背景：
随着gasdermin (GSDM) D作为炎性调节性细胞死亡(或细胞焦亡)的主要效应蛋白的鉴定和表征，关于GSDM家族成孔蛋白的文献迅速增多，揭示了除细胞焦亡之外的调节其表达和功能的新机制。事实上，越来越多的证据证实了GSDMs在胃肠道系统中的重要性，强调了它们对胃肠道癌症、肠道感染和肠黏膜炎症(如炎症性肠病)的病理生理学的重要贡献。然而，随着对GSDM认识的增加，一些关于GSDM基础生物学及其在健康和疾病状态中的作用的重要和有争议的问题出现了。这些问题包括以下关键问题:依赖GSDM的裂解功能和非裂解功能，裂解蛋白和全长蛋白的生物活性，表达GSDM的黏膜免疫细胞和上皮细胞的不同作用，以及在特定疾病环境中，GSDM是否促进致病作用或保护作用。
简介：
2023年2月13日，来自美国凯斯西储大学医学院病理学系的Theresa T. Pizarro教授课题组在Nat Rev Gastroenterol Hepatol（IF: 73.0）杂志上发表题为“The gasdermin protein family: emerging roles in gastrointestinal health and disease”的文章[1]。本文对目前关于GSDM生物学的文献进行了全面的总结和解读，特别是聚焦于胃肠道，突出了主要的争议问题及其临床意义，并提出了未来的研究领域，以揭示这一有趣而神秘的蛋白家族的具体作用。
主要结果：
GSDM生物学中的一般概念。
人类存在6个旁系基因:GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、常染色体显性耳聋(DFNA) 5(也称为GSDME)和常染色体隐性耳聋(DFNB) 59(也称为pejvakin (PJVK))，它们在两个高度保守的氨基末端(NT)和羧基末端结构域上具有45%的同源性。除了第一次观察到GSDMD介导免疫细胞中caspase-1依赖性焦亡之外，后续研究揭示了GSDMs的一些共同和独特特征，包括它们的细胞来源和/或定位、激活途径和生物学功能。
通过GSDM孔形成的调节细胞死亡(即细胞焦亡)是GSDM最典型的功能。GSDMA-E的NT结构域在体外具有在脂质体膜内形成孔的能力，而PJVK则失去了其形成孔的能力，尽管它仍然在炎症和对感染的反应中发挥作用。除了细胞焦亡，GSDM孔还参与其他形式的细胞调控死亡。caspase -3介导的GSDME裂解引起凋亡细胞的继发性坏死。在中性粒细胞中，裂解的GSDMD参与炎症反应和/或调节细胞死亡。经典的caspase-1介导的GSDMD激活可诱导中性粒细胞焦亡，而ELANE裂解的GSDMD可在感染期间诱导溶性中性粒细胞死亡，从而对炎症反应发挥调节作用，或者相反，参与NETosis，可能通过形成核膜孔和允许DNA片段挤出形成中性粒细胞胞外陷阱(NETs)。
胃肠道中的GSDMs。
GSDMs与多种胃肠道疾病有关，包括肠道感染、黏膜免疫介导的疾病、癌症的发生和肿瘤的进展。有证据表明，它们的作用可能依赖于或与它们参与炎症无关。GSDMs还参与了其他两个与胃肠道相关的生物学过程，即凝血和细胞分化。在脓毒症小鼠模型中，巨噬细胞的GSDMD孔通过组织因子释放和磷脂酰丝氨酸暴露促进凝血。此外，NETosis过程中GSDMD依赖的中性粒细胞诱捕器释放可以捕获血小板并促进小鼠血栓形成。GSDMD在凝血方面的作用是否与与胃肠道疾病相关的高凝状态(例如急性重度溃疡性结肠炎期间静脉血栓栓塞风险增加)相关是可以想象的，但目前尚不清楚。根据GSDMs在人类胃肠道中的不同表达模式，我们推测GSDMs在肠上皮分化中的作用。在食管和胃中，GSDMA优先表达于浅表上皮，而GSDMB主要表达于干细胞所在的基底区。在食管组织中，GSDMC和GSDMD分别主要表达于分化细胞和分化细胞;而GSDMD主要表达于分化后的胃黏膜细胞。GSDM依赖的肠上皮分化调节目前仅得到描述性观察的支持，但需要功能研究来验证这一假设。
目前对GSDMs的研究一般分别关注每个家族成员，但存在多个GSDMs同时参与目标解剖区域内某个生物学过程的可能性。如GSDMA和GSDMB在上消化道表达，而GSDMB、GSDMC、GSDMD和GSDME在下消化道表达较多。虽然一些功能可能在GSDM家族成员之间重叠，但其他功能似乎截然不同，甚至是由不同的细胞机制介导的相同结果(例如细胞焦亡)。因此，可以采取两种方法来更好地理解GSDM在胃肠道中的作用:分别系统地评价每个GSDM或在特定的生物过程背景下综合考虑整个家族。
GSDMs对胃肠道相关疾病的影响。
癌症。
在胃肠道相关癌症的背景下，可以尝试将GSDMs的作用分为以下几类:(1)促进肿瘤易感条件，肿瘤的发展和传播;(2) GSDM依赖性肿瘤细胞死亡;(3)影响肿瘤微环境(TME)的活化;(4)作为抗肿瘤治疗的效应器。图2说明了上皮来源的GSDM在胃肠道癌症中的主要作用。
GSDMs促进炎症并影响肿瘤细胞的生物学。由于GSDM孔通常会引发局部炎症，因此它们的激活可被认为是肿瘤发展的一般易感因素，因为慢性炎症会增加恶性转化的风险。Tan等人描述了结肠炎相关CRC的小鼠模型，在该模型中，以GSDME依赖的方式产生和释放的IEC衍生的HMGB1诱导了肿瘤增殖。一项在小鼠模型中进行的研究表明，GSDMs在控制肿瘤细胞增殖方面具有更直接的作用。具体来说，在Apcflox/flox小鼠中，GSDMC，一旦被剥夺了TGFβ依赖的抑制，在CRC中诱导肿瘤细胞增殖。相反，GSDMD表达下调促进胃癌细胞增殖。
GSDM孔可导致肿瘤克隆的死亡和/或促进炎症介质的释放。Caspase 3或GZMB可激活GSDME诱导肿瘤细胞焦亡。GSDME在结直肠癌细胞中常被沉默，挽救其表达可以降低肿瘤负荷，提示GSDME是一种癌抑制因子。如上所述，GSDME孔对结肠炎相关癌症发病机制的贡献与这一概念似乎存在矛盾。在其他正常的IECs中，GSDME的慢性活性可能是癌变的刺激因素，而肿瘤细胞的突然焦亡可能发挥整体的肿瘤抑制作用。Croes及其同事证明，在偶氮氧甲烷处理的小鼠和Apc1638N/+小鼠中，Gsdme缺失均不影响CRC的发展。
GSDM介导的细胞焦亡严重影响肿瘤微环境。肿瘤克隆的细胞焦亡可降低肿瘤负荷;然而，它的抗肿瘤作用还包括对TME的深远影响，而TME在调节癌细胞的生物学方面是至关重要的。与“免疫沉默”的细胞凋亡相反，细胞焦亡是一种炎性细胞死亡形式，炎症介质通过GSDM孔或膜破裂释放，招募和激活具有抗肿瘤功能的免疫细胞。
肠道感染。
有证据表明，GSDMs在应对包括沙门氏菌、志贺菌和耶尔森菌在内的食源性病原体时被激活。图3a显示了肠黏膜来源的GSDMs在应对局部感染时所执行的功能。
炎症性肠病。
GSDMs作为维持慢性肠道炎症的宿主非稳态反应的关键介质，在IBD领域受到越来越多的关注，如图3b所示。一些单核苷酸多态性(SNPs)与IBD的遗传易感性相关，主要集中在GSDMB，也包括GSDMA、GSDMD和GSDME。此外，GSDMs参与免疫细胞和上皮细胞的固有反应，并对宿主肠道菌群产生相互影响。
胃肠道GSDMs的临床认识。
关于GSDMs在胃肠健康和疾病方面的知识体系正在迅速扩大;因此，这些发现的合理延伸是利用这些发现开发临床有用的患者治疗管理工具。这种应用可以确定两个主要领域:(1)利用GSDM作为患者监测和/或精准医疗的生物标志物，(2)利用GSDM生物学来设计有效的治疗。
GSDMs作为疾病状态的生物标志物。
多项研究表明，一种或多种GSDM的表达与癌症患者的临床结局相关。作者提出了两种主要的方法:评估特定GSDMs的表达和尝试建立包括焦亡相关基因的多参数评分。在直肠腺癌中，GSDMD高表达与较好的预后和TME中增强的免疫细胞浸润和活化相关。178例CRC患者上皮细胞GSDMD免疫定位模式的差异与预后(胞质GSDMD预后良好，核GSDMD浸润深度更深)和TME成分(膜GSDMD富集CD68+巨噬细胞和CD8+ T细胞，核GSDMD富集CD3+细胞)相关。
GSDMs在癌症中的治疗潜力。
人们越来越期待通过操纵GSDM介导的细胞焦亡来治疗特定恶性肿瘤。一般来说，细胞焦亡可以通过两种方式进行利用:诱导内源性GSDMs的蛋白水解激活或选择性地将外源性GSDMs引入癌细胞中。联合使用不同疗法来增强GSDM介导的细胞焦亡的抗肿瘤作用的可能性令人关注，初步证据支持这一潜在概念。地西他滨通过GSDME启动子的去甲基化恢复了CRC细胞中GSDME的表达，从而增强了通过GSDME依赖机制发挥作用的化疗药物的疗效。BIX 01294(甲基转移酶抑制剂)联合顺铂诱导裸鼠胃癌细胞发生自噬依赖性GSDME介导的细胞焦亡。此外，PLK1抑制剂BI2536与顺铂协同诱导GSDME介导的人食管鳞癌细胞裸鼠移植瘤细胞焦亡。
对于那些GSDMs似乎发挥促肿瘤功能的恶性肿瘤，可以提出不同的论点。例如，在HER2阳性乳腺癌细胞中递送靶向GSDMB的单克隆抗体被提出作为一种治疗策略。这种方法在体外减少了GSDMB依赖性细胞迁移，增强了对曲妥珠单抗(抗HER2疗法)的敏感性，并且在异种移植小鼠模型中减少了肿瘤生长和肺转移。同样，初步研究结果表明，GSDMB介导了抗HER2治疗的耐药，从而上调了表达HER2的乳腺癌和胃癌细胞中GSDMB的表达。这一现象的发生机制涉及GSDMB-NT和LC3B(一种自噬蛋白)的相互作用，LC3B上调了保护性自噬依赖功能。有趣的是，在异种移植乳腺癌小鼠模型中，同时阻断自噬通路增加了抗HER2治疗的疗效。
结论和展望：
在不到10年的时间里，GSDMs在固有免疫应答方面的作用逐渐成为中心阶段，特别是在宿主和外部环境(如胃肠道)界面的黏膜表面。然而，许多关键问题仍未得到解答，需要进一步研究来阐明GSDMs的作用及其对胃肠道健康和疾病的贡献。虽然本文仅限于讨论GSDMs在胃肠道中的作用，但也有强有力的证据表明它们在肝脏和潜在的胰腺疾病的病理生理学中发挥作用。
最后，尽管传统上认为GSDMs的全长形式是无活性的，但至少有一些GSDMs(即IECs中的GSDMB-FL和GSDMD-FL)具有生物活性的证据已经被发现。其他GSDMs是否也具有这些特征，以及哪些特定刺激控制其全长和分裂形态的活动，这些问题仍未得到解答。与此同时，促进细胞增殖的机制可以关闭与GSDM焦亡机制相关的细胞功能，反之亦然，而除GSDMB之外的其他GSDM参与调节细胞周期。事实上，报告的函数二分法(特别是IECs中的GSDMB-FL和GSDMB-NT)是一个令人着迷的难题。可以想象，GSDMB激活的不同途径存在，细胞内和细胞外环境信号的改变负责将上皮GSDMB的动力从焦亡功能转换为促恢复功能，反之亦然。深入了解这些机制及其调控对于进一步剖析GSDMs的一般作用，以及利用这些信息为依赖GSDM的疾病过程设计未来的治疗方法至关重要。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41575-023-00743-w
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