Gsdme-KO 基因敲除小鼠

GSDME，也称为DFNA5，是一种重要的Gasdermin家族成员，该家族还包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、PVJK/GSDMF等成员。GSDME具有一个C端的抑制结构域、一个细胞毒性N端结构域和一个灵活的连接结构域（GSDMF除外）。GSDME的N端结构域在caspase-3的切割下释放，形成大的寡聚体孔，从而促进细胞焦亡。近年来，GSDME在多种生理和病理过程中发挥着重要作用，包括细胞分化、凝血、炎症和肿瘤发生等。

GSDME在动脉粥样硬化中发挥着重要作用。研究表明，GSDME介导的焦亡会加重动脉粥样硬化的进展和炎症反应。与对照小鼠相比，GSDME-/-/ApoE-/-小鼠在高脂饮食诱导下动脉粥样硬化斑块面积和炎症反应明显减少。人类动脉粥样硬化单细胞转录组分析表明，GSDME主要在巨噬细胞中表达。体外实验发现，氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）可以诱导巨噬细胞中GSDME的表达和焦亡。机制研究表明，巨噬细胞中GSDME的缺失可以抑制ox-LDL诱导的炎症和巨噬细胞焦亡。此外，信号转导和转录激活因子3（STAT3）与GSDME的表达直接相关，并正向调节GSDME的表达。因此，GSDME介导的焦亡在动脉粥样硬化进展中发挥重要作用，可能是动脉粥样硬化治疗的一个潜在靶点[1]。

GSDME在细胞凋亡、继发性坏死和癌症中也发挥着重要作用。GSDME的N端结构域具有促凋亡活性，而C端结构域可能通过屏蔽N端结构域来抑制凋亡。除了在凋亡调节中的作用，GSDME最近还被报道为caspase-3的底物，caspase-3切割GSDME产生坏死性N端片段，导致继发性坏死的诱导。GSDME最初被鉴定为一种聋病基因，因为其突变与一种特定的常染色体显性进行性感音神经性听力丧失相关。此外，GSDME被认为是一种肿瘤抑制因子，涉及多种类型的癌症。研究表明，GSDME在调节细胞凋亡和坏死中发挥重要作用，并在临床上具有重要意义[2]。

GSDME介导的焦亡与化疗药物的抗肿瘤作用相关。研究表明，GSDME在肿瘤防御和化疗药物的反应中发挥着重要作用。当GSDME高表达时，活化的caspase-3切割GSDME并释放N端结构域，在细胞膜上形成孔，导致细胞肿胀、破裂和死亡。当GSDME表达低时，会导致肿瘤细胞死亡的典型机制，即凋亡。有趣的是，研究人员发现GSDME还可以位于caspase-3上游，连接外源性和内源性凋亡途径，促进caspase-3的激活，形成一个自我放大的正反馈回路。GSDME介导的焦亡与化疗的副作用和抗肿瘤免疫相关。因此，GSDME在肿瘤细胞死亡机制中发挥重要作用，为癌症治疗提供了新的策略和靶点[3]。

转录因子Sp1可以转录上调GSDME的表达，从而促进焦亡的发生。GSDME作为细胞焦亡的执行者，在肿瘤防御和化疗药物的反应中发挥着重要作用。研究表明，Sp1直接与GSDME启动子上的-36~-28位点相互作用，促进GSDME基因的转录。Sp1的敲低或抑制可以抑制GSDME的表达，从而减少化疗药物（托泊替康、依托泊苷、多柔比星、索拉非尼和顺铂）诱导的细胞焦亡。此外，Sp1的调控过程与STAT3活性协同，与DNA甲基化拮抗，但对GSDMD介导的焦亡或TNF诱导的坏死几乎没有影响。因此，Sp1是GSDME表达的一个新的正调节因子，可能是GSDME依赖性炎症性疾病和癌症治疗的一个有价值的靶点[4]。

GSDME在癌症中发挥着重要作用。GSDME最初被认为是一种与遗传性听力丧失相关的基因，但在过去的二十年里，它与多种类型的癌症相关。最近，GSDME被鉴定为一种孔形成分子，在caspase-3介导的切割后激活，导致所谓的继发性坏死，发生在细胞凋亡后的细胞死亡，或者在无凋亡阶段的原发性坏死中，称为焦亡样。GSDME在细胞死亡执行中的作用表明其可能作为肿瘤抑制因子。GSDME还显示出肿瘤类型特异性的差异甲基化模式，在肿瘤组织和正常细胞之间，暗示GSDME基因甲基化可以作为泛癌症和癌症类型特异的检测生物标志物。然而，GSDME蛋白表达被认为不太适合作为生物标志物，尽管其缺失不能保护细胞免受最终的细胞死亡，但其蛋白表达仍可能参与肿瘤免疫原性，因为它具有诱导（继发性）坏死性细胞死亡的能力，这具有增强的免疫原性。此外，GSDME基因表达已被证明与化疗后的良好预后相关，因此可能是一种潜在的预测生物标志物。因此，GSDME在癌症形成中发挥着重要作用，并具有作为癌症生物标志物的潜力，在免疫治疗和抗肿瘤免疫反应中具有有希望的作用[5]。

GSDME和GSDMD在LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞焦亡中表达相反。GSDMD和GSDME是Gasdermin蛋白家族的成员，参与细胞膜通道的形成，导致细胞破裂，在一种称为焦亡的特定类型的坏死中。GSDMD在免疫刺激（如脂多糖（LPS）处理）下激活，而GSDME主要参与药物诱导的肿瘤细胞死亡。研究发现，LPS诱导的RAW264.7小鼠巨噬细胞焦亡过程中，GSDMD基因的表达显著增加。相反，GSDME的表达在相同细胞中降低。LPS对GSDMD表达的影响仅在细胞在高葡萄糖（4.5 g/L）培养基中培养时观察到，这表明葡萄糖的可用性对于这种影响很重要。LPS对GSDMD表达的影响被2-脱氧葡萄糖（2DG）消除，证实了糖酵解在这一影响中的作用。小干扰RNA介导的GSDMD敲低或GSDME过表达导致LPS诱导的焦亡通过GSDME而非GSDMD发生。因此，LPS通过至少部分对其糖酵解的影响，以相反的方向调节GSDMD和GSDME的表达。这种转录调控可能有助于GSDMD依赖性焦亡的执行[6]。

黄芩苷通过caspase-3/GSDME途径抑制流感A（H1N1）诱导的肺泡上皮细胞焦亡。黄芩苷（7-β-葡萄糖醛酸-5,6-二羟基黄酮）是从中药黄芩的根部提取的一种具有潜在抗病毒活性的物质，其分子机制尚未完全清楚。焦亡是一种炎症性程序性细胞死亡（PCD），据报道在病毒感染过程中宿主细胞的命运中起着关键作用。研究发现，小鼠肺组织转录组分析显示，黄芩苷逆转了H1N1攻击下与PCD相关基因mRNA水平的改变，同时H1N1诱导的PI+和Annexin Ⅴ+细胞数量也相应减少。有趣的是，研究发现黄芩苷有助于感染肺泡上皮细胞的存活，部分是通过其抑制H1N1诱导的细胞焦亡，这表现为减少的泡状突起细胞和乳酸脱氢酶（LDH）的释放。此外，黄芩苷对H1N1感染的反应中抑制焦亡的作用是通过其抑制caspase-3/Gasdermin E（GSDME）途径介导的。在H1N1感染的细胞系和小鼠肺组织中检测到切割的caspase-3和GSDME的N端片段（GSDME-N），这些在黄芩苷治疗后显著逆转。此外，通过caspase-3抑制剂或siRNA抑制caspase-3/GSDME途径，在感染的A549和BEAS-2B细胞中产生了与黄芩苷治疗相当的抗焦亡作用，表明caspase-3在黄芩苷的抗病毒活性中发挥着关键作用。因此，黄芩苷可以通过抑制caspase-3/GSDME途径有效地抑制H1N1诱导的肺泡上皮细胞焦亡，在体外和体内都具有显著的效果[7]。

Gasdermin家族具有多功能性，在疾病中发挥着重要作用。Gasdermin（GSDM）家族是一组结构相关的蛋白质，包括GSDMA、GSDMB、GSDMC、GSDMD、GSDME/DNFA5和PVJK/GSDMF。GSDMs具有C端抑制结构域、细胞毒性N端结构域和灵活的连接结构域（GSDMF除外）。GSDM-NT结构域可以被切割并释放，在细胞膜上形成大的寡聚体孔，从而促进焦亡。GSDMs的涌现作用包括调节各种生理和病理过程，如细胞分化、凝血、炎症和肿瘤发生。研究表明，GSDMs在健康和疾病中的表达模式、激活和生物学功能具有重要意义，为GSDM靶向药物的开发提供了参考[8]。

GSDME孔在细胞凋亡和炎症小体激活期间促进线粒体通透性，增强caspase-3的活化。GSDME/DFNA5切割释放的GSDME-N结构域能够在细胞膜上形成孔，促进焦亡的发生。研究发现，GSDME-N还可以使线粒体膜通透性增加，释放细胞色素c并激活凋亡体。与野生型细胞相比，GSDME缺失细胞在内在和外在凋亡刺激下，细胞色素c的释放和caspase-3的活化显著降低。GSDME缺失还加速了培养细胞和黑色素瘤小鼠模型中的细胞生长。GSDME中高度保守的磷酸化Thr6残基的磷酸化模拟突变抑制了其孔形成活性，揭示了一个可能的GSDME调控机制。与GSDME-N类似，炎症小体产生的GSDMD-N也可以使线粒体通透性增加，将炎症小体活化与下游凋亡体的激活联系起来。因此，GSDME蛋白在靶向线粒体以促进细胞色素c释放以增强线粒体凋亡途径中发挥着作用[9]。

二甲双胍激活AMPK/SIRT1/NF-κB途径并诱导线粒体功能障碍，驱动caspase3/GSDME介导的癌细胞焦亡。焦亡是一种由炎症小体介导的程序性细胞死亡，对于免疫至关重要。SIRT1是一种NAD+依赖性脱乙酰酶，在炎症反应和免疫中发挥着多种作用。二甲双胍可以激活SIRT1参与不同的生物过程并发挥其抗癌作用。然而，二甲双胍激活SIRT1以驱动癌细胞焦亡的机制尚未报道。研究发现，用二甲双胍处理癌细胞不同时间（0-24小时）后，细胞活力明显降低。有趣的是，当用二甲双胍处理癌细胞一段时间（4、8和12小时）后，发生了焦亡，表现为细胞肿胀和膜上气泡吹出。二甲双胍还显著增加了乳酸脱氢酶（LDH，焦亡性细胞细胞毒性的指标）的释放。潜在的机制是二甲双胍增强了AMPK/SIRT1途径，并进一步增加了NF-κB p65的表达，刺激Bax的活化和细胞色素c的释放，触发caspase3切割GSDME，这是焦亡的特征性标志物。SIRT1的耗竭抑制了二甲双胍诱导的这些蛋白表达，表明二甲双胍促进AMPK/SIRT1/NF-κB信号传导以驱动癌细胞焦亡。同时，二甲双胍诱导线粒体功能障碍，触发caspase3的活化和GSDME-N的产生。此外，线粒体功能障碍激活AMPK/SIRT1途径，导致二甲双胍治疗后的焦亡性死亡。因此，二甲双胍作为一种增敏剂放大AMPK/SIRT1/NF-κB信号传导，诱导caspase3/GSDME介导的癌细胞焦亡。二甲双胍诱导的细胞焦亡被认为是针对各种癌症的一种新的治疗选择[10]。

综上所述，GSDME在多种生理和病理过程中发挥着重要作用，包括细胞分化、凝血、炎症和肿瘤发生等。GSDME介导的焦亡在动脉粥样硬化、癌症和化疗药物的抗肿瘤作用中发挥着重要作用。GSDME的表达受转录因子Sp1的调节，并可能与STAT3和DNA甲基化协同作用。GSDME还与GSDMD在LPS诱导的焦亡中表达相反。此外，黄芩苷和二甲双胍等药物可以通过抑制caspase-3/GSDME途径来抑制焦亡的发生。因此，GSDME的研究对于深入理解焦亡的生物学功能和疾病发生机制具有重要意义，为疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。