摘要：该综述回顾了有关细胞焦亡与多种癌症物理疗法之间关联及其潜在机制的文献。同时还探讨了焦亡触发的免疫疗法在物理疗法治疗过程中的作用，为癌症治疗提供了新的见解。
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《表型组学（英文）》（Phenomics）在线发表了北京大学戴志飞教授、北京大学深圳医院孙德胜教授和赵辰阳主治医师撰写的题为“Synergistically augmenting cancer immunotherapy by physical manipulation of pyroptosis induction”的综述。
该综述回顾了有关细胞焦亡与多种癌症物理疗法之间关联及其潜在机制的文献。同时还探讨了焦亡触发的免疫疗法在物理疗法治疗过程中的作用，为癌症治疗提供了新的见解。
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论文引用格式：
Zhao, C., Zheng, T., Wang, R. et al. Synergistically Augmenting Cancer Immunotherapy by Physical Manipulation of Pyroptosis Induction. Phenomics 4, 298–312 (2024). https://doi.org/10.1007/s43657-023-00140-y
文章概要
细胞焦亡（Pyroptosis）是近年新发现的细胞死亡方式，它与细胞凋亡不同，是一种由炎症介导的程序性细胞死亡，具有独特的形态学和分子机制特征。细胞焦亡在癌症治疗中的应用前景日益受到关注，多项研究表明，通过诱导细胞焦亡，可以增强癌症细胞对物理疗法的敏感性，为癌症治疗提供新的策略。
在细胞焦亡的过程中，细胞的破裂和溶解会伴随着强烈的炎症反应，在形态上表现为细胞肿胀、膜破裂和孔隙形成。在分子机制上，细胞焦亡主要由caspase-1、caspase-4/5（在小鼠中为caspase-11）等半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶以及gasdermin蛋白家族成员（如GSDMD）介导。
细胞焦亡相关的信号通路和炎症介质与肿瘤细胞死亡密切相关，细胞焦亡所引发的强烈炎症反应可导致显著的肿瘤消退，并可能成为免疫治疗的潜在靶点。因此，通过操控细胞焦亡及其触发的免疫治疗，可能为抑制肿瘤生长和对抗药物耐药性提供新的途径。
物理疗法在癌症治疗中占据重要地位，包括光动力疗法（PDT）、光热疗法（PTT）、声动力疗法（SDT）、高强度聚焦超声（HIFU）和放射治疗（RT）等。近年研究表明，上述物理疗法除了其本身治疗癌症机制的同时，还可能通过触发细胞焦亡增强治疗效果。
在光动力疗法（PDT）过程中，光敏剂吸收光能后产生活性氧（ROS）触发细胞焦亡。研究表明，PDT可通过caspase-1/GSDMD途径和caspase-3/GSDME途径诱导细胞焦亡。此外，PDT诱导的细胞焦亡还能激活免疫反应，促进细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的浸润和树突状细胞（DCs）的成熟，增强抗肿瘤免疫应答。
光热疗法（PTT）也能通过caspase-1/GSDMD途径触发细胞焦亡，PTT诱导的细胞焦亡还能与免疫检查点抑制剂（ICB）疗法相结合，进一步增强抗肿瘤效果。这种结合疗法在抑制肿瘤生长和复发方面表现出显著优势。声动力疗法（SDT）与PDT原理类似，SDT产生ROS后诱导的细胞焦亡同样能激活免疫反应，促进CTLs激活，抑制肿瘤生长。
另外，放射治疗（RT）也能通过caspase-9/caspase-3/GSDME途径触发细胞焦亡，RT诱导的细胞焦亡也能通过激活DCs和CTLs等免疫细胞，引发抗肿瘤免疫应答。然而，RT触发的细胞焦亡也可能对邻近正常组织造成损伤，寻找增加目标区域细胞焦亡而不损伤正常组织的RT方法是未来研究方向。
物理疗法调控细胞焦亡治疗肿瘤在实际应用中也面临不少挑战。物理疗法触发细胞焦亡的具体机制尚未完全阐明，这限制了其在临床上的应用；如何精确控制物理疗法的参数以优化细胞焦亡的诱导效果也是一个难题。
尽管存在这些挑战，控制细胞焦亡作为癌症治疗的新策略仍具有广阔的前景。通过深入探索物理疗法触发细胞焦亡的机制、优化治疗参数以及开发新的联合免疫治疗策略，有望为癌症患者提供更有效、更安全的新型治疗方案。
图1 物理治疗调控细胞焦亡用于癌症免疫治疗示意图
图2 光动力诱导细胞焦亡治疗癌症研究示意图
图3 光动力诱导细胞焦亡机制示意图
Abstract
Pyroptosis is a newly recognized type of programmed cell death mediated by the gasdermin family and caspase. It is characterized by the formation of inflammasomes and the following inflammatory responses.
Recent studies have elucidated the value of pyroptosis induction in cancer treatment. The inflammatory cytokines produced during pyroptosis can trigger immune responses to suppress malignancy. Physical approaches for cancer treatment, including radiotherapy, light-based techniques (photodynamic and photothermal therapy), ultrasound-based techniques (sonodynamic therapy and focused ultrasound), and electricity-based techniques (irreversible electroporation and radiofrequency ablation), are effective in clinical application.
Recent studies have reported that pyroptosis is involved in the treatment process of physical approaches. Manipulating pyroptosis using physical approaches can be utilized in combating cancer, according to recent studies. Pyroptosis-triggered immunotherapy can be combined with the original anti-tumor methods to achieve a synergistic therapy and improve the therapeutic effect. Studies have also revealed that enhancing pyroptosis may increase the sensitivity of cancer cells to some physical approaches.
Herein, we present a comprehensive review of the literature focusing on the associations between pyroptosis and various physical approaches for cancer and its underlying mechanisms. We also discussed the role of pyroptosis-triggered immunotherapy in the treatment process of physical manipulation.
作者简介
biography
通讯作者
孙德胜，医学博士，北京大学深圳医院超声影像科主任医师，北京大学教授，博士研究生导师，深圳市卫生健康特聘岗 B 类人才。主持国家科技部重大研发项目子课题1项、主持国自然面上项目1项、联合参与国自然重点项目1项，主持省部级课题项目4项、市级科研项目7项，获授权专利31项，成果转化5项；主编著作3部，参编著作5部；参与国内专业指南/专家共识6项，主持行业团体标准的1项；发表专业学术论文100余篇，其中第一/通讯作者发表SCI及国内学术论文66篇；以第一排名获深圳市科技进步奖二等奖1项，广东省医学科技奖三等奖1项。2023年入围全国超声医学领域学者影响力百强。
第一作者
赵辰阳，医学博士，北京大学深圳医院超声影像科主治医师。主要研究方向为腹部浅表超声新技术、超声人工智能应用，主持国家自然科学基金1项，参与国家自然科学基金4项，以第一作者在Radiology、European Radiology、International Immunopharmacology等杂志发表SCI文章共18篇。
来源：科创中国