Science | 邵峰團隊發現細胞毒性淋巴細胞誘導細胞焦亡的機制

發布時間:2020-04-17 11:05     文章來源:未知     作者:百替生物

?細胞焦亡(Pyroptosis)是近年頗受關注的細胞死亡類型。在早期研究中,因感染引起的細胞的炎癥性死亡曾一度被誤認為是細胞凋亡過程(Aptoptosis)。直到2001年,科研人員才關注由感染等引起的細胞死亡存在明顯的炎性進展,且形態學上與傳統的凋亡具有明顯區別,將這一類細胞死亡命名為焦亡。但此后的十幾年里,細胞焦亡一直被定義為由炎癥性Caspase引起的細胞炎癥性死亡。
 
邵峰課題組在感染免疫和焦亡研究領域有突出貢獻。2015年,鑒定到焦亡的下游效應分子Gasdermin D(GSDMD),并解析了Gasdermin家族分子的功能。2017年,報道Caspase-3可以水解Gasdermin E(GSDME)完成非感染性的細胞焦亡,改寫了細胞焦亡的定義。2018年,NCCD將焦亡修正為:一種依賴于Gasdermin家族蛋白形成質膜膜孔的可調控的細胞死亡,經常但并不總因炎癥性Caspase的活化而完成。
 
關于細胞焦亡的研究進展更新了我們對細胞死亡類型的理解,尤其是那些因時代和技術局限造成的錯誤認知例如,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凋亡,而這實際有很大一部分是由于GSDME活化產生的焦亡。細胞毒性淋巴細胞(如CTL細胞、NK細胞)是免疫系統重要的效應細胞,其介導的免疫依賴于顆粒酶。盡管尚不完全了解其潛在機制,但人們認為顆粒酶可通過誘導細胞凋亡殺死靶細胞。
 
昨日,邵峰課題組在Science》發表題為“Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells”的研究,再次更新了我們對焦亡的理解。他們發現,細胞毒性淋巴細胞中的絲氨酸蛋白酶Granzyme A可以經穿孔素(perforin)進入靶細胞,通過水解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,并在消化系統上皮細胞源腫瘤細胞中呈高表達,而通過GSDMB誘導焦亡將增強抗腫瘤免疫,將成為這些腫瘤治療潛在靶點。
 
 
研究人員最先關注是否淋巴細胞引起的細胞死亡具有焦亡特性,實驗發現在表達了GSDMB的293T細胞較對照組呈現明顯的焦亡特性。這種焦亡不受Pan-Caspase抑制劑zVAD的抑制,但在培養基中添加Ca2+粒子螯合劑EGTA(抑制穿孔素過程)和顆粒酶pan-granzyme抑制劑DCI可以抑制這種死亡。
 
通過表達篩選和體外水解驗證,研究人員發現這種由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,而其他顆粒酶(granzyme B/H/K/M)均無此效應。研究人員利用Edman測序找到水解位點位于Lys229和Lys244,并再次通過GSDMB K229A/K244A突變體證實以Lys244為主的水解介導了該型焦亡。
 
 
隨后一系列敲低實驗和內源實驗等也證實這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,通過水解靶細胞中GSDMB分子引起焦亡。這種過程極為特異:在顆粒酶中只有GZMA具有激活焦亡功能,而Gasdermin中也只有GSDMB可被GZMA水解。這項發現改寫了焦亡只能經Caspase活化的定論,首次發現Gasdermin可在非Asp位點經絲氨酸蛋白酶GZMA水解執行打孔功能,并將經細胞毒性淋巴細胞誘導的細胞死亡認證為焦亡。
 
進一步研究表面,通過拮抗PD-1功能活化T細胞可增強其細胞毒性功能,誘導腫瘤細胞發生GSDMB介導的焦亡,而這種焦亡也進一步通過炎癥特性激活了加強版的T細胞免疫。這一部分工作增強了焦亡在腫瘤治療中的可能性。
 
 
總結來看,這項工作是邵峰課題組長期在焦亡領域耕耘的又一標志性成果,改寫了焦亡僅通過Caspase活化的研究定論,在焦亡這一重要的細胞生物學事件中開拓了新的上游通路,同時也更新了細胞毒性淋巴細胞誘導靶細胞的死亡類型的陳舊認知!

 

參考文獻:

1. Zhiwei Z., et al., Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science. 2020.

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