在细胞生物学研究中，细胞死亡一直是研究的一个热点。细胞焦亡又称细胞炎性坏死，是近年来发现的一种新的促炎性、程序性细胞死亡方式，表现为细胞不断肿胀直至细胞膜破裂，导致细胞内容物炎症因子的释放进而引起强烈的炎症反应[1]。细胞焦亡是机体重要的天然免疫反应，在拮抗感染和内源性危险信号中发挥重要的作用，广泛参与多种疾病炎性过程中的细胞死亡的过程。

01细胞焦亡信号通路

细胞焦亡的激活是由不同半胱天冬酶（Caspase）参与的，主要分为依赖于Caspase-1的经典细胞焦亡通路和依赖于Caspase-4/5/11的非经典细胞焦亡通路[2]（图一）。

在经典的信号通路中，当细胞受到外源或内源性的刺激后，细胞膜上的模式识别受体（PRRs）通过识别病原体相关分子模式（PAMP）或机体细胞释放的损伤相关分子模式（DAMP），激活TLR4（Toll-like receptor 4）信号通路，促进细胞核转录因子NF-γB调控白细胞介素IL-1β与IL-18等前体的产生[3]。

与此同时，细胞内的NLR(NOD-like receptors，胞浆内感受器)识别这些信号，激活炎性复合体的组装，通过衔接蛋白ASC招募细胞内pro-Caspase-1与炎性复合体进行结合[4]。招募的pro-Caspase-1局部浓度上升，发生自体剪切成具有酶活性的Caspase-1，Caspase-1的激活介导后续Gasdermin D（GSDMD）蛋白的活化，活化的GSDMD蛋白是引起细胞焦亡的关键步骤[5]。

依赖于Caspase-4/5/11的非经典细胞焦亡通路的激活主要通过进入细胞质内的炎性刺激因子如细菌脂多糖（LPS，Lipopolysaccharide)，直接与Caspase-4/5/11结合并引起Caspase-4/5/11的寡聚激活，活化的Caspase-4/5/11切割GSDMD蛋白并触发细胞焦亡[6]。

引自：Shi, J., et al. (2017). "Pyroptosis: Gasdermin-Mediated Programmed Necrotic Cell Death."Trends Biochem Sci42(4): 245-254.

02GSDMD-介导细胞焦亡的关键蛋白

GSDMD，又称GSDMDC1或DFNA5L，是一种主要表达于免疫细胞和小肠黏膜上皮细胞表面，由242个氨基酸组成的蛋白[7]。

GSDMD具有两个保守的结构域：N-末端效应结构域和C-末端抑制结构域，N端为主要的功能结构域，参与细胞焦亡的发生，而C末端具有自体抑制的功能[8]。在GSDMD未活化的状态下，C端和N端结构域相结合，抑制N末端结构域的质膜成孔功能[8]。

在外界信号刺激下，细胞焦亡通路中被激活的Caspase-1/4/5/11对GSDMD蛋白进行切割，切割后的GSDMD被分成N端和C端两个独立的结构域片段。其中GSDMD-N端结构域能靶向细胞膜，与细胞膜上的磷脂蛋白结合，发生多聚化并在细胞质膜上形成孔洞，细胞质膜遭受破坏，从而诱导细胞焦亡的发生[8]。同时，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，活化形式的IL-1β与IL-18等促炎细胞因子通过孔洞释放到细胞外，大量炎性因子的胞外释放导致炎症反应的发生[9]。

03GSDMD的相关研究自2015年9月邵峰实验室首次报道GSDMD蛋白介导细胞焦亡的发生[10]，至今已有200多篇关于GSDMD及其同源基因的蛋白结构和作用机理的研究论文发表[11]。随着细胞焦亡机制研究不断的深入，科学家们发现心血管疾病、传染性疾病、肿瘤、及自身免疫性疾病等疾病炎性过程的发生与GSDMD介导的细胞焦亡密切相关[12-16]。GSDMD作为细胞焦亡信号通路上的关键效应分子，针对GSDMD和相关蛋白作为靶点开发药物将可能有助于人们治疗这些疾病。因此，深入研究GSDMD介导细胞焦亡的机制将有助于认识其在相关疾病的发生发展过程中所发挥的作用，为相关疾病的治疗和药物开发提供一个全新的研究靶点。为了进一步助力GSDMD介导的细胞焦亡信号通路的相关研究，集萃药康在“斑点鼠计划”中已经推出C57BL/6J-GSDMD-KO和C57BL/6J-GSDMD-CKO小鼠模型。我们相信现货化、产品化的“斑点鼠”模型资源库，将会给科研工作者提供更多的优质选择，也必将大大缩短相关功能研究及基因靶点新药开发的周期。物超所值的热门基因GSDMD“斑点鼠”模型已经上线，还在等什么，快来咨询订购吧！GSDMD基因斑点鼠模型信息

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参考文献：[1] Miao, E. A., et al. (2011). "Caspase-1-induced pyroptotic cell death."Immunol Rev243(1): 206-214.[2] Jimenez Fernandez, D. and M. Lamkanfi (2015). "Inflammatory caspases: key regulators of inflammation and cell death."Biol Chem396(3): 193-203.[3] Broz, P. and V. M. Dixit (2016). "Inflammasomes: mechanism of assembly, regulation and signalling."Nat Rev Immunol16(7): 407-420.[4] Fritz, J. H., et al. (2006). "Nod-like proteins in immunity, inflammation and disease."Nat Immunol7(12): 1250-1257.[5] Shi, J., et al. (2017). "Pyroptosis: Gasdermin-Mediated Programmed Necrotic Cell Death."Trends Biochem Sci42(4): 245-254.[6] Kayagaki, N., et al. (2015). "Caspase-11 cleaves gasdermin D for non-canonical inflammasome signalling."Nature526(7575): 666-671.[7] Qiu, S., et al. (2017). "'Hints' in the killer protein gasdermin D: unveiling the secrets of gasdermins driving cell death."Cell Death Differ24(4): 588-596.[8] Ding, J., et al. (2016). "Erratum: Pore-forming activity and structural autoinhibition of the gasdermin family."Nature540(7631): 150.[9] He, W. T., et al. (2015). "Gasdermin D is an executor of pyroptosis and required for interleukin-1beta secretion."Cell Res25(12): 1285-1298.[10] Shi, J., et al. (2015). "Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death."Nature526(7575): 660-665.[11] Pandeya, A., et al. (2019). "Gasdermin D (GSDMD) as a new target for the treatment of infection."Medchemcomm10(5): 660-667.[12] Chen, G. Y. and G. Nunez (2011). "Inflammasomes in intestinal inflammation and cancer."Gastroenterology141(6): 1986-1999.[13] Tan, M. S., et al. (2014). "Amyloid-beta induces NLRP1-dependent neuronal pyroptosis in models of Alzheimer's disease."Cell Death Dis5: e1382.[14] Luo, B., et al. (2014). "NLRP3 gene silencing ameliorates diabetic cardiomyopathy in a type 2 diabetes rat model."PLoS One9(8): e104771.[15] Chang, W., et al. (2013). "Pyroptosis: an inflammatory cell death implicates in atherosclerosis."Med Hypotheses81(3): 484-486.[16] Doitsh, G., et al. (2014). "Cell death by pyroptosis drives CD4 T-cell depletion in HIV-1 infection."Nature505(7484): 509-514.

撰稿：曾洋

编辑：钱利圣

审核：王宏宇

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