細(xì)胞焦亡是個什么鬼？

說起細(xì)胞凋亡大家都很熟悉，那細(xì)胞焦亡呢？可能很多人的*反應(yīng)是：什么鬼？細(xì)胞凋亡他弟？其實(shí)細(xì)胞焦亡本質(zhì)上是一種程序性細(xì)胞壞死，與細(xì)胞凋亡有許多不同。下面讓我們一起來好好了解下他。

細(xì)胞焦亡（pyroptosis）是一種zui近發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞程序性死亡方式，表現(xiàn)為細(xì)胞不斷脹大直至細(xì)胞膜破裂，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物的釋放進(jìn)而激活強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。細(xì)胞焦亡是機(jī)體重要天然免疫反應(yīng)，在拮抗感染和內(nèi)源危險信號中發(fā)揮重要作用。相比于細(xì)胞凋亡（apoptosis），細(xì)胞焦亡發(fā)生的更快，并會伴隨大量促炎癥因子的釋放。

來自北京生命科學(xué)研究所（NIBS）、同時也是藥明康德生命化學(xué)研究獎得主的邵峰院士揭示和闡明了細(xì)胞焦亡的機(jī)制。邵峰院士團(tuán)隊(duì)在體外實(shí)驗(yàn)通過沙門氏菌（一種胞內(nèi)菌）感染細(xì)胞，免疫熒光顯微鏡觀察到細(xì)胞發(fā)生程序性死亡，早期認(rèn)為這種形式的死亡為凋亡，其實(shí)它是另一種死亡方式，細(xì)胞焦亡。重要的一點(diǎn)是，這個培養(yǎng)基中需要加入 IL-1β。因此他們將研究方向集中在胞內(nèi)菌介導(dǎo) IL-1β產(chǎn)生相關(guān)的炎癥通路上，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了感受胞內(nèi)菌的重要識別受體。他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，半胱天冬酶（caspase）炎癥小體下游的Gasdermin家族蛋白可能在細(xì)胞焦亡中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?，F(xiàn)已知，caspase-1/4/5/11通過切割由500多個氨基酸組成的Gasdermin家族蛋白之一GSDMD，使后者N、C兩端的結(jié)構(gòu)域分開，進(jìn)而釋放N端的片段。GSDMD蛋白N端片段可以識別并結(jié)合細(xì)胞膜上的磷脂類分子，并進(jìn)一步在細(xì)胞膜形成孔洞，導(dǎo)致細(xì)胞滲透壓變化，zui終使得細(xì)胞膜裂解，發(fā)生焦亡。*以來 IL-1β如何釋放至細(xì)胞外始終不得而知，該團(tuán)隊(duì)推測可能 Gsdmd 是 IL-1β釋放至細(xì)胞外的必要條件。他們發(fā)現(xiàn)敲除 Gsdmd 不影響 IL-1β的產(chǎn)生，但明顯影響分泌。由此可見 IL-1β在細(xì)胞焦亡中扮演重要角色，武漢艾美捷科技有限公司的新品人IL-1βELISA檢測試劑盒即將隆重上市，助力科研，敬請期待！

按照功能 capases 可以分為兩大類，分別參與細(xì)胞凋亡和細(xì)胞焦亡。凋亡相關(guān)的包括 CASP2，CASP8，CASP10，CASP3，CASP6，CASP7，以及 CASP9。CASP1，CASP11，CASP4 和 CASP5 是炎癥相關(guān)的 capases，參與細(xì)胞焦亡（pyroptosis）。Caspase1 的激活主要發(fā)生在巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞中，可誘發(fā)細(xì)胞焦亡。細(xì)胞焦亡也是 Caspase 4/5/11 激活后的主要應(yīng)答反應(yīng)，在巨噬細(xì)胞和非巨噬細(xì)胞中均可發(fā)生。

細(xì)胞焦亡如何發(fā)生的呢？ gasdermin 家族的 N 端結(jié)構(gòu)域在細(xì)菌中也顯示出明顯的致死毒性。這一現(xiàn)象暗示 gasdermin N 端結(jié)構(gòu)域可能是通過直接破壞細(xì)胞膜而產(chǎn)生殺死細(xì)胞。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，邵峰院士團(tuán)隊(duì)通過生物化學(xué)和熒光顯微成像的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)，在真核細(xì)胞焦亡過程中，活化的 gasdermin N 端結(jié)構(gòu)域會從細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，細(xì)胞隨后出現(xiàn)體積膨脹和焦亡的現(xiàn)象。此外，活化的 gasdermin N 端結(jié)構(gòu)域重組蛋白只能從真核細(xì)胞內(nèi)部破壞細(xì)胞膜。利用脂質(zhì)體泄漏實(shí)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn) gasdermin N 端結(jié)構(gòu)域能夠特異地破壞含有 4, 5- 二磷酸磷脂酰肌醇或心磷脂的脂質(zhì)體，在脂膜上聚合形成規(guī)則的孔道。利用負(fù)染電鏡的方法，他們觀察到 gasdermin N 端結(jié)構(gòu)域能在特異磷脂或天然磷脂組成的膜上打孔，形成很多蜂窩狀的孔道，這些孔道的內(nèi)徑約 10-14nm。進(jìn)一步的電鏡分析揭示這些分子孔道具有 16 重對稱性，表明 gasdermin N 端結(jié)構(gòu)域在膜上形成 16 元聚合體的孔道。該孔道的內(nèi)徑大約為 12-14nm，IL-1β的直徑約為 4.5nm，*可以使得其通過。因此，推測該孔道是 IL-1β分泌至細(xì)胞外的重要途徑。

zui近，邵峰院士的團(tuán)隊(duì)又在細(xì)胞焦亡研究領(lǐng)域取得了新的突破，揭示了另一種Gasdermin家族蛋白GSDME引起細(xì)胞焦亡的機(jī)制。這一發(fā)表在《自然》雜志上的發(fā)現(xiàn)對癌癥治療（尤其是*）的研究和開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。不同于GSDMD，GSDME僅能被caspase-3所切割，釋放出可導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔的N端片段。Caspase-3則可被腫瘤壞死因子-α（TNFα）或*藥物所激活，引起細(xì)胞凋亡；如果此時細(xì)胞中也存在GSDME蛋白，則會使細(xì)胞從凋亡迅速轉(zhuǎn)入焦亡的進(jìn)程，或者直接走向細(xì)胞焦亡。在人體的許多正常細(xì)胞中，都會有GSDME蛋白表達(dá)。如果對這些表達(dá)GSDME的正常細(xì)胞施以*藥物，均會導(dǎo)致細(xì)胞焦亡，而caspase的抑制劑zVAD或者GSDME的敲除和敲低則會阻斷焦亡的進(jìn)程。當(dāng)GSDME敲除的健康小鼠接受*藥物后，其經(jīng)歷的有害副作用（包括組織損傷和體重減輕等）相比野生型小鼠則會顯著減輕。

相比之下，GSDME蛋白在大多數(shù)類型的癌細(xì)胞中均不表達(dá)。不過，GSDME的表達(dá)與細(xì)胞焦亡之間的關(guān)系則是相似的：只有表達(dá)了GSDME的癌細(xì)胞才會被*藥物或TNFα誘導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞焦亡。在許多不表達(dá)或表達(dá)極少GSDME蛋白的癌細(xì)胞中，GSDME基因的啟動子區(qū)域被甲基化，使其處于轉(zhuǎn)錄抑制狀態(tài)。如果對其施以DNA甲基化酶抑制劑decitabine，則會上調(diào)GSDME蛋白的水平，增加*藥物對癌細(xì)胞的殺傷力。

這一研究改變了人們對于細(xì)胞程序性死亡的理解。Caspase-3*以來被認(rèn)為是發(fā)生細(xì)胞凋亡的標(biāo)志，而如今則與細(xì)胞焦亡的發(fā)生也在了一起。同時可以看出，由caspase-3和GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡機(jī)制，對于改進(jìn)*藥物的使用效果提供了重要的思路。