7月6日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Immunology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心孫兵研究組的研究成果：“Allergen proteases-activated stress granules assembly and Gsdmd fragmentation control IL-33 secretion”。該研究揭示了過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的二型免疫反應(yīng)過程中上皮細(xì)胞釋放IL-33的分子機(jī)制。首先，蛋白酶暴露激活了上皮細(xì)胞獨(dú)立于eIF2α(真核生物起始因子2α) 磷酸化的應(yīng)激顆粒(SGs)組裝，從而促進(jìn)IL-33的核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)；其次，蛋白酶刺激誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生新的Gasdermin D (Gsdmd) N端剪切形式p40功能片段，其可在細(xì)胞膜上形成孔道直接促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)的IL-33釋放到細(xì)胞外。這兩種機(jī)制共同高效地的調(diào)控細(xì)胞核內(nèi)IL-33的分泌，為干預(yù)IL-33依賴的氣道過敏性疾病提出新的治療策略。
呼吸道過敏性疾病如哮喘、花粉熱(過敏性鼻炎)等是困擾全人類的常見疾病，其發(fā)病率在中高等發(fā)達(dá)國家中呈逐年上升趨勢。當(dāng)患者暴露于塵螨、霉菌、細(xì)菌、植物花粉和動(dòng)物皮屑等過敏原時(shí)，這些疾病通常會(huì)加劇并惡化。過敏原中的蛋白酶活性成分是重要致病因子, 多種源自塵螨（HDM），煙曲霉菌真菌（Aspergillus fumigatus）及地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）中的絲氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶，被報(bào)道可高效地在體內(nèi)外誘導(dǎo)白細(xì)胞介素33（Interleukin 33: IL-33）的釋放。IL-33是一種組成性表達(dá)，并定位于細(xì)胞核的二型炎癥因子，可快速響應(yīng)環(huán)境損傷刺激從而釋放到細(xì)胞外，進(jìn)而引發(fā)過敏性炎癥反應(yīng)，其在引發(fā)哮喘等呼吸道炎癥性疾病中起關(guān)鍵作用。盡管IL-33的胞外功能已被廣泛報(bào)道，但是其如何響應(yīng)外界損傷信號(hào)（包括蛋白酶）刺激進(jìn)而從細(xì)胞核釋放到細(xì)胞外的過程，仍然知之甚少。
該研究建立了過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的小鼠肺部過敏模型和人肺上皮細(xì)胞釋放IL-33的細(xì)胞模型。通過體外研究發(fā)現(xiàn)IL-33可以在30min內(nèi)快速相應(yīng)多種的過敏原蛋白酶的刺激釋放到細(xì)胞外，此過程伴隨著具有細(xì)胞焦亡功能的Gsdmd蛋白的活化，即N-端剪切新形式p40的產(chǎn)生，但并不伴隨明顯的細(xì)胞死亡。這一現(xiàn)象也存在于免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞（骨髓來源的巨噬細(xì)胞）中。敲除巨噬細(xì)胞中的Gsdmd可以顯著抑制IL-33在過敏原蛋白酶刺激下的釋放，并且Gsdmd p40的剪切以及IL-33的釋放這一過程不依賴于經(jīng)典的炎性caspase家族的蛋白酶，因而這是一種新發(fā)現(xiàn)的Gsdmd剪切活化的途徑。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，過敏原蛋白酶可以快速誘導(dǎo)細(xì)胞的應(yīng)急顆粒（Stress granules）組裝活化，進(jìn)而促進(jìn)IL-33的核質(zhì)轉(zhuǎn)移，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的IL-33并不能直接釋放，而需要過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的Gsdmd p40的幫助，才能釋放到細(xì)胞外。多種過敏原蛋白酶都可以誘導(dǎo)應(yīng)急顆粒的組裝，但是不同于經(jīng)典的eIF2α-p依賴的應(yīng)急顆粒組裝，過敏原蛋白酶促進(jìn)eIF2α的降解，從而促進(jìn)應(yīng)急顆粒組裝。使用eIF2α的抑制因子抑制劑Actinomycin D，可以有效抑制過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的IL-33釋放。在小鼠體內(nèi)，作者發(fā)現(xiàn)Gsdmd蛋白在HDM誘導(dǎo)的二型免疫反應(yīng)的小鼠肺部呈現(xiàn)升高表達(dá)趨勢，敲除小鼠的Gsdmd，可以有效抑制包括HDM和木瓜蛋白酶（Papain）誘導(dǎo)的氣道免疫反應(yīng)。在哮喘病人中，作者也觀察到了Gsdmd肺部表達(dá)與肺灌洗液中的IL-33以及血液中的IgE呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢，提示通過抑制Gsdmd蛋白剪切可能作為治療二型免疫反應(yīng)的新策略。
分子細(xì)胞卓越中心陳雯博士、博士生陳雙鳳、閆成花博士，張亞光副研究員，張榮華博士和廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院陳敏為該論文共同第一作者；分子細(xì)胞卓越中心孫兵研究員，廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院吳斌院長、吳東主任副醫(yī)師和分子細(xì)胞卓越中心張亞光副研究員為該論文共同通訊作者。感謝分子細(xì)胞卓越中心公共技術(shù)服務(wù)中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、化學(xué)生物學(xué)平臺(tái)、細(xì)胞生物學(xué)平臺(tái)和分子生物學(xué)平臺(tái)的大力支持。該項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部資助項(xiàng)目、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。
文章鏈接： https://doi.org/10.1038/s41590-022-01255-6
GSDMD調(diào)控IL-1家族蛋白釋放機(jī)制圖
