摘要

背景：焦亡屬于一種新型炎癥性程序性細(xì)胞死亡途徑，子宮內(nèi)膜癌的可能預(yù)后與終末蛋白 GSDMD 相關(guān)。氫氣對癌癥發(fā)揮雙重作用，通過促進腫瘤細(xì)胞死亡和保護正常細(xì)胞，這可能啟動了 GSDMD 通路介導(dǎo)的焦亡。

方法：我們進行了免疫組織化學(xué)染色和蛋白質(zhì)印跡分析，以觀察 NLRP3、caspase-1 和 GSDMD 在人類和異種移植小鼠子宮內(nèi)膜癌組織及細(xì)胞系中的表達。我們研究了氫氣處理是否可以通過細(xì)胞內(nèi)和線粒體來源促進子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中 ROS 的積累。使用 GSDMD shRNA 慢病毒轉(zhuǎn)染子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞以研究 GSDMD 蛋白在焦亡中的功能。使用碘化丙啶（PI）染色、TUNEL 檢測、測量乳酸脫氫酶（LDH）釋放和 IL-1β ELISA 來分析氫氣補充培養(yǎng)基或正常培養(yǎng)基之間的焦亡情況。我們在體內(nèi)建立了人類子宮內(nèi)膜腫瘤異種移植小鼠模型，以觀察氫氣補充的抗腫瘤效果。

結(jié)果：通過 IHC 和蛋白質(zhì)印跡，我們觀察到在人子宮內(nèi)膜癌和細(xì)胞系中 NLRP3、caspase-1 和 GSDMD 的過表達。氫氣預(yù)處理上調(diào)了 ROS 和焦亡相關(guān)蛋白的表達，并增加了 PI 陽性和 TUNEL 陽性細(xì)胞的數(shù)量，以及 LDH 和 IL-1β 的釋放；然而，GSDMD 敲低減少了它們的釋放。我們進一步證明，給小鼠補充氫氣足以產(chǎn)生抗腫瘤效果，抑制異種移植子宮內(nèi)膜癌的體積和重量，因為飲用富氫水的小鼠顯示出降低的發(fā)光強度。HRW 組中的腫瘤組織切片呈現(xiàn)出 NLRP3、caspase-1 和 GSDMD 的中等至強陽性表達。氫氣通過焦亡途徑減弱了異種移植小鼠模型中的腫瘤體積和重量。

結(jié)論：這項研究擴展了我們最初關(guān)于氫氣在焦亡中刺激 NLRP3 炎癥小體/GSDMD 激活能力的分析，并揭示了在子宮內(nèi)膜癌臨床管理中改善抗腫瘤效果的可能機制。

背景

子宮內(nèi)膜癌是最常見的婦科癌癥。據(jù)美國癌癥協(xié)會估計，2019 年將有 61,880 例新的子宮內(nèi)膜癌病例，12,160 名女性將死于子宮內(nèi)膜癌。目前，對于無生育需求患者的治療仍以手術(shù)為基礎(chǔ)，而那些具有高危因素的患者還需要通過增加活性氧（ROS）介導(dǎo)的應(yīng)激和激活細(xì)胞凋亡來殺死癌細(xì)胞的放療或化療。盡管可能發(fā)生與癌癥相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)缺陷，但也可能出現(xiàn)“癌基因成癮”現(xiàn)象并導(dǎo)致治療失敗。因此，正在研究其他形式的細(xì)胞死亡以改善子宮內(nèi)膜癌的預(yù)后。由于子宮內(nèi)膜癌患者存在代謝綜合征引起的氧化應(yīng)激升高和全身炎癥狀態(tài)，我們假設(shè)炎癥通路與子宮內(nèi)膜癌的雌激素代謝方面同樣重要，并且炎癥介導(dǎo)的細(xì)胞死亡通路的激活可能有助于消除腫瘤細(xì)胞。

焦亡是一種炎癥性程序性細(xì)胞死亡途徑。它被稱為“pyroptosis”，因為“Pyro”源于希臘語“火”，等同于 caspase-1 和 IL-1β 的發(fā)熱和炎癥。“Ptosis”（“p”不發(fā)音）源自希臘語“falling”，意為其他形式的細(xì)胞死亡。焦亡現(xiàn)象最早在感染鼠傷寒沙門氏菌菌株的巨噬細(xì)胞中觀察到。隨后的細(xì)胞質(zhì)腫脹、裂解和空泡化、膜孔形成、DNA 斷裂、染色質(zhì)凝聚以及炎癥小體介導(dǎo)的 caspase-1 激活，以及促炎細(xì)胞因子 IL-1β 和 IL-18 的過量產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物釋放到周圍的微環(huán)境中，從而警示并招募鄰近細(xì)胞到達感染部位。

最近的研究結(jié)果表明，核苷酸結(jié)合域（NOD）樣受體（NLR）家族成員 pyrin 結(jié)構(gòu)域包含蛋白 3（NLRP3）可以激活炎癥小體并觸發(fā)焦亡。功能性 NLRP3 炎癥小體的關(guān)鍵成分是 NLRP3、銜接蛋白凋亡相關(guān)斑點樣蛋白 ASC（一個 caspase 募集結(jié)構(gòu)域，CARD）和促炎性 caspase-1。ROS/腫瘤壞死因子（TNF-α）/核因子-κB（NF-κB）信號傳導(dǎo)可以隨后誘導(dǎo) NLRP3 激活。在這種細(xì)胞應(yīng)激下，NLRP3 發(fā)生寡聚化并呈現(xiàn)聚集的 pyrin 結(jié)構(gòu)域（PYD）用于與 ASC 的 PYD 結(jié)構(gòu)域相互作用。ASC 的 CARD 然后與 pro-caspase-1 的 CARD 相互作用，從而實現(xiàn) caspase-1 的激活。Caspase-1 僅參與焦亡而不介導(dǎo)凋亡，但 caspase-1 表現(xiàn)出兩個重要作用：（1）切割掉一個稱為 gasdermin D（GSDMD）的 53 kDa 蛋白的抑制性 C 末端結(jié)構(gòu)域，并釋放 GSDMD 的成孔 N 末端結(jié)構(gòu)域，然后自組裝在質(zhì)膜上形成孔道；以及（2）將促炎細(xì)胞因子 IL-1β 和 IL-18 的前體轉(zhuǎn)化為其活性形式，最終介導(dǎo)炎癥過程為焦亡。人類 gasdermin 基因家族成員 GSDMD 最近被確定為焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行者，并且 GSDMD 蛋白需要激活劑，如 LPS 和尼日利亞菌素，來啟動死亡信號；然而，這些激活劑僅限于實驗室使用，并且已被證明難以在臨床上轉(zhuǎn)化。因此，找到可以轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用的安全有效的激活劑非常重要。

雙原子氫（H2）對癌癥發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞生長和保護正常健康細(xì)胞的雙重作用。生物膜對 H2 相當(dāng)通透，因為它們可以擴散到細(xì)胞質(zhì)、線粒體和細(xì)胞核中，這與它們的分布特性有關(guān)。

圖1：氫氣在細(xì)胞和組織中的分布示意圖。氫氣 (H2) 可自由擴散穿過生物膜進入細(xì)胞質(zhì)、線粒體和細(xì)胞核。相比之下，大多數(shù)親水性抗氧化劑無法穿透生物膜。ROS：活性氧。

相比之下，大多數(shù)親水性抗氧化劑不能穿透生物膜，而是留在膜表面。在體溫下，H2 可用作惰性氣體，或溶解于水或生理鹽水中，在大氣壓下濃度高達 0.8 mM（1.6 ppm），以產(chǎn)生富氫水或富氫鹽水，或用于產(chǎn)生產(chǎn)氫納米材料。在過去 10 年中，H2 已被用于治療癌癥和代謝性疾病或糾正各種器官的缺血再灌注損傷，利用其高生物安全性。關(guān)于癌癥，氫氣可以以劑量和時間依賴的方式抑制宮頸癌、乳腺癌、皮膚黑色素瘤、卵巢癌、肺癌、結(jié)腸癌、胸腺淋巴瘤、艾氏腹水腫瘤細(xì)胞、口腔鱗狀細(xì)胞癌和纖維肉瘤細(xì)胞的細(xì)胞活性、增殖、侵襲和遷移；促進細(xì)胞凋亡；減少腫瘤體積和重量；并抑制異種移植小鼠的腫瘤生長，從而延長荷瘤小鼠的存活時間。H2 還能減輕接受放療和化療患者的腎毒性。因此，氫氣療法受到越來越多的關(guān)注，現(xiàn)在被認(rèn)為是一種有前途的治療方法。

我們實驗室的初步數(shù)據(jù)表明，氫氣在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中誘導(dǎo)了 TNF/NF-κB 和凋亡途徑。然而，目前尚無關(guān)于 H2 是否也能激活焦亡，或者如果發(fā)生化療或放療引起的凋亡抵抗，它如何在子宮內(nèi)膜癌中發(fā)揮作用的現(xiàn)有報告。目前也不清楚 H2 是否在子宮內(nèi)膜癌中抑制腫瘤生長，以及其機制是什么。