GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡在心房顫動中的研究進(jìn)展

商雪 趙嘉昊 李昕璽 祝慧 趙珂 劉振興 徐會圃

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，濱州 256600

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是臨床上常見的心律失常，其患病率正在上升，顯著增加了中風(fēng)、心力衰竭和心血管死亡的風(fēng)險［1-2］。隨著經(jīng)濟(jì)增長、人口老齡化以及糖尿病、高血壓、肥胖癥和飲酒等風(fēng)險因素的增加，AF 的患病率在全球范圍內(nèi)不斷增加，并已成為一個主要的公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)［3］。目前，AF 的發(fā)病機制仍然未知，進(jìn)一步探究AF 的發(fā)病機制對減少AF 的發(fā)病率有重要的作用，大量的研究表明炎癥參與了AF 的這一發(fā)病過程［4-5］。近期發(fā)現(xiàn)的新型細(xì)胞死亡方式——細(xì)胞焦亡，是一種程序性促炎細(xì)胞死亡方式，現(xiàn)有的研究證明AF 患者與健康人群相比，其炎性小體及下游因子有所增加，表明在AF 的發(fā)生發(fā)展過程中，細(xì)胞焦亡是其中一環(huán)［6-8］。消皮素D（GSDMD）作為焦亡的效應(yīng)物，有希望將GSDMD抑制劑開發(fā)用于炎癥性疾病。

細(xì)胞焦亡

1.細(xì)胞焦亡的定義

細(xì)胞焦亡最早在1992年被Zychlinsky等［9］首次發(fā)現(xiàn)，但這個術(shù)語直到2001 年才被創(chuàng)造出來，這是因為觀察到了受細(xì)菌感染的巨噬細(xì)胞在caspase-1 活性的作用下經(jīng)歷了細(xì)胞的快速裂解死亡［10］。2015 年2 月，焦亡被定義為gasdermin 介導(dǎo)的程序性死亡［11］。2018 年細(xì)胞死亡命名委員會定義細(xì)胞焦亡為依賴gasdermin 蛋白家族成員形成的質(zhì)膜孔隙的一種細(xì)胞死亡方式，至此，細(xì)胞焦亡的定義日趨完善［12］。

2.細(xì)胞焦亡的形態(tài)學(xué)特征

（1）細(xì)胞焦亡具有一種特殊的DNA 損傷形式，雖然發(fā)生染色質(zhì)濃縮和DNA 斷裂，但細(xì)胞核保持完整；（2）炎癥誘導(dǎo)孔洞形成導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生腫脹和滲透溶解，失去了細(xì)胞膜的完整性；（3）焦亡發(fā)生的最后一般伴隨著炎性物質(zhì)［白細(xì)胞介素（IL）-1β、IL-18］的釋放，這些都是和細(xì)胞凋亡的不同之處。概括來說，即焦亡的形態(tài)學(xué)特征包括：形成氣泡樣突起、質(zhì)膜形成孔、細(xì)胞腫脹、膜破裂、炎癥因子（IL-1β、IL-18）的釋放［13-14］。

3.細(xì)胞焦亡的途徑

目前，已發(fā)現(xiàn)的焦亡途徑大致可分為以下4 種類型，包括經(jīng)典焦亡途徑、非經(jīng)典焦亡途徑、其他caspase 介導(dǎo)的焦亡途徑以及近期發(fā)現(xiàn)的顆粒酶介導(dǎo)途徑。

3.1.細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑 細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑是指在病原體相關(guān)分子模式或損傷相關(guān)分子模式被機體內(nèi)的模式識別受體識別后，先通過凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein， ASC） 與caspase-1 前體連接，形成炎性小體，炎性小體進(jìn)一步激活caspase-1 前體裂解形成具有活性的caspase-1，激活的caspase-1對GSDMD進(jìn)行剪切活化，最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡［15］。

3.2.細(xì)胞焦亡的非經(jīng)典途徑 非經(jīng)典焦亡通路則由caspase-4/5/11完成。Shi等［11］于2015年發(fā)現(xiàn)，caspase-4/5/11均能裂解GSDMD，形成N-端結(jié)構(gòu)域（GSDMD-N）和C-端抑制結(jié)構(gòu)域（GSDMD-C），其中GSDMD-N通過寡聚化，在細(xì)胞膜上形成孔隙，導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。

3.3.其他caspase 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡途徑 目前，Wang等［16］于2017 年提出細(xì)胞在接受化療藥物后，活化的caspase-3 可以剪切GSDME，形成GSDME-N 片段和GSDME-C 片段，釋放的GSDME-N 片段能夠造成細(xì)胞膜穿孔，最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。最近的一項研究報道，在小鼠骨髓來源的樹突狀細(xì)胞中，F(xiàn)as 連接觸發(fā)了強caspase-8 依賴的GSDMD 的分裂和焦亡［17］；另有研究表明， caspase-8 也可通過裂解GSDMD來誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡［18］。

3.4.顆粒酶介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡途徑 顆粒酶是由細(xì)胞毒性T 細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)顆粒釋放的絲氨酸蛋白酶，其中顆粒酶A 和顆粒酶B 被廣泛研究。Zhou 等［19］首次揭示了細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞所分泌的顆粒酶A 通過切割GSDMB 釋放GSDMB-N 片段導(dǎo)致細(xì)胞穿孔，以誘發(fā)細(xì)胞焦亡，而且該過程不涉及caspase 的活化。Zhang 等［20］發(fā)現(xiàn)，顆粒酶B 在caspase 3 位點切割GSDME 時，可誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生。

4.GSDMD蛋白

在細(xì)胞焦亡的眾多途徑中，gasdermin 蛋白是最終的效應(yīng)蛋白。在人體中，gasdermin 蛋白家族包括6 個成員，包括GSDMA、B、C、D、E 和F，均具有成孔活性［21］。GSDMD 是gasdermin成孔蛋白家族中目前研究最為廣泛和深入的一類蛋白，存在于體內(nèi)各種細(xì)胞和組織的胞漿中。人和小鼠GSDMD 的結(jié)構(gòu)在2019 年已被闡明［21-22］。GSDMD 包含22 ku 的GSDMD-C 和31 ku 的GSDMD-N［23］。GSDMD 是caspase-1 和caspase4/5/11 的通用底物，炎癥性caspases 裂解GSDMD，通過釋放裂解GSDMD-N 與細(xì)胞膜相結(jié)合形成大的跨膜孔。通過電子顯微鏡，可以看到GSDMD-N 孔的內(nèi)徑為10.0～15.0 nm，足夠進(jìn)一步釋放具有4.5～5.0 nm 分子直徑的促炎產(chǎn)物（IL-1β 和IL-18）通過，細(xì)胞破裂，從而導(dǎo)致細(xì)胞焦亡［24-25］。

5.GSDMD抑制劑

有許多傳感器和介質(zhì)均能觸發(fā)焦亡，但GSDMD 和其他GSDM 家族成員的孔隙形成是一個有吸引力的藥物靶點，不像核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）等炎癥小體抑制劑只抑制一種特定的炎癥小體。因為孔隙形成是由致病信號或危險信號引起的焦亡和炎癥細(xì)胞因子釋放的共同的最終步驟，可以抑制由任何刺激觸發(fā)的所有炎癥小體通路激活所引起的炎癥，其中GSDMD抑制劑是最有吸引力的治療藥物。

雙硫侖是一種醛脫氫酶抑制劑，是FDA 批準(zhǔn)的一種治療酒精成癮的藥物，近期被證明可以通過抑制GSDMD-N與胞質(zhì)膜內(nèi)小葉酸性磷脂的結(jié)合來阻止細(xì)胞焦亡和細(xì)胞因子的釋放［26］。雙硫侖可以抑制人類和小鼠細(xì)胞的典型和非典型炎癥小體引起的焦亡，通過干擾GSDMD 的孔隙形成，雙硫劑提供了一種有效的手段來抑制炎癥反應(yīng)［27］。雙硫侖在醫(yī)學(xué)上有很長的使用歷史，并且已經(jīng)掌握了安全信息，并且雙硫侖已經(jīng)被用于治療癌癥患者。此外，雙硫磷可廣泛獲得，且具有良好的安全性，是一種經(jīng)濟(jì)和低成本的藥物。綜上所述，雙硫侖對研究GSDMD 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡具有非常重要的意義。

細(xì)胞焦亡在AF中的研究

AF 是臨床上常見的心侓失常，它有多種模式、癥狀和后果，可以是陣發(fā)性、持續(xù)性、永久性［28-29］。AF 的發(fā)生機制在很大程度上仍然未知。就目前研究結(jié)果表明，AF 沒有單一的病因機制，多種因素參與其中，炎癥是其中一個重要的生物過程，可介導(dǎo)組織愈合，以應(yīng)對感染或組織損傷［30］。AF 的進(jìn)展不僅與強烈的炎性反應(yīng)相關(guān)，長期的慢性炎癥也能夠誘導(dǎo)心房發(fā)生纖維化及結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，導(dǎo)致AF 的發(fā)生和維持。冠狀動脈疾病和慢性腎病是增加AF 患病率的慢性促炎條件，炎癥性腸病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和銀屑病等系統(tǒng)性炎癥疾病，也均伴有AF發(fā)病率增加［31］。細(xì)胞焦亡是一種與炎癥相關(guān)的程序性死亡，有報道稱焦亡可導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷和焦亡，這凸顯了GSDMD 作為心血管疾病治療靶點的潛力［32］。

有研究表明，在心肌細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)了NLRP3 炎性小體成分［33］。也有研究進(jìn)一步證明，NLRP3 炎癥小體直接參與AF 發(fā)病機制［6］。在該研究中，分別檢測了陣發(fā)性房顫（paroxysmal atrial fibrillation，pAF）患者、持續(xù)性房顫（persistent atrial fibrillation，perAF）患者及健康體檢者右心房組織細(xì)胞懸液中NLRP3 的表達(dá)水平和活性，其研究結(jié)果表明AF患者的NLRP3小體活性明顯增高，并且perAF患者NLRP3、ASC和活化的caspase-1（casp1-p20）的蛋白水平均有所升高，這表明NLRP3炎癥小體伴隨著AF的持續(xù)性發(fā)展。并且在該研究中利用shRNA 介導(dǎo)的NLRP3 基因敲除小鼠和應(yīng)用NLRP3 選擇性抑制劑MCC950 的小鼠進(jìn)一步證實了NLRP3 炎性小體參與了AF的發(fā)病機制。NLRP3炎性小體其下游分子ASC、caspase-1、IL-1β 和IL-18 水平也被發(fā)現(xiàn)在 AF 中升高［7-8］。有研究證明，應(yīng)用實時熒光定量PCR 和蛋白質(zhì)印跡分析可發(fā)現(xiàn)患有AF 的小鼠表現(xiàn)出上調(diào)的NLRP 3、ASC、半胱天冬酶-1 和GSDMD［34］。也有研究表明，發(fā)現(xiàn)成熟的caspase-1可以切割GSDMD，而GSDMD 的n 端可在肌膜中創(chuàng)造孔隙，促進(jìn)分泌性免疫細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞釋放成熟的IL-1β 和IL-18［35］。在心臟術(shù)后發(fā)生AF 的患者心房肌細(xì)胞中，NLRP3 和前caspase-1、GSDMD 均顯著高于竇性心律患者［36］。目前，臨床應(yīng)用的診療方案已經(jīng)顯著改善了AF患者的生存期，然而，其長期預(yù)后仍然很差，需要進(jìn)一步完善靶向治療。

綜上所述，進(jìn)一步探索GSDMD 蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡機制對研究AF的發(fā)病機制及制訂新的診療方案非常重要。

總結(jié)與展望

隨著細(xì)胞焦亡這種新的細(xì)胞死亡方式被發(fā)現(xiàn)以來，大量的學(xué)者對此進(jìn)行了研究，表明焦亡參與了神經(jīng)系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病、腫瘤、心血管疾病等多種疾病的進(jìn)展［37-40］。目前，細(xì)胞焦亡在各類心血管疾病中被廣泛研究，但在AF 領(lǐng)域仍有較大的研究空間［41］。其中，GSDMD 作為細(xì)胞焦亡的效應(yīng)蛋白，GSDMD 抑制劑可作為治療手段的一個關(guān)鍵靶點，其前景值得期待。

作者貢獻(xiàn)聲明商雪：實施研究、查閱文獻(xiàn)、收集整理數(shù)據(jù)、起草文章；趙嘉昊：查閱文獻(xiàn)、對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱；李昕璽、祝慧：分析/解釋數(shù)據(jù)、對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱；劉振興、趙珂：收集整理數(shù)據(jù)；徐會圃：分析/解釋數(shù)據(jù)、對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱、獲取研究經(jīng)費、指導(dǎo)