焦亡以及GSDMs蛋⽩你了解多少呢？
焦亡以及GSDMs蛋⽩你了解多少呢？
三⽉份发表在Nature Reviews Drug Discovery杂志上的综述，IF⾼达84.6(嗝~)。细胞凋亡相信⼤家都听说过，但关于焦亡以及GSDMs蛋⽩你了解多少呢？
⼀、什么是细胞焦亡？
细胞焦亡(pyroptosis)是由炎性⼩体引发的⼀种细胞程序性死亡，表现为细胞不断胀⼤直⾄细胞膜破裂，导致细胞内容物释放进⽽引起强烈的炎症反应。细胞焦亡的发⽣依赖于炎性半胱天冬酶(caspase)和GSDMs蛋⽩家族，简单来说就是被激活的caspase切割GSDMs蛋⽩，释放出其N端结构域，该结构域结合膜脂并在细胞膜上打孔，导致细胞渗透压的变化，进⽽发⽣胀⼤直⾄细胞膜破裂。细胞焦亡是机体⼀种重要的天然免疫反应，在抵抗感染中发挥着重要作⽤。对于细胞焦亡与其他⼏种细胞死亡途径的区别，⼩编到⼀张表格做了简单解释（图1）。
注：炎性⼩体是⼀种多蛋⽩信号转导复合物，当检测到宿主来源或病原体来源的危险信号时，炎症⼩体就会在细胞质开始组装，促进细胞因⼦的释放、细胞的焦亡型死亡以及炎症。已发现的炎性⼩体主要有5种，即NLRP1炎性⼩体、NLRP3炎性⼩体、NLRC4炎性⼩体、IPAF炎性⼩体和AIM2炎性⼩体。
图1. 不同细胞死亡途径的区别
⼆、GSDMs蛋⽩家族
Gasdermins蛋⽩是细胞焦亡的关键效应分⼦，已知的⼈类GSDM 基因有6个─GSDMA, GSDMB,GSDMC, GSDMD, GSDME和DFNB59。除DFNB59外，所有GSDMs都由两个不同的结构域组成：C-末端抑制结构域(RD)和N末端效应结构域(PFD)，即CT和NT，后者具有细胞毒性。当RD被⽔解去除，PFD便可与脂质组分结合，在细胞膜上形成孔洞。研究发现，GSDMD可由caspase-1/4,5/11激活，GSDME可由caspase-3激活，GSDMB可由caspase-3/6/7激活。GSDMA是第⼀个GSDM家族成员，GSDMA3的表达可使caspase-3表达上调，意味着其可能与细胞凋亡有关；GSDMB 通过结合caspase-4的CRAD结构域，促进caspase-4活性，这可能是细胞焦亡的另⼀途径；GSDMC的相关功能研究甚少；GSDMD除了诱导细胞焦亡外，还可以促进中性粒细胞外陷阱的形成，以及引起脓毒症等；GSDME在胃、结直肠癌和乳腺癌等组织中被甲基化，表明其可能是肿瘤抑制因⼦。DFNB59与听⼒损伤相关。
图2. GSDMs研究史
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⽬前，只有GSDMD诱导细胞焦亡的机制⽐较明确，这也是细胞焦亡的经典途径。在细菌，病毒等信号的刺激下，细胞内的模式识别受体(NLR)作为感受器，识别这些信号，通过接头蛋⽩ASC与caspase-
1前体结合，形成多蛋⽩复合物，激活caspase-1，活化的caspase-1⼀⽅⾯切割GSDMD，形成含有GSDM-NT活性域的肽段，诱导细胞膜穿孔，细胞破裂，释放内容物，引起炎症反应；另⼀⽅⾯，活化的caspase-1对IL-1β和IL-18前体进⾏切割，形成有活性的IL-1β和IL-18，并释放到胞外，募集炎症细胞聚集，扩⼤炎症反应(图3)。
但在某些情况下，巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞能够在炎性⼩体激活的GSDMD裂解中存活，⽽不发⽣膜破裂和焦亡，它们被称为超活化细胞(图3)。由于超活化细胞可以释放更多的炎性介质，所以可以通过检测细胞培养上清中的乳酸脱氢酶，来区分超活化和焦亡。但决定GSDMD裂解会引发焦亡或超活化的确切机制，⽬前尚不清楚。
图3. Gasdermins─焦亡的”守门⼈”
除了caspase-1, caspase-8通过细胞表⾯死亡受体的连接和寡聚激活，也可以触发GSDMD依赖的细胞焦亡。如在致病耶尔森菌感染中，耶尔森菌效应蛋⽩YopJ抑制TAK1或IκB激酶，触发RIPK1 - caspase 8依赖的GSDMD切割，有助于宿主抵御耶尔森菌感染。
开卷有益和开卷未必有益焦亡还可以由其他不被炎症⼩体激活的GSDMs诱导，且不涉及IL-1家族因⼦。在经典的凋亡过程中，caspase-3通过切割Asp270后激活GSDME，在表达GSDME的细胞中，它将相对缓慢的⾮炎性凋亡转化为更快速的炎症性焦亡；颗粒酶GzmB可以直接裂解胞质GSDME来触发焦亡反应，GzmB也能裂解
杰克逊歌曲并激活caspase-3，从⽽增强其杀伤靶细胞的能⼒；GzmA则能裂解消化道上⽪肿瘤中表达的GSDMB，并导致靶肿瘤细胞的焦亡。
GzmA则能裂解消化道上⽪肿瘤中表达的GSDMB，并导致靶肿瘤细胞的焦亡。
图4. GSDMs的激活机制
演员南宝元肺炎离世从⾃抑制到加⼯，再到最后形成⼤的β-桶孔，结构研究揭⽰了GSDMs的控制和激活机制(图5.a)。GSDM-NT和GSDM-CT⽚段之间的相互作⽤会⾃抑制蛋⽩的活化。活性caspase-1是p10和p20复合的⼆聚体，它可以通过GSDM-CT识别两份GSDM的拷贝。然后切割N端和C端的连接，释放出GSDM-NT，在膜上形成孔，完全形成的GSDM孔具有⼤的胞质边缘和跨膜的β-桶。
怎么更新ios14在⾃抑制GSDM中，有两个GSDM NT–CT连接点，第⼀个位于蛋⽩质中⼼附近，另⼀个则位于蛋⽩质的外围(图5.b)。在GSDM相关疾病中，功能获得性突变会破坏任意⼀种⾃抑制连接点，导致全长GSDMs的膜穿透。研究表
明，GSDMD-CT不仅会⾃抑制GSDMD- NT，也会促进炎性caspase的招募和GSDMD的激活。
那么这个GSDM孔的具体结构到底是怎样的呢？作者以GSDMA3-NT孔为例做了描述。⾼分辨率下的孔结构⾮常的⼤，主要由27亚基的跨膜β-桶和108个延伸的β-链组成，内径为18 nm，⾜以让包括IL-1郭碧婷回应恋情
家族细胞因⼦在内的⼩中型蛋⽩通过(图5.b)。在孔形成前后，GSDM-NT的构造也会相应的发⽣变化(图4.c)，由拳头形变为⼿掌形。与GSDM-CT抑制GSDM活性相关的α4螺旋被溶解，α1拇指螺旋则形成了稳定的螺旋带。
图5. GSDMs的活性调控
三、GSDMs和疾病
在⼀项⼩⿏实验中，⾃体活性GSDMA触发的⽑囊细胞焦亡被发现与⼩⿏的脱⽑相关。研究表明，GSDMB与⼉童哮喘和炎症性肠病等⾃⾝免疫性疾病有关，但其潜在机制尚不清楚，此外，杀伤性淋巴细胞中的颗粒酶A (GzmA)可激活靶细胞中的GSDMB引起焦亡。在肿瘤中，TNF可以激活caspase-8，触发GSDMC介导的焦亡。在危险信号刺激下，炎症⼩体组装激活炎性caspases，裂解GSDMD并触发焦亡，引发免疫反应，然⽽过度的焦亡会导致脓毒症、细胞因⼦释放综合征(CRS)、严重的炎症和组织损伤等；⾃体活性pyrin或NLRP3构成性激活GSDMD并引起焦亡，分别导致家族性地中海热(FMF)和新⽣⼉多系统炎性疾病(NOMID)；在肿瘤浸润性巨噬细胞和树突状细胞中释放的危险信号也可以激活GSDMD介导的肿瘤浸润性淋巴细胞(TILs)的焦亡，从⽽增强抗原呈递和功能活性。在表达GSDME的肿瘤细胞中，当GzmB切割并激活GSDME和caspase 3时，NK和CD8+杀伤淋巴细胞以及嵌合抗原受体T细胞会触发焦亡；化疗药物和放疗激活表达GSDME细胞中的caspase 3，使细胞凋亡
转化为焦亡，通过激活抗肿瘤免疫增强其抑制肿瘤⽣长的有效性；同时，通过激活GSDME依赖性的焦亡，可增加正常组织细胞的损伤和细胞毒性；⾃体活性GSDME诱导的⽿蜗⽑发细胞焦亡，会导致⾮综合征性听⼒损伤。DFNB59功能缺失突变也可导致隐性⾮综合征性听⼒损失。
图6. GSDMs在疾病中的作⽤和功能
四、GSDMs靶向
GSDMs在感染、炎症和肿瘤抑制中的关键作⽤促使了GSDM靶向的研究。炎性⼩体途径已被⼴泛地⽤于靶向调节疾病，FDA批准药物阿那⽩滞素正是通过抑制IL-1β发挥作⽤。由于在炎性⼩体效应中的作⽤，GSDMD成为研究的热门靶点。⼀些研究识别出了⼩分⼦GSDMD抑制剂，如慢性醇中毒的药物DSF被发现可作为GSDMD孔形成的抑制剂，药物NSA也被证明可抑制GSDMD孔形成，多发性硬化的药物DMF则被发现可以阻⽌GSDMD与caspase的相互作⽤，限制GSDMD的加⼯和寡聚，阻碍焦亡的发⽣(图7.a)。
为了促使GSDMA3介导的癌细胞焦亡到初始适应性免疫，将纳⽶颗粒偶联预裂解的GSDMA3与肿瘤成像化合物苯丙氨酸三氟硼酸盐结合，可导致选择性肿瘤细胞焦亡(图7.b)。虽然抑制GSDMD可能会成为⼀种有效的策略，但是⼲扰GSDMD的抗菌作⽤也可能会增加对感染的敏感性，⽽且先天免疫反应是复杂的，每⼀个潜在的策略都需要经过多次严谨的验证。
图7. GSDMs相关疾病的策略
总结⼀下，⽬前已识别出两种激活GSDMs的⽅式：第⼀种是蛋⽩酶介导的连接区裂解释放NT活性域，第⼆种是CT结构域的突变，这些突变会破坏NT和CT结构域的相互作⽤，降低CT域抑制NT域孔隙形成的能⼒。虽然激活GSDMs的⽣理刺激仍未知，但GSDMs被发现可作为某些胞质蛋⽩酶的激活传感器，如半胱天冬酶、中性粒细胞弹性蛋⽩酶等。由于
刺激仍未知，但GSDMs被发现可作为某些胞质蛋⽩酶的激活传感器，如半胱天冬酶、中性粒细胞弹性蛋⽩酶等。由于在炎症发⽣中的重要作⽤， GSDMs激动剂或拮抗剂的研发将有可能改善炎症性疾病的。对细胞焦亡和GSDMs家族的研究还尚未成熟，道阻且长，但不失为⼀个相对新颖的研究⽅向，感兴趣的⼩伙伴可以深⼊了解以下吆~ Have a nice day!