研究發現焦孔素（Gasdermins）B在炎症性腸道疾病中的新作用

前言：細胞死亡是生命的基本過程之一，對生物個體的發育過程調節起著至關重要的作用。正常情況下，細胞死亡多以程式性死亡的方式進行，包括但不限於細胞凋亡、細胞自噬、細胞壞死等等。1992年，Zychlinsky【1】 等在感染了福氏志賀菌的巨噬細胞中首次發現細胞焦亡（pyroptosis）現象。在當時認為，細胞焦亡過程需要Caspase的參與，屬於細胞凋亡的重要特徵之一，因此被歸類於細胞凋亡的一種【2】。隨著近些年對細胞焦亡過程的研究逐漸深入，研究人員才發現細胞焦亡是不同於細胞凋亡的另一種細胞程式性死亡方式【3】。

正文：焦孔素（Gasdermins，GSDMs）家族目前共包含6個成員，分別為GSDMA， GSDMB， GSDMC， GSDMD， GSDME （也稱 DFNA5） 以及 PJVK （也稱 DFNB59）【4】，其中焦孔素D（GSDMD）於2015年【5】首次被揭露其透過N端結構域對質膜進行切割、寡聚化和易位，在膜上形成小孔而引起細胞焦亡的工作機制。隨後除DFNB59以外的其他成員陸續被證實具備相似的成孔活性，但是由於在小鼠體內不存在焦孔素B（GSDMB）的同源蛋白，開展體內實驗條件較為侷限，因此相關研究最少， GSDMB在細胞焦亡中發揮的作用也存在爭議【6】。

來自美國Case Western Reserve University大學的Theresa T。 Pizarro團隊在Cell雜誌發表題為GSDMB is increased in IBD and regulates epithelial restitution/repair independent of pyroptosis的文章，首次報道了GSDMB在腸道上皮組織的修復過程中的作用，其完全獨立於細胞焦亡過程。

研究人員透過對健康、患有克羅恩病（CD）和患有潰瘍性結腸炎（UC）的受試者分別進行腸道活檢取樣，透過免疫組化染色和生化實驗，發現GSDMB在患者樣本中的表達量顯著高於健康受試者樣本（Figure 1），且主要集中在腸上皮細胞內（Figure 2）。這些細胞顯示出與細胞增殖、遷移和粘附相關的豐富的基因訊號通路，但不存在細胞焦亡現象。

Figure 1

Figure 2

隨後研究人員篩選出HT-29細胞系用於GSDMB的內源性表達，並選用甲氨蝶呤作為GSDMB-FL的誘導物。免疫標記實驗結果顯示甲氨蝶呤能夠誘導GSDMB-FL表達上調，並易位至質膜，但是細胞對碘化丙啶（PI）的攝取並不顯著增加，因此可以判定該過程並不誘導細胞裂解死亡。

在該步驟中，對PI訊號值的讀取使用Molecular Devices公司的

SpectraMax i3X酶標儀

，於533/617nm激發/發射光波長進行熒光強度測定。

Figure 3

此外，透過對野生型HT-29和攜帶突變型GSDMB的細胞做RNA-seq分析，顯示二者在與增殖、遷移和粘附相關的基因中存在明顯差異，而且後續實驗也發現，與野生型相比，突變型GSDMB對敲除GSDMB基因後的體外腸上皮細胞的愈傷功能的恢復效果較弱。該結果進一步證實了GSDMB在調節腸上皮細胞增殖和遷移中發揮的作用。

Figure 4

為了更好地瞭解 GSDMB 介導的腸上皮細胞有效恢復調節的潛在機制，研究人員將一系列的粘著斑動力學方向重要且已知的調節劑列舉出來並一一排除，最後發現與野生型相比，在非磷酸化的粘著斑激酶（FAK）表達量沒有明顯變化的情況下，敲除GSDMB的細胞內磷酸化的FAK含量顯著降低。因此，GSDMB透過介導並調節FAK的磷酸化水平來影響細胞運動和腸上皮細胞的重建及修復。

Figure 5

綜上所述，GSDMB是腸道上皮屏障功能恢復和腸道炎症消退的關鍵因素，主要透過介導粘著斑激酶磷酸化通路，利用細胞增殖、遷移和粘附等功能來促進腸上皮細胞恢復和修復，對炎症性腸道疾病患者在疾病緩解期促進粘膜傷口和潰瘍的癒合尤為重要。該研究結果為開發針對 GSDMB 的治療策略奠定了基礎，能潛在地用於改善腸道上皮修復和炎症消退的效果，同時也能夠幫助更有效地治療影響腸道屏障功能的疾病，比如以克羅恩病和潰瘍性結腸炎等為代表的一類炎症性腸病。

【1】Zychlinsky A， Prevost M C， Sansonetti P J。 Shigella flexneri induces apoptosis in infected macrophages［J］。 Nature， 1992， 358（6382）： 167-169。

【2】潘少容， 曾克武， 白雲。 細胞焦亡研究進展［J］。 生理科學進展， 2019， 50（2）：6。

【3】Brennan M A， Cookson B T。 Salmonella induces macrophage death by caspase1dependent necrosis［J］。 Molecular microbiology， 2000， 38（1）： 31-40。

【4】Broz P， Pelegrin P， Shao F。 The gasdermins， a protein family executing cell death and inflammation［J］。 Nature Reviews Immunology， 2020， 20（3）： 143-157。

【5】Shi J， Zhao Y， Wang K， et al。 Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death［J］。 Nature， 2015， 526（7575）： 660-665。

【6】Li L， Li Y， Bai Y。 Role of GSDMB in Pyroptosis and Cancer［J］。 Cancer management and research， 2020， 12： 3033。