白楊，鄧萬燕，閔睿，劉星

（1. 中國科學(xué)院上海巴斯德研究所微生物、發(fā)育與健康研究中心，上海 200031；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3. 上海華申微生物與感染研究所，上海 200052）

細(xì)胞焦亡是一種程序性的炎性細(xì)胞死亡，其在啟動(dòng)機(jī)制、形態(tài)與分子學(xué)特征以及參與的生理病理過程方面都與細(xì)胞凋亡存在顯著差異。凋亡參與調(diào)控機(jī)體發(fā)育和衰老細(xì)胞的清除，凋亡過程一般不會(huì)釋放細(xì)胞內(nèi)容物或引起機(jī)體的炎癥反應(yīng)；而焦亡一般發(fā)生于病原感染等病理過程中，伴隨著細(xì)胞膜的破裂和內(nèi)容物釋放，具有強(qiáng)烈的促炎效應(yīng)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，gasdermin（GSDM）家族蛋白是細(xì)胞焦亡的直接執(zhí)行者，該家族蛋白一般具有高度保守的N 端和C 端結(jié)構(gòu)域，N 端結(jié)構(gòu)域大多能夠靶向細(xì)胞膜并具有膜成孔活性，能夠直接觸發(fā)細(xì)胞死亡及隨后的細(xì)胞內(nèi)容物釋放；而靜息狀態(tài)下C 端結(jié)構(gòu)域可抑制膜成孔活性，因此GSDM 的激活通常依賴于焦亡啟動(dòng)過程中上游蛋白酶的靶向剪切活化。目前為止，人類GSDM 家族中共有6 個(gè)同源基因被發(fā)現(xiàn)：GSDMA，GSDMB，GSDMC，GSDMD，GSDME（也稱為DFNA5）及PJVK[也稱為常染色體隱性遺傳性耳聾59 型基因（deafness autosomal recessive type 59，DFNB59）]。GSDM 家族的首個(gè)成員Gsdma1被發(fā)現(xiàn)表達(dá)于小鼠胃腸道與皮膚，“gasdermin”也因此得名。

GSDMD 是研究最多的GSDM 成員，其活性在炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡中發(fā)揮關(guān)鍵作用[1-3]。GSDME 可被半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶-3（cysteinaspartate protease-3，caspase-3）激活從而介導(dǎo)細(xì)胞死亡形式從凋亡向焦亡轉(zhuǎn)換[4-5]。腫瘤細(xì)胞中GSDMB，GSDMC 及GSDME 的激活被發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)宿主免疫系統(tǒng)對腫瘤細(xì)胞的清除[6-8]。最近的研究發(fā)現(xiàn)GSDMA 可被病原菌分泌的毒素激活并介導(dǎo)宿主的抗感染免疫[9-10]。而目前為止PJVK 激活機(jī)制和功能仍然未知（見圖1）。

圖1 Gasdermin 家族成員及其成孔活性觸發(fā)機(jī)制Figure 1 Gasdermins and their pore-forming mechanisms

在GSDM 成孔觸發(fā)焦亡的過程中，GSDM膜孔洞形成后損傷的膜呈大的膨脹泡狀，同時(shí)許多低相對分子質(zhì)量的細(xì)胞內(nèi)容物如炎癥因子以及危險(xiǎn)信號分子包括腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）和高遷移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）等都通過細(xì)胞膜上的GSDM 孔洞無選擇性地釋放到胞外，引起組織炎性反應(yīng)，由此招募免疫細(xì)胞到達(dá)相應(yīng)感染或組織損傷部位[11-12]。越來越多的研究證實(shí)GSDM 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡與各種疾病發(fā)生發(fā)展之間存在復(fù)雜而密切的聯(lián)系，包括脫發(fā)、哮喘、聽覺損傷、感染性疾病和癌癥等[13-20]。因此，靶向GSDM 家族蛋白的治療策略開發(fā)也逐漸成為研究熱點(diǎn)。本綜述總結(jié)了GSDM 家族蛋白的表達(dá)、激活和調(diào)控機(jī)制，以及它們作為細(xì)胞焦亡的執(zhí)行者在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程中的重要功能，并討論了以GSDM 為靶點(diǎn)開發(fā)新型治療藥物的前景與挑戰(zhàn)。

1 Gasdermin 家族蛋白及其活化機(jī)制

GSDM 家族的首個(gè)成員發(fā)現(xiàn)于2000 年，在毛發(fā)發(fā)育缺陷的小鼠內(nèi)克隆得到，后命名為Gsdma1[21-22]。鑒定發(fā)現(xiàn)小鼠含有3 個(gè)Gsdma同源體——Gsdma1，Gsdma2和Gsdma3，且都位于小鼠染色體11D 的同一基因簇，后兩者分別主要表達(dá)于小鼠的胃和皮膚[23-24]。與其對應(yīng)的人的同源基因GSDMA在胃和皮膚內(nèi)均高表達(dá)。 最新研究顯示，上皮細(xì)胞中的GSDMA 可被化膿鏈球菌（Streptococcus pyogenes）分泌的毒力因子 —— 鏈球菌熱原外毒素B（streptococcal pyrogenic exotoxin B，SpeB）剪切激活，在感染過程中上調(diào)炎癥反應(yīng)并促進(jìn)機(jī)體對病原菌的清除[9-10]（見圖1）。人GSDMB與GSDMA位于同一基因簇，而嚙齒動(dòng)物不表達(dá)GSDMB[25]。相對于GSDMA，GSDMB表達(dá)更廣泛，主要表達(dá)于氣道與胃腸道上皮細(xì)胞、肝臟細(xì)胞、神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞以及免疫細(xì)胞[16,26-27]。研究顯示GSDMB 可被來自細(xì)胞毒性T 細(xì)胞或自然殺傷細(xì)胞的顆粒酶A 剪切活化并進(jìn)而誘導(dǎo)焦亡[7]（見圖1）。另外，已發(fā)現(xiàn)GSDMB有4 種不同的剪接異構(gòu)體，但這些異構(gòu)體的表達(dá)是否存在組織或細(xì)胞特異性及其功能是否存在差異仍然未知。GSDMC最初被發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中異常高表達(dá)，因此被命名為黑色素瘤衍生的含亮氨酸拉鏈的核外因子，并作為黑色素瘤發(fā)展的分子標(biāo)記[26,28-29]。與人源GSDMC相對應(yīng)，小鼠有4 個(gè)同源體Gsdmc1-4。GSDMC主要表達(dá)于氣管、脾臟、食管、小腸、盲腸、結(jié)腸等組織[26,28,30]，也有研究發(fā)現(xiàn)其表達(dá)于皮膚角質(zhì)細(xì)胞[31-32]。最近研究發(fā)現(xiàn)GSDMC 可被caspase-8 剪切激活[8]（見圖1）。GSDMD基因位于人類8 號染色體臨近GSDMC的位置[29]，在免疫細(xì)胞（尤其是巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞）、胎盤、胃腸道上皮細(xì)胞皆有表達(dá)，此外還表達(dá)于多種癌細(xì)胞系[26,29,33-34]。GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡途徑近年來已被廣泛研究，GSDMD 可被炎癥小體通路中的炎性caspase 激活。炎癥小體是胞內(nèi)一類響應(yīng)危險(xiǎn)信號后組裝形成的多蛋白復(fù)合物，可分為經(jīng)典和非經(jīng)典2 種途徑。經(jīng)典炎癥小體能夠響應(yīng)不同刺激，進(jìn)而通過激活caspase-1 來介導(dǎo)GSDMD 的剪切；在非經(jīng)典炎癥小體途徑中，進(jìn)入胞質(zhì)內(nèi)的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）能夠直接激活炎性caspase-4/5/11 剪切GSDMD[1-2]。耶爾森菌（Yersinia）產(chǎn)生的效應(yīng)因子耶爾森菌外部蛋白J（Yersiniaouter proteins J，Yop J）能夠引起宿主細(xì)胞內(nèi)caspase-8依賴的GSDMD 剪切，該過程依賴于Yop J 對宿主轉(zhuǎn)化生長因子β 激酶1 活性的抑制[35-36]。此外，GSDMD 還可被其他蛋白酶如彈性蛋白酶和組織蛋白酶G 剪切激活[37-38]（見圖1）。GSDME 最早被發(fā)現(xiàn)其突變會(huì)導(dǎo)致家族遺傳性耳聾，其轉(zhuǎn)錄本在耳蝸、胎盤、心臟、大腦和腎臟中均被檢測到[17,39]。GSDME除了能被caspase-3 剪切介導(dǎo)凋亡向焦亡的轉(zhuǎn)換之外[4-5]，還能在腫瘤免疫發(fā)生過程中被顆粒酶B 剪切激活并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的焦亡[6]（見圖1）。PJVK編碼了GSDM 家族中與其他成員同源性較低的蛋白，其C 端結(jié)構(gòu)域顯著短于其他成員。在大腦、眼、內(nèi)耳、心、肺、腎、肝、腸和睪丸中均可檢測到PJVK轉(zhuǎn)錄本[40-41]。人PJVK突變引發(fā)的病理表型包括耳蝸外毛細(xì)胞功能失調(diào)[42]以及聽覺神經(jīng)病變[40]。通過正向遺傳篩選發(fā)現(xiàn)小鼠的Pjvk突變也和耳聾存在相關(guān)性[42]，但至今為止PJVK 是否具有成孔活性及其激活方式仍不清楚。

2 Gasdermin 家族蛋白的成孔機(jī)制與效應(yīng)

2.1 Gasdermin 孔洞的結(jié)構(gòu)特征與形成機(jī)制

大多數(shù)GSDM 家族蛋白都由3 個(gè)基本結(jié)構(gòu)域組成，包括具有成孔活性的N 端結(jié)構(gòu)域（N-terminus，NT），又稱為成孔結(jié)構(gòu)域；抑制N 端成孔活性的C端結(jié)構(gòu)域（C-terminus，CT），又稱為抑制結(jié)構(gòu)域；連接N 端和C 端結(jié)構(gòu)域之間的連接結(jié)構(gòu)域（linker）。以GSDMD 為例，炎性caspase 在GSDMD 的linker區(qū)域剪切，產(chǎn)生1 個(gè)相對分子質(zhì)量約31 000 大小的NT，以及1 個(gè)相對分子質(zhì)量約22 000 大小的CT[43-44]。NT 釋放后能夠轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜，并在細(xì)胞膜上多聚化形成孔洞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞膜失去完整性，誘發(fā)細(xì)胞焦亡[45-47]。GSDMD-NT 的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位是由于其能直接與組成細(xì)胞膜的酸性磷脂（包括磷脂酰肌醇、心磷脂、磷脂酰絲氨酸等）產(chǎn)生較強(qiáng)結(jié)合[43-44,48-49]。GSDM 家族成員的NT 基本具有相似的脂親和性[5,43]，由此可以推測其與細(xì)胞膜結(jié)合的機(jī)制類似。

GSDM 全長蛋白及其在脂質(zhì)體上形成的孔洞的首次精細(xì)結(jié)構(gòu)解析來源于對小鼠GSDMA3 蛋白結(jié)構(gòu)的研究[43,50]。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)GSDMA3-NT 的核心結(jié)構(gòu)為9 個(gè)β 股扭曲延伸形成的β 折疊，周圍存在若干個(gè)α-螺旋結(jié)構(gòu)；GSDMA3-CT 的中心則為多個(gè)α螺旋形成的緊密球狀結(jié)構(gòu)，外部由3 股較短的β 折疊覆蓋（示意圖見該處引用文獻(xiàn)的Figure 4a）[43]。當(dāng)GSDMA3 蛋白未被剪切時(shí)，其CT 與NT 的α1和α4 螺旋分別產(chǎn)生非共價(jià)結(jié)合，這一相互作用將GSDMA3 維持在自抑制的狀態(tài)；當(dāng)GSDMA3 的連接結(jié)構(gòu)域發(fā)生剪切，這種自抑制便會(huì)解除[43]。與處于自抑制狀態(tài)時(shí)相比，NT 被釋放活化之后在構(gòu)象上發(fā)生較大改變[50]：原本埋入蛋白內(nèi)部的α 螺旋和β 折疊伸展出來，β3-β4-β5 和β7-α4-β8 分別形成了2 個(gè)發(fā)卡結(jié)構(gòu)，從NT 的核心球狀區(qū)域向外延伸。此時(shí)整個(gè)NT 的結(jié)構(gòu)類似左手，其核心球狀結(jié)構(gòu)域形似手掌，2 個(gè)插入膜結(jié)構(gòu)的發(fā)卡結(jié)構(gòu)則類似手指。這些結(jié)構(gòu)變化同時(shí)產(chǎn)生了磷脂結(jié)合界面和寡聚化界面：帶正電的α1 螺旋形狀類似橫在手掌前的大拇指，是主要的磷脂結(jié)合區(qū)域，2 個(gè)發(fā)卡結(jié)構(gòu)則類似并攏的手指插入膜磷脂內(nèi)；而寡聚化由其手部構(gòu)象的邊緣介導(dǎo)，從穿膜的手指部分到折疊的拇指部分再到手掌。尤其是各個(gè)單體的α1 螺旋在GSDM 孔洞中頭尾對齊，形成穩(wěn)定的螺旋帶（示意圖見該處引用文獻(xiàn)的Figure 2a，2b）[50]。以上變化使得NT 能夠在結(jié)合并插入細(xì)胞膜磷脂層的同時(shí)發(fā)生聚合，最終在細(xì)胞膜表面形成穩(wěn)定的環(huán)狀孔洞。該孔包含26 ～28 個(gè)單體，孔內(nèi)徑18 nm，外徑為28 nm，可容許一些相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)如細(xì)胞因子等的通過[11,43,51]。蛋白結(jié)構(gòu)相關(guān)研究為GSDM 家族蛋白成孔機(jī)制提供了依據(jù)。

2.2 Gasdermin 孔洞的通透性、細(xì)胞毒性與調(diào)控機(jī)制

一般情況下，GSDM 剪切引起活性GSDM-NT的釋放以及后續(xù)的膜成孔，最終會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。狹義上的焦亡指依賴于上游炎癥小體和炎性caspase的激活觸發(fā)的GSDMD 依賴的炎性細(xì)胞死亡過程[52]。由于GSDM-NT 本身的成孔活性并不依賴于炎性caspase，并且研究發(fā)現(xiàn)除炎性caspase 之外的其他蛋白酶（例如顆粒酶、彈性蛋白酶等）也能夠剪切活化GSDM 蛋白[6-7,53]，細(xì)胞焦亡的定義被擴(kuò)展為由成孔活性的GSDM-NT 介導(dǎo)的細(xì)胞死亡形式[47,54]。

焦亡的發(fā)生伴隨著細(xì)胞的氣球狀膨脹、細(xì)胞膜通透性改變以及細(xì)胞內(nèi)容物的釋放。雖然GSDM孔洞的形成會(huì)引起細(xì)胞膜完整性的破壞，但最終導(dǎo)致細(xì)胞膜解體的原因有待進(jìn)一步深入探究。有研究認(rèn)為該過程依賴于細(xì)胞膜內(nèi)外的滲透壓差異。一般情況下胞質(zhì)的鈉離子濃度低而鉀離子濃度高，而胞外環(huán)境相反；當(dāng)GSDM 在細(xì)胞膜上組裝形成孔洞時(shí)，鈉離子內(nèi)流并攜帶與其水合的水分子，導(dǎo)致細(xì)胞體積增加，一旦體積超過膜容量，質(zhì)膜就會(huì)以氣球的形式膨脹并與膜附近的細(xì)胞骨架分離，隨后細(xì)胞會(huì)徹底漲破。這種裂解方式可釋放胞質(zhì)內(nèi)相對分子質(zhì)量較大的可溶性蛋白質(zhì)[如乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）等]，最終剩余的細(xì)胞結(jié)構(gòu)形成細(xì)胞殘骸[1,55]。最近另一項(xiàng)研究提出焦亡發(fā)生時(shí)細(xì)胞膜以及細(xì)胞的裂解是主動(dòng)的過程，該研究發(fā)現(xiàn)疾病特征性神經(jīng)損傷誘導(dǎo)蛋白1（nerve injuryinduced protein 1，NINJ1）在細(xì)胞質(zhì)膜解體過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。NINJ1 缺失的巨噬細(xì)胞在細(xì)胞焦亡發(fā)生過程中表現(xiàn)出細(xì)胞膜通透性改變（ATP等相對分子質(zhì)量較小的細(xì)胞內(nèi)容物發(fā)生外流），但相對分子質(zhì)量較大蛋白（包括HMGB1 和LDH）的釋放受到抑制，焦亡細(xì)胞一直保持氣球狀形態(tài)[56]。另外，Ninj1敲除小鼠比野生型小鼠更易受檸檬酸桿菌的侵害，這也表明細(xì)胞膜是否徹底破裂對于宿主防御病原入侵非常關(guān)鍵[56]。

在感染引發(fā)的細(xì)胞焦亡過程中，促炎癥因子白細(xì)胞介素（interleukin，IL）中IL-1β 和IL-18 前體在經(jīng)過炎性caspase-1 剪切成熟后，能夠通過GSDM產(chǎn)生的細(xì)胞膜孔洞釋放到胞外[43-44]。因此GSDM 孔洞能夠輔助這類由于缺乏分泌肽而無法通過經(jīng)典分泌途徑釋放的細(xì)胞因子分泌到胞外，持續(xù)性地產(chǎn)生免疫效應(yīng)，引起機(jī)體的炎癥反應(yīng)。蛋白質(zhì)組學(xué)分析鑒定發(fā)現(xiàn)焦亡過程還伴隨了900 余種細(xì)胞蛋白質(zhì)分子釋放至胞外[57-58]，其中相當(dāng)一部分在胞外發(fā)揮的作用目前仍不明確。除了相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)，GSDM 孔洞還可介導(dǎo)離子的非選擇性流動(dòng)，影響細(xì)胞死亡的進(jìn)程：在非經(jīng)典炎癥小體通路中被進(jìn)入胞內(nèi)的LPS 激活后，GSDMD 活化成孔引發(fā)胞內(nèi)鉀離子外流，隨后導(dǎo)致經(jīng)典炎癥小體NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）通路的激活，加速細(xì)胞發(fā)生焦亡[59-60]；嗜肺軍團(tuán)菌（Legionella pneumophila）感染過程中也存在類似機(jī)制[61]： 在黑色素瘤缺乏因子 2 炎癥小體激活時(shí)， GSDMD 活化導(dǎo)致的鉀離子外流抑制了胞質(zhì)DNA 起始的環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶依賴的Ⅰ型干擾素誘導(dǎo)通路[62]。

此外，焦亡過程中GSDM 可能同時(shí)在其他細(xì)胞器膜上成孔，進(jìn)一步調(diào)控細(xì)胞焦亡進(jìn)程。前文提到，體外實(shí)驗(yàn)證明GSDM-NT 可與心磷脂結(jié)合[43-44]。由于心磷脂是構(gòu)成哺乳動(dòng)物細(xì)胞線粒體膜的磷脂組分之一 ，GSDM 家族有可能靶向線粒體并發(fā)揮作用。最近的研究發(fā)現(xiàn)GSDMD 和GSDME 的NT能轉(zhuǎn)位至線粒體并使其外膜通透性改變，引發(fā)活性氧的產(chǎn)生、細(xì)胞色素c 的泄露以及線粒體膜電位喪失[63-64]。此外，研究發(fā)現(xiàn)GSDMA3-NT 可以破壞線粒體并引起線粒體自噬[65]。但GSDM-NT 對線粒體的靶向是否由心磷脂介導(dǎo)有待進(jìn)一步探究。除了作為細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行分子，中性粒細(xì)胞GSDMD 被活化后可結(jié)合并使核膜與細(xì)胞膜通透性改變，引起中性粒細(xì)胞基因組DNA 的釋放，釋放的DNA 可作為中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)（neutrophil extracellular traps，NETs，該機(jī)制作用下的中性粒細(xì)胞死亡被稱為NETosis）在胞外捕獲病原菌，并結(jié)合胞內(nèi)分泌的抗菌肽和水解酶等物質(zhì)對病原菌進(jìn)行殺滅[66]。GSDM 一方面可以調(diào)控細(xì)胞焦亡與中性粒細(xì)胞死亡，進(jìn)而破壞致病菌擴(kuò)繁的微環(huán)境以及促進(jìn)NETosis 過程對病原菌的殺傷；另一方面GSDM 已被發(fā)現(xiàn)能夠?qū)?xì)菌起到直接殺滅或抑制生長的作用[43-44,67-69]。

盡管GSDM 活化以及膜孔洞的形成在生理病理過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，但過度的活化會(huì)導(dǎo)致炎癥相關(guān)的疾病，因此其活性需受到嚴(yán)格調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)靜息狀態(tài)下GSDMD 維持低表達(dá)水平，在受到外界刺激后干擾素轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子2 誘導(dǎo)了GSDMD的表達(dá)，一定程度上保證細(xì)胞中GSDM 足量有效發(fā)揮作用[70]。除了轉(zhuǎn)錄水平，GSDM 在翻譯后也受到調(diào)節(jié)，活化的凋亡相關(guān)的caspase-3 能夠介導(dǎo)GSDMD 在靠近N 末端的第88 位天冬氨酸殘基后發(fā)生剪切，使GSDMD 完全喪失成孔活性，抑制其觸發(fā)的焦亡過程[4]。有研究發(fā)現(xiàn)GSDME 中α1 螺旋的第6 位蘇氨酸殘基的磷酸化可能通過改變?chǔ)? 螺旋構(gòu)象來干擾寡聚化，從而抑制焦亡[64]。另外，活躍的細(xì)胞膜修復(fù)系統(tǒng)參與了GSDM 孔洞對細(xì)胞質(zhì)膜損傷的調(diào)控。研究顯示在GSDMD 膜孔洞形成后，鈣離子內(nèi)流引起胞內(nèi)濃度的瞬間升高由此激活運(yùn)輸所需的內(nèi)體分類復(fù)合體（endosomal sorting complex required for transport，ESCRT）膜修復(fù)機(jī)制，ESCRT 相關(guān)蛋白被招募至膜損傷區(qū)域，將損傷部分轉(zhuǎn)移至微囊泡中，并將破損區(qū)域以小泡的形式排出胞外，實(shí)現(xiàn)膜的修復(fù)，緩解GSDMD 孔洞對細(xì)胞膜造成的損傷[71]。除ESCRT 之外，其他膜修復(fù)機(jī)制還包括對損傷膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)吞與利用來自胞內(nèi)囊泡結(jié)構(gòu)的膜（主要是溶酶體）來修補(bǔ)損傷區(qū)域[72-73]，這些修復(fù)機(jī)制是否參與調(diào)節(jié)GSDM 膜孔洞引發(fā)的膜損傷仍待深入研究。

GSDM 家族蛋白可與多種磷脂結(jié)合，因此對不同磷脂的偏好性也是影響GSDM 成孔發(fā)揮活性的因素。例如鞘磷脂的存在能夠促進(jìn)GSDMD-NT 靶向結(jié)合溶酶體[48,74]。在一些刺激因素下，中性粒細(xì)胞的GSDMD-NT 會(huì)更傾向于結(jié)合細(xì)胞中的初級顆?；蛭⒐芟嚓P(guān)蛋白 1A/1B 輕鏈 3 陽性的自噬體而非細(xì)胞質(zhì)膜[75]。此外，GSDMB 還能結(jié)合腦硫脂，但其生理意義仍然未知[76]。

3 Gasdermin 家族蛋白在病理中的作用

3.1 感染性疾病

GSDM 家族，尤其是GSDMD 在機(jī)體抗感染過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，其抗感染作用包括直接靶向殺傷或抑制病原菌，以及啟動(dòng)宿主細(xì)胞的焦亡程序，上調(diào)機(jī)體的炎癥與免疫應(yīng)答水平來清除病原菌。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)GSDMD 的缺失能導(dǎo)致小鼠對弗朗西斯菌（Francisella novicida）、類鼻疽伯克霍爾德菌（Burkholderia pseudomallei）等病原菌的易感性增加[67-77]。然而，GSDM 在感染中并不總是具有對機(jī)體的保護(hù)作用，其過度激活，一方面會(huì)導(dǎo)致免疫細(xì)胞的劇烈焦亡和大量耗竭，減弱了機(jī)體在感染中后期清除病原體的能力，導(dǎo)致病原體的增殖失去控制，另一方面炎性細(xì)胞因子的大量釋放又會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥風(fēng)暴和器官功能障礙。膿毒癥即是臨床上一種典型的焦亡程序過度激活所導(dǎo)致的系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)綜合征，其發(fā)病率和致死率較高，病情發(fā)展迅速，是人類健康的一大威脅[78]。彌散性血管內(nèi)凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）是感染引起的另一種過度免疫反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致血液栓塞、休克和臟器功能受損，GSDMD 介導(dǎo)的焦亡可引起細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的磷脂酰絲氨酸發(fā)生外翻，進(jìn)而激活組織因子來誘發(fā)外源性凝血[79]；依賴于GSDMD活性的中性粒細(xì)胞死亡NETosis 過程也會(huì)因捕獲血小板而導(dǎo)致凝血[80]。在一些經(jīng)典的小鼠膿毒癥和DIC 模型中，Gsdmd敲除小鼠的器官損傷、存活率以及與DIC 相關(guān)指標(biāo)相比野生型小鼠都會(huì)顯著減輕[2,81]。在病毒感染過程中，來自病毒的核酸和編碼蛋白也可被宿主細(xì)胞識別并由此觸發(fā)GSDMD 依賴的細(xì)胞死亡，參與宿主的抗病毒免疫反應(yīng)。在輪狀病毒感染過程中，病毒來源的RNA 引起腸上皮細(xì)胞中的NLRP9b 炎癥小體的組裝以及隨后GSDMD 依賴的焦亡和IL-18 的成熟釋放，小鼠感染模型證實(shí)NLRP9b炎癥小體組分的缺失可導(dǎo)致小鼠對病毒的易感性增加[82]。兩項(xiàng)來自同一實(shí)驗(yàn)室的研究分別發(fā)現(xiàn)甲型流感病毒和單純皰疹病毒1 能夠引起巨噬細(xì)胞的一種焦亡-凋亡-壞死混合死亡形式，并命名為PANoptosis，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明GSDMD 參與了該死亡過程[83-84]。GSDMD 的激活對發(fā)病程度也可起到促進(jìn)作用。在鼻病毒和諾如病毒感染中，NLRP3 和GSDMD 依賴性焦亡的發(fā)生促進(jìn)了病理性炎癥水平，使得病情加重[85-86]。GSDM 在宿主應(yīng)對寄生蟲感染中也發(fā)揮了作用：弓形蟲（Toxoplasma gondii）感染小膠質(zhì)細(xì)胞可誘導(dǎo)GSDMD 依賴的細(xì)胞因子IL-1α 的釋放，小鼠的弓形蟲腦部感染模型也表明GSDMD 和caspase-1/11 缺陷小鼠對寄生蟲的抵抗能力明顯下降[87]。

3.2 腫瘤

眾多相關(guān)研究顯示，GSDM 深度參與了腫瘤與機(jī)體的互作，不同的GSDM 在腫瘤發(fā)生發(fā)展以及機(jī)體抗腫瘤免疫中表現(xiàn)出了多樣的功能。GSDMA在人胃癌細(xì)胞中的表達(dá)受到抑制，且其表達(dá)能抑制胃癌細(xì)胞增殖[21,26]。GSDMB與癌癥的關(guān)系則更加復(fù)雜，根據(jù)不同的研究結(jié)果分析，GSDMB的功能和表達(dá)水平因癌癥類型而異：其在宮頸癌、肝癌、結(jié)腸癌和人類表皮生長因子受體2 陽性（human epidermal growth factor receptor 2 positive，HER2+）乳腺癌中高表達(dá)[88-89]，功能性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對GSDMB進(jìn)行過表達(dá)或利用抗體中和GSDMB 蛋白分別促進(jìn)和抑制了HER2+乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲[90-91]；與此同時(shí)，GSDMB在原發(fā)性食管和胃腫瘤中的表達(dá)卻受到抑制，暗示其對這類癌癥可能起到抑癌作用[7]。GSDMC與GSDMB有著類似的作用特點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)GSDMC在結(jié)直腸癌和肺腺癌中高表達(dá)，敲除GSDMC可降低結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖[92-93]。然而，另一項(xiàng)研究表明GSDMC在許多食管鱗狀細(xì)胞癌中的表達(dá)受到抑制[26]。這些研究發(fā)現(xiàn)說明GSDMB與GSDMC的作用可能具有腫瘤類型的特異性。GSDME對不同腫瘤具有較為普遍的抑制作用，在各種癌細(xì)胞中，GSDME產(chǎn)生了多種突變，其啟動(dòng)子也常發(fā)生甲基化的表觀遺傳修飾，這導(dǎo)致了GSDME表達(dá)抑制以及蛋白焦亡活性的喪失[5-6,94-97]。體外實(shí)驗(yàn)證明誘導(dǎo)GSDME/Gsdme表達(dá)可對胃癌和黑色素瘤的集落形成與腫瘤細(xì)胞增殖產(chǎn)生抑制，并降低乳腺癌的侵襲力[64,94-95]。此外，由于GSDME 可在凋亡通路激活時(shí)被caspase-3 剪切產(chǎn)生活性NT，且腫瘤組織中經(jīng)常出現(xiàn)由供氧或營養(yǎng)不足引起的凋亡過程，所以凋亡相關(guān)的小分子激動(dòng)劑也可有效作用于腫瘤細(xì)胞。例如用Kirsten 大鼠肉瘤病毒癌基因同源物、表皮生長因子受體或間變性淋巴瘤激酶抑制劑處理肺癌細(xì)胞可導(dǎo)致caspase-3 依賴的GSDME 激活，促進(jìn)了對癌細(xì)胞的殺傷[98]；另一種凋亡誘導(dǎo)劑依托泊苷對黑色素瘤細(xì)胞的毒性效果則會(huì)因GSDME的敲除而降低[99]。近期來自Lieberman 實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞GSDME 的一種新穎活化機(jī)制：自然殺傷細(xì)胞和白細(xì)胞分化抗原8 陽性T 細(xì)胞所分泌的顆粒酶B 到達(dá)腫瘤細(xì)胞內(nèi)部后可直接切割GSDME并產(chǎn)生與caspase-3 剪切后相同的NT，引起腫瘤細(xì)胞的焦亡，促進(jìn)機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)[6]。另外，GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡也能夠促進(jìn)抗腫瘤進(jìn)程。絲氨酸二肽酶8/9 的小分子抑制劑Val boro Pro 可激活人類髓系細(xì)胞中的caspase-募集結(jié)構(gòu)域成員8 炎癥小體，誘導(dǎo)caspase-1 和GSDMD 依賴的焦亡發(fā)生。該效應(yīng)特異性地作用于大多數(shù)人急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）細(xì)胞系和原發(fā)性AML 細(xì)胞，引發(fā)腫瘤細(xì)胞的死亡[100]。

3.3 炎癥相關(guān)疾病

由于GSDM 家族尤其是GSDMD 在炎癥中起到重要作用，GSDM 和上游相關(guān)通路的異?；罨瘯?huì)引起自發(fā)炎癥，導(dǎo)致非感染相關(guān)的免疫性疾病。家族性地中海熱（familial mediterranean fever，F(xiàn)MF）是一種自發(fā)性常染色體隱性遺傳病，由地中海熱基因（mediterranean fever gene，MEFV，編碼Pyrin 蛋白）的突變引起，該突變降低了Pyrin 炎癥小體對激活信號的感受閾值，使得Pyrin 變得易于活化，該病通常表現(xiàn)為炎性疾病綜合征，包括反復(fù)發(fā)熱和腹膜炎。GSDMD 作為Pyrin 下游的關(guān)鍵效應(yīng)蛋白對FMF 的病理至關(guān)重要。在Pyrin 自激活的小鼠FMF模型中，敲除Gsdmd可有效抑制疾病小鼠的炎癥癥狀[101]。新生兒發(fā)病的多系統(tǒng)炎癥性疾病（neonatal onset multisystem inflammatory disease， NOMID） 也存在類似的病理機(jī)制，這是一種罕見的自身炎癥性疾病，由炎癥小體NLRP3 編碼基因的突變導(dǎo)致的自激活引起，發(fā)生于嬰兒期，癥狀為發(fā)熱、慢性腦膜炎、皮疹和關(guān)節(jié)病等。研究表明抑制NOMID 模型小鼠體內(nèi)的GSDMD 活性也可有效減輕其癥狀[14]。多基因突變引起的疾病例如多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）也依賴GSDMD 的活性。在模擬人類MS 的小鼠實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎模型中可檢測到GSDMD 的激活，且Gsdmd的敲除或針對GSDMD 的抑制劑處理可有效下調(diào)小鼠的神經(jīng)損傷水平[13,102]。此外，GSDMD 還參與調(diào)控了器官或組織移植中的機(jī)體損傷，糖尿病及其并發(fā)癥，創(chuàng)傷性腦損傷以及一些由非感染損傷導(dǎo)致的疾病，且大都對病理過程起到了促進(jìn)作用[103-112]。相關(guān)研究通過小鼠實(shí)驗(yàn)證明其中一些疾病的病理表型可以被GSDMD的表達(dá)下調(diào)或GSDMD 蛋白活性抑制所減輕，但GSDMD 在更多疾病中的貢獻(xiàn)和作用機(jī)制仍有待于進(jìn)一步研究。

GSDM 家族其他成員與非感染性疾病的發(fā)生也存在聯(lián)系，例如人GSDMA基因與系統(tǒng)性硬化病、炎癥性腸病和兒童哮喘的發(fā)生相關(guān)[113-116]。小鼠Gsdma3的不同突變則與皮膚表型有關(guān)，包括角膜潰瘍和脫毛等[23,117-121]。GSDMB的表達(dá)水平或單核苷酸突變率與哮喘、克羅恩病、1 型糖尿病和潰瘍性結(jié)腸炎的易感性成正相關(guān)[16,113,116,122-127]。GSDME和PJVK，則都被發(fā)現(xiàn)與聽力障礙有關(guān)，二者的突變分別造成常染色體顯性和常染色體隱性的遺傳性聽力損傷[17,40,128-129]。

4 Gasdermin 家族蛋白作為多種疾病潛在的治療靶標(biāo)

由于GSDM 家族在感染、炎癥和腫瘤相關(guān)疾病中具有重要地位，以其作為靶點(diǎn)進(jìn)行藥物和療法的研發(fā)已成為一個(gè)新興的方向。在炎癥反應(yīng)中，GSDMD 是多種炎癥小體下游共同的效應(yīng)蛋白，且其成孔效應(yīng)同時(shí)調(diào)控了細(xì)胞的死亡和炎性細(xì)胞因子的釋放，可以說GSDMD 是控制炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵，因此控制GSDMD 的激活可能是治療感染或非感染性炎癥疾病的有效策略：抑制GSDMD 的過度激活，理論上能夠有效降低炎癥水平，防止病原感染引起炎癥風(fēng)暴和器官損傷，或減輕自身免疫性疾病患者的癥狀；誘導(dǎo)GSDMD 激活或基因表達(dá)的上調(diào)則可能有助于放大炎癥反應(yīng)，在一些情況下（例如疫苗注射時(shí)）增強(qiáng)機(jī)體免疫應(yīng)答能力。不過鑒于GSDM 家族在炎癥中的節(jié)點(diǎn)地位，對GSDM 的干預(yù)可能會(huì)對機(jī)體免疫功能造成深遠(yuǎn)的影響，因此相關(guān)治療策略需經(jīng)過仔細(xì)的臨床檢驗(yàn)。GSDM 家族蛋白在癌癥中則具有更加復(fù)雜的作用，不同的GSDM在不同類別的癌癥中分別顯示出促癌或抑癌效果，相關(guān)研究還存在許多空白。另外，由于GSDM 家族在正常組織和免疫細(xì)胞中也廣泛存在，激活或抑制GSDM 來治療癌癥可能會(huì)導(dǎo)致較大的副作用 ，例如有研究嘗試用誘導(dǎo)GSDME 激活的方式抑制AML 癌細(xì)胞生長，但同時(shí)卻導(dǎo)致了廣泛的組織損傷，并且由于誘導(dǎo)劑非特異性激活了免疫細(xì)胞中的GSDMD 導(dǎo)致免疫細(xì)胞焦亡[5]。綜合來看，以GSDM 作為癌癥治療的靶點(diǎn)需進(jìn)一步廣泛深入地研究并謹(jǐn)慎對待。

迄今為止，已有多種能夠直接靶向并調(diào)控GSDM 活性的小分子化合物被發(fā)現(xiàn)。一種被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)已用于臨床的戒酒藥——雙硫侖（disulfiram，DSF）近期被證明能通過修飾GSDMD 的第191 位半胱氨酸殘基來抑制其成孔活性[102]，不同的動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)證明DSF 對GSDMD介導(dǎo)的炎癥性疾病具有顯著保護(hù)作用[13,102]。具有類似機(jī)制的小分子抑制劑還包括壞死磺酰胺和富馬酸二甲酯，二者都可通過靶向GSDMD 半胱氨酸殘基的方式抑制其活性，在小鼠相關(guān)疾病模型中表現(xiàn)保護(hù)作用[102,130]。還有不同研究報(bào)道化合物L(fēng)DC7559和punicalagin 可抑制GSDMD 依賴的細(xì)胞死亡過程，但詳細(xì)機(jī)制仍有待解析[53,131]。

5 總結(jié)和展望

焦亡現(xiàn)象初次發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)90 年代，其伴隨著巨噬細(xì)胞對細(xì)菌侵染的響應(yīng)而發(fā)生，這種現(xiàn)象曾被視為細(xì)胞凋亡。由于該細(xì)胞死亡形式依賴于caspase-1 的活性，并伴隨著促炎癥因子的釋放，因此在2001 年Cookson 等人將其命名為“pyroptosis”（細(xì)胞焦亡）。近年來，對這一新興細(xì)胞死亡形式的機(jī)制研究得到迅速發(fā)展。2015 年GSDM 家族蛋白GSDMD 作為細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行分子被發(fā)現(xiàn)使得焦亡的范疇得到了進(jìn)一步擴(kuò)展，其相關(guān)信號網(wǎng)絡(luò)的圖景也逐步完善。相關(guān)研究也顯示了GSDM 家族在感染、炎癥相關(guān)疾病和癌癥中的重要作用?；贕SDM 的治療策略也在逐漸提出和確立。時(shí)至今日，細(xì)胞焦亡仍屬于免疫學(xué)研究的熱點(diǎn)方向。

盡管如此，焦亡領(lǐng)域仍然有大量的問題等待解答。GSDM 激活信號強(qiáng)弱的胞內(nèi)調(diào)控機(jī)制仍然不明；GSDM 家族中仍存在一些成員，例如GSDMA和DFNB59，其激活機(jī)制、生理功能缺乏深入研究；GSDM 家族在各類疾病中所扮演的角色也亟待進(jìn)一步揭示。相關(guān)研究會(huì)將GSDM 及其介導(dǎo)的焦亡過程同更多的生理和病理過程聯(lián)系起來，理清GSDM 相關(guān)信號途徑在疾病中的作用脈絡(luò)，并將這些基礎(chǔ)研究拓展至臨床應(yīng)用，例如開發(fā)更多靶向GSDM 的疾病療法，尋找更具特異性的GSDM 抑制劑/激動(dòng)劑和更多活性調(diào)控途徑，同時(shí)建立GSDM 活性和相關(guān)病理指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，提高相關(guān)療法的精確性，減少副作用，以期GSDM 和細(xì)胞焦亡領(lǐng)域的研究為人類健康事業(yè)做出更多貢獻(xiàn)。