摘要：细胞焦亡是一种炎症性细胞死亡，主要有Gasdermins（GSDMs）蛋白驱动【1】。在经典的焦亡过程中，炎症小体（Inflammasomes）激活的Caspase-1和Caspase-11/4蛋白酶会裂解GSDMD，GSDMD的N端（GSDMS-NT）在细胞

原创 Sure BioArtMED

2025年01月26日 14:30四川

细胞焦亡是一种炎症性细胞死亡，主要有Gasdermins（GSDMs）蛋白驱动【1】。在经典的焦亡过程中，炎症小体（Inflammasomes）激活的Caspase-1和Caspase-11/4蛋白酶会裂解GSDMD，GSDMD的N端（GSDMS-NT）在细胞膜上组装成孔洞，导致细胞裂解，并通过ninjurin1蛋白释放细胞因子（如IL-1β和IL-18）和损伤相关分子模式（DAMPs）【2-4】。焦亡在健康和疾病中的作用正逐渐被认识，适度的焦亡可对抗微生物和肿瘤，而过度的焦亡则可能导致过度炎症反应，带来致命的后果。因此有理由相信过度的细胞焦亡反应可能通过旁观者效应（Bystander effect）激活周围细胞的焦亡，而这一机制仍不清楚。旁观者效应指的是某些细胞并未直接接触到刺激（如病原体、毒素或其他应激信号），但由于收到周围接触到信号的细胞影响，也会发生功能变化或死亡。

近日，来自美国康涅狄格大学健康医学院的Vijay A. Rathinam在Cell上发表了论文Transplantation of gasdermin pores by extracellular vesicles propagates pyroptosis to bystander cells。在本研究中，作者创新性的发现了细胞焦亡通过分泌带有GSDMD孔的细胞外囊泡直接向旁观者细胞传播的机制。

为了验证细胞焦亡是否能通过旁观者效应影响周围细胞，作者首先通过NLRP3激活剂nigericin刺激共培养的野生型骨髓来源巨噬细胞（WT BMDMs）和Nlrp3−/− BMDMs，其中WT BMDMs单独培养能被刺激激活细胞焦亡反应，而Nlrp3−/− BMDMs单独培养则不能被激活。但是，当两种BMDMs共培养后，Nlrp3−/− BMDMs也发生细胞死亡现象，这表明焦亡可能通过旁观者效应传播。为排除炎症小体激活剂对旁观者细胞的直接作用，研究者设计了一个炎症小体配体非依赖的系统，通过诱导GSDMD-NT（焦亡的核心执行分子）触发焦亡，证实焦亡传播是由于细胞间相互作用，而非药物的直接影响。并且，焦亡传播具有时间先后顺序，先是直接被诱导的细胞经历焦亡（2–6小时内），接下来共培养的旁观者细胞也逐渐表现出焦亡特征（8–12小时后）。旁观者细胞表现出典型的细胞膜破裂特征，能够被DRAQ7染料标记。这与直接被诱导的焦亡细胞的标志相一致，表明旁观者细胞确实经历了焦亡。此外，作者还通过三个体内模型发现，焦亡可以在体内传播至旁观者细胞，且不依赖于细胞间的直接接触，导致未直接受到刺激的细胞发生死亡。

为了研究焦亡向旁观者细胞传播的机制，作者分析了焦亡细胞分泌的细胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）。研究发现，焦亡细胞分泌的上清液中诱导细胞死亡的活性主要由EVs介导，去除EVs后，上清液失去杀伤能力，而纯化的EVs可以单独引发旁观者细胞死亡。更进一步的体内研究发现，焦亡细胞分泌的EVs注射到Gsdmd−/−小鼠腹腔，能引发腹腔细胞死亡，导致组织损伤和促炎基因通路的激活，通过增强炎症反应放大病理效应。作者接下来研究了焦亡细胞分泌的EVs如何引发旁观者细胞的焦亡。他们发现这些EVs携带有活性的GSDMD-NT直接引发旁观者细胞的死亡，而不依赖接受细胞的炎性小体或自身GSDMD。他们还拓展了这一发现，不仅焦亡细胞分泌的EVs，坏死性凋亡细胞分泌的EVs也通过携带执行分子（如MLKL）引发旁观者细胞死亡。

文章的最后，作者详细解析了焦亡细胞释放EVs如何通过携带GSDMD-NT引发旁观者细胞的死亡。通过免疫电镜，作者发现GSDMD定位在EVs的外表面，而超分辨率显微镜发现GSDMD以弧形、环形、线形的孔状结构存在，与焦亡细胞膜上的GSDMD孔形状相似。将EVs与旁观者细胞共培养，可以观察到EVs通过直接插入，将GSDMD孔转移到旁观者细胞的膜上，导致细胞膜裂解。使用人工构建的GSDMD孔负载脂质体与旁观者细胞共培养，也能观察到GSDMD孔从脂质体转移到新脂质体或旁观者细胞膜上，导致膜泄漏和细胞裂解。并且这些GSDMD孔的转移并不需要EVs的内化。这些结果表明，GSDMD孔的移植能力是焦亡EV传播旁观者焦亡的主要机制。

总的来说，作者揭示了细胞焦亡向旁观者细胞传播的具体机制，主要是通过分泌携带GSDMD孔的EVs直接向旁观者细胞转移，导致细胞裂解和死亡，并且这一机制独立于接受细胞的分子信号路径。这种“孔移植”机制可能在炎症性疾病和组织损伤中发挥重要作用，通过焦亡EVs的释放和传播扩大焦亡的影响范围。

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参考文献

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3. Kayagaki, N., Kornfeld, O.S., Lee, B.L., Stowe, I.B., O’Rourke, K., Li, Q., Sandoval, W., Yan, D., Kang, J., Xu, M., et al. (2021). NINJ1 mediates plasma membrane rupture during lytic cell death. Nature 591, 131–136.

4. Gong, T., Liu, L., Jiang, W., and Zhou, R. (2020). DAMP-sensing receptors in sterile inflammation and inflammatory diseases. Nat. Rev. Immunol. 20, 95–112.

来源：营养和医学