLRP3是识别最广的炎性体，其过度激活与CRC进展相关。NLRP3缺陷小鼠对DSS诱导的结肠炎高度易感，因IL-18减少导致IFN-γ产生受损与STAT1活化缺陷，破坏上皮完整性并促进菌群易位。临床样本中NLRP3在CRC组织高表达，与晚期分期及低生存率相关，其通过调控上皮间质转化（EMT）与核糖体蛋白S6激酶1-GLI1信号轴驱动肿瘤进展。AOM/DSS诱导的CAC模型中，5-羟色胺-NLRP3正反馈环路持续维持促炎信号；自噬可通过调节菌群、抑制NLRP3焦亡与NF-κB炎症信号发挥抑癌作用。

4.2 AIM2与CRC

AIM2在CRC中普遍低表达，其下调与患者不良预后相关。AIM2缺陷小鼠在AOM/DSS模型中肿瘤负荷显著增加，其通过抑制AKT与GLI1、激活P38 MAPK通路阻遏细胞增殖、EMT与迁移。BRAF V600E突变型CRC中AIM2表达显著降低，外源性恢复AIM2可通过caspase-1依赖性坏死性凋亡抑制肿瘤增殖，并在患者来源类器官中有效抑制原发瘤生长与转移，提示其作为BRAF突变型CRC的生物标志物与治疗靶点价值。

4.3 其他炎性体与CRC

NLRC4与NAIPs通常介导CAC的保护性反应。NLRC4在CRC组织与细胞系中表达降低，其低表达与淋巴结转移及不良生存相关，并与caspase-1表达呈正相关。但在非酒精性脂肪肝CRC中，NLRC4可促进TAM的M2极化，分泌IL-1β与VEGF营造促转移微环境。NAIPs与NLRC4组装炎性体，通过清除致癌物损伤的上皮细胞发挥抑瘤作用，但miR-145与miR-1可直接靶向NAIP抑制CRC细胞增殖，其具体机制仍需深入探索。

5 CRC中细胞焦亡诱导的抗肿瘤免疫

凋亡抵抗与免疫沉默特性限制了传统治疗效果，而细胞焦亡的免疫原性使其成为新兴抗肿瘤策略。

5.1 癌细胞焦亡的抗肿瘤免疫

微卫星稳定（MSS）CRC因新抗原不足与免疫浸润差而对免疫检查点抑制剂反应有限。细胞焦亡可通过释放DAMPs、肿瘤抗原与促炎细胞因子增强树突状细胞（DC）成熟与T细胞 priming，并招募CTLs与NK细胞。GSDME可通过损伤线粒体激活cGAS-STING-IFN-β轴增强CD8⁺T细胞抗肿瘤免疫，也可经TNF触发焦亡激发针对肿瘤抗原的免疫应答。非经典GSDMD激动剂可在不损伤免疫细胞的前提下诱导肿瘤特异性低水平焦亡，将“冷”肿瘤转为“热”肿瘤，与抗PD-1联合产生协同效应。YY2过表达通过染色体错误分离激活AIM2通路，增强MSS与微卫星不稳定CRC对免疫治疗的响应。IL-17A通过ROS/NLRP3/caspase-4/GSDMD轴诱导线粒体功能障碍与焦亡，促进CD8⁺T细胞浸润。光动力疗法IR700DX-6T通过ROS激活p38 MAPK/caspase-3/GSDME通路诱导焦亡，增敏MSS CRC对抗PD-1治疗。放疗诱导的GSDME焦亡可通过招募NK细胞增强抗肿瘤免疫，IKAROS家族锌指1则通过失活JAK2/STAT5轴诱导焦亡并促进M1巨噬细胞极化。

5.2 免疫细胞焦亡的抗肿瘤免疫

慢性炎症状态是CRC多步致癌的核心。NLRP3炎性体是肠道炎症与癌变的关键纽带，DAMPs如S100A8/S100A9可激活NLRP3促进结肠上皮恶性转化。重组溶瘤腺病毒可通过激活NLRP3轴促进TAM向M1极化，扩增抗肿瘤免疫应答。肠道菌群通过NLRP3调控CRC：嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）通过NLRP3激活促进M1样巨噬细胞极化；植物乳杆菌OC01通过下调TGF-β抑制M2极化；脆弱拟杆菌通过负调控NLRP3抑制炎症与CAC；而致病性大肠杆菌通过乳酸化修饰沉默NLRP3，促进调节性T细胞活性并抑制CD8⁺T细胞监视。IL-1β是NLRP3主要效应分子，其高浓度通过TAM来源细胞外囊泡启动p-STAT3/IL-1β正反馈环路增强肿瘤干性，而中和IL-1β可减少中性粒细胞胞外诱捕网并增敏抗PD-1治疗。低剂量IL-1β则可通过NLRP3-ASC-caspase-1信号抑制CRC细胞增殖。巨噬细胞来源的IL-1β/IL-18还可通过上调CD137L/CD137共刺激轴增强NK细胞杀伤功能。NLRC4在非酒精性脂肪肝CRC中通过M2 TAM极化促进肝转移，而辐射可通过p38 MAPK/NLRC4激活caspase-1加剧肠黏膜炎。AIM2炎性体则介导辐射诱导的肠上皮细胞焦亡与黏膜损伤。总体而言，免疫细胞焦亡的效应具有强度与时间依赖性：慢性低水平焦亡营造促瘤微环境，而急性广泛焦亡则激发抗肿瘤免疫。

6 CRC治疗中诱导细胞焦亡的药物

除常规化疗药5-FU、奥沙利铂与伊立替康外，多种已上市药物与天然产物被发现有诱导CRC焦亡的潜能。降脂药辛伐他汀通过ROS/caspase-1/GSDMD轴诱导焦亡并抑制增殖；维生素C与三氧化二砷联合通过增强caspase-1表达与炎性体组装诱导焦亡。小分子抑制剂中，ROS1/NTRK抑制剂taletrectinib通过caspase-3/GSDME介导焦亡发挥细胞毒作用；HDAC2抑制剂santacruzamate A联合5-FU或瑞戈非尼可激活焦亡；法尼醇X受体（FXR）激动剂GW4064通过BAX/caspase-3/GSDME轴增敏奥沙利铂。纳米制剂如HV@Btz通过caspase-3/GSDME通路高效递送硼替佐米，在体内外显著抑制肿瘤生长并激活免疫；CXCR4靶向蛋白纳米药T22-PE24-H6通过GSDMD介导焦亡实现精准治疗。天然产物中，人参皂苷Rh3、槲皮素、木犀草素、亚麻木酚素等均通过NLRP3/caspase-1/GSDMD轴诱导焦亡；OSW-1通过ROS/NLRP3/caspase-1轴发挥作用。2',4'-二羟基查耳酮、厚朴酚-和厚朴酚-黄芩苷复合物、藤黄酸、土贝母苷I等还可同步重塑免疫微环境，增强CD8⁺T细胞浸润并减少免疫抑制细胞，与抗PD-1治疗产生协同。

7 结论与展望

细胞焦亡作为gasdermin介导的溶解性死亡，在CRC中兼具促癌与抑癌双重角色，取决于肿瘤分期、gasdermin亚型及微环境信号。GSDMD激活可诱导肿瘤细胞死亡并调节免疫浸润，GSDMC在代谢应激下通过招募MDSCs促进进展，而GSDME虽常沉默却可增强放化疗敏感性并协同免疫治疗。NLRP3与AIM2分别通过促炎与抑癌效应塑造CRC进程，肠道菌群则通过调控炎性体活性影响治疗反应。诱导焦亡可与常规治疗协同，克服凋亡抵抗并重塑免疫微环境。未来需构建更精准的临床前模型，开发时空动态监测技术，设计肿瘤特异性焦亡诱导剂与靶向递送系统，以实现CRC免疫代谢精准治疗的新突破。