本文由tac.G原創，在 BioArt公衆号上(shàng)發表
細胞焦亡（Pyroptosis）是近年(nián)頗受關注的炎症性細胞死亡類型。在早期研究中，因感染引起的細胞的炎症性死亡曾一(yī)度被誤認為(wèi)是細胞凋亡過程（Aptoptosis）。直到2001年(nián)，科研人(rén)員(yuán)才關注由感染等引起的細胞死亡存在明(míng)顯的炎性進展，且形态學上(shàng)與傳統的凋亡具有明(míng)顯區(qū)别，将這(zhè)一(yī)類細胞死亡命名為(wèi)焦亡。但(dàn)此後的十幾年(nián)裏，細胞焦亡一(yī)直被定義為(wèi)由炎症性Caspase（Caspase-1/4/5/11）引起的細胞炎症性死亡。
邵峰課題組在感染免疫和(hé)焦亡研究領域有突出貢獻，其在2015年(nián)鑒定到焦亡的下(xià)遊效應分子Gasdermin D（GSDMD）【1】，并解析了(le)Gasdermin家族分子的功能(néng)【2】。在2017年(nián)，邵峰組在Nature報道(dào)Caspase-3可(kě)以水解Gasdermin E（GSDME）完成非感染性的細胞焦亡，将細胞焦亡的定義改寫【3】。2018年(nián)，NCCD将焦亡修正為(wèi)：一(yī)種依賴于Gasdermin家族蛋白形成質膜膜孔的可(kě)調控的細胞死亡（Regulated cell death），經常但(dàn)并不總因炎症性Caspase的活化而完成。随後，其他(tā)課題組也發現Caspase-8也可(kě)引起細胞焦亡，并可(kě)影響炎症小體功能(néng)【4-7】（詳見(jiàn)BioArt報道(dào)：重點推薦！Science+PNAS更新認識，賦予Caspase-8參與細胞焦亡過程的新功能(néng)——邵峰點評）。
關于細胞焦亡的研究進展極大的更新了(le)我們對細胞死亡類型的理解，尤其是那(nà)些因時(shí)代和(hé)技術(shù)局限造成的錯誤認知。例如(rú)，在腫瘤治療中，我們對化療引起的正常組織損傷往往理解為(wèi)凋亡，而這(zhè)實際有很(hěn)大一(yī)部分是由于GSDME活化産生的焦亡。細胞毒性淋巴細胞（如(rú)CTL細胞、NK細胞）是免疫系統重要(yào)的效應細胞，在識别靶細胞後通(tōng)過釋放穿孔素（perforin）和(hé)其他(tā)介質發揮殺傷作(zuò)用。盡管淋巴細胞的殺傷功能(néng)已經有大量免疫學和(hé)細胞生物(wù)學研究，但(dàn)目前對靶細胞的死亡類型仍普遍理解為(wèi)細胞凋亡。
2020年(nián)4月17日，邵峰課題組在Science發表題為(wèi)“Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells”的研究，再次更新了(le)我們對焦亡的理解。他(tā)們發現，細胞毒性淋巴細胞（如(rú)CTLs，NK細胞等）中的絲氨酸蛋白酶Granzyme A可(kě)以經穿孔素（perforin）進入靶細胞，通(tōng)過水解Gasdermin B（GSDMB）分子Lys229/Lys244位點誘導靶細胞發生焦亡。GSDMB存在組織特異性表達，并在消化系統上(shàng)皮細胞源腫瘤細胞中呈高表達，而通(tōng)過GSDMB誘導焦亡将增強抗腫瘤免疫，将成為(wèi)這(zhè)些腫瘤治療潛在靶點。
邵峰課題研究人(rén)員(yuán)最先關注是否淋巴細胞引起的細胞死亡具有焦亡特性，通(tōng)過将NK細胞系（NK-92MI）與外(wài)源表達Gasdermin家族蛋白的293TGSDMB的293T細胞較對照組呈現明(míng)顯的焦亡特性。這(zhè)種焦亡不受Pan-Caspase抑制劑zVAD的抑制，但(dàn)在培養基中添加Ca2+粒子螯合劑EGTA（抑制穿孔素過程）和(hé)顆粒酶pan-granzyme抑制劑DCI可(kě)以抑制這(zhè)種死亡。免疫印迹也證實GSDMB被水解為(wèi)p30和(hé)p16兩個片段。
通(tōng)過表達篩選和(hé)體外(wài)水解驗證，研究人(rén)員(yuán)發現這(zhè)種由NK細胞共培養引起的細胞死亡是由穿孔素中顆粒酶granzyme A（GZMA）引起，而其他(tā)顆粒酶（granzyme B/H/K/M）均無此效應。研究人(rén)員(yuán)利用Edman測序找到水解位點位于Lys229和(hé)Lys244，并再次通(tōng)過GSDMB K229A/K244A突變體證實以Lys244為(wèi)主的水解介導了(le)該型焦亡。
随後一(yī)系列敲低(dī)實驗和(hé)內(nèi)源實驗等也證實這(zhè)種細胞死亡類型的具體過程：GZMA經NK細胞釋放的穿孔素進入靶細胞，通(tōng)過水解靶細胞中GSDMB分子引起焦亡。這(zhè)種過程極為(wèi)特異：在顆粒酶中隻有GZMA具有激活焦亡功能(néng)，而Gasdermin中也隻有GSDMB可(kě)被GZMA水解。這(zhè)項發現改寫了(le)焦亡隻能(néng)經Caspase活化的定論，首次發現Gasdermin可(kě)在非Asp位點經絲氨酸蛋白酶GZMA水解執行(xíng)打孔功能(néng)，并将經細胞毒性淋巴細胞誘導的細胞死亡認證為(wèi)焦亡。
在腫瘤免疫中，CTL細胞可(kě)通(tōng)過釋放穿孔素殺傷腫瘤細胞。研究人(rén)員(yuán)随後以抗CD19 CAR-T細胞為(wèi)模型證實，CAR-T細胞可(kě)通(tōng)過GZMA誘導表達GSDMB的CD19+293T細胞發生焦亡。值得一(yī)提的是，在今年(nián)1月，黃(huáng)波課題組也證實CAR-T細胞可(kě)以引起正常組織通(tōng)過GSDME引起細胞焦亡，造成CAR-T療法的副作(zuò)用（詳見(jiàn)BioArt報道(dào)：亮點推薦 | CAR-T療法副作(zuò)用或解決——黃(huáng)波教授團隊揭示CAR-T療法引起炎症因子風(fēng)暴的機理）。這(zhè)些進展也豐富了(le)我們對CAR-T治療效應的認識。
腫瘤免疫中，以PD-1/PD-L1為(wèi)主的免疫檢查點治療是當前的研究和(hé)應用熱(rè)點。今年(nián)3月，劉志博和(hé)邵峰合作(zuò)在Nature上(shàng)報道(dào)通(tōng)過誘導腫瘤組織內(nèi)細胞焦亡可(kě)激活T細胞免疫，增強抗腫瘤功能(néng)（詳見(jiàn)BioArt報道(dào)：Nature背靠背 | 張志斌/劉志博/邵峰等揭示細胞焦亡在腫瘤免疫方面的全新功能(néng)）【8】。在上(shàng)個故事裏，研究人(rén)員(yuán)已經發現，穿孔素可(kě)以通(tōng)過活化Caspase-3和(hé)GSDME引起焦亡，但(dàn)使用Caspase抑制劑并不能(néng)完全扭轉死亡表型，暗示也存在其他(tā)旁路引起焦亡。邵峰課題組在本研究中填補了(le)這(zhè)個故事。
通(tōng)過細胞系篩選，研究人(rén)員(yuán)發現GSDMB在食管癌和(hé)胃癌細胞系中存在較高的表達，腫瘤組織中也發現消化系統上(shàng)皮組織源腫瘤中GSDMB表達較高。TCGA數(shù)據中分析也可(kě)發現，在膀胱癌、皮膚黑(hēi)色素瘤和(hé)腎透明(míng)細胞癌中GSDMB高表達患者預後較好。因小鼠中缺少(shǎo)GSDMB的表達，研究人(rén)員(yuán)在CT26細胞中進行(xíng)人(rén)源GSDMB-WT和(hé)K229A/K244A突變體的過表達和(hé)成瘤實驗，發現與未過表達組相比，這(zhè)兩種表達株細胞在體內(nèi)增殖中并未呈現明(míng)顯的差異。但(dàn)在輔以注射PD-1抗體後，種植了(le)表達GSDMB-WT的小鼠腫瘤體積呈現明(míng)顯減少(shǎo)，而K229A/K244A突變體株成瘤則未有明(míng)顯變化。該實驗證實，通(tōng)過拮抗PD-1功能(néng)活化T細胞可(kě)增強其細胞毒性功能(néng)，誘導腫瘤細胞發生GSDMB介導的焦亡，而這(zhè)種焦亡也進一(yī)步通(tōng)過炎症特性激活了(le)加強版的T細胞免疫。這(zhè)一(yī)部分工(gōng)作(zuò)增強了(le)焦亡在腫瘤治療中的可(kě)能(néng)性。
總結來看(kàn)，這(zhè)項工(gōng)作(zuò)是邵峰課題組長(cháng)期在焦亡領域耕耘的又一(yī)标志性成果，改寫了(le)焦亡僅通(tōng)過Caspase活化的研究定論，在焦亡這(zhè)一(yī)重要(yào)的細胞生物(wù)學事件中開(kāi)拓了(le)新的上(shàng)遊通(tōng)路。邵老(lǎo)師(shī)在多次報告中曾提到，細胞死亡類型的并不由上(shàng)遊的切割的蛋白酶決定，而是下(xià)遊的效應分子。過去近20年(nián)的研究隻發現并拓展了(le)一(yī)類上(shàng)遊蛋白酶（Caspase），這(zhè)個故事顆粒酶GZMA也拉入焦亡family中。同時(shí)，本研究也更新了(le)細胞毒性淋巴細胞誘導靶細胞的死亡類型的陳舊(jiù)認知。我們可(kě)以試想，關于細胞死亡類型不可(kě)能(néng)隻有凋亡和(hé)壞死這(zhè)樣簡單的答(dá)案。随着研究工(gōng)具和(hé)技術(shù)的豐富，未來會有更多死亡類型被還原真相。此外(wài)，邵峰課題組也在2020年(nián)開(kāi)年(nián)的2-4月內(nèi)先後在Cell、Nature和(hé)Science上(shàng)實現大滿貫（其實想想，大滿貫本身沒什麽實際意義，工(gōng)作(zuò)solid，開(kāi)辟新領域，更新認知才是最重要(yào)的）。祝賀邵峰老(lǎo)師(shī)，期待邵老(lǎo)師(shī)團隊更多的突破性成果。
原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/15/science.aaz7548
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