综述：Gasdermin蛋白在神经退行性疾病中的作用：新兴机制与治疗靶点

《Cell Death & Disease》：Gasdermins in neurodegeneration: emerging mechanisms and therapeutic targets

本综述系统阐述了Gasdermin（GSDM）蛋白家族（尤其是GSDMD和GSDME）通过介导细胞焦亡（pyroptosis）驱动神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等）进程的新机制。文章重点解析了GSDM的切割依赖性和非依赖性（如S-棕榈酰化）活化途径、孔道组装的结构基础，并评述了靶向GSDM（如半胱氨酸靶向化合物、寡聚化阻断剂、纳米抗体等）的新型治疗策略，为开发神经退行性疾病干预手段提供了前沿视角。

　　

Gasdermin（GSDM）是一类成孔蛋白，其介导的细胞焦亡（pyroptosis）是一种程序性细胞死亡形式，以细胞膜穿孔和细胞内含物释放为特征，引发强烈的炎症反应。近年来，研究发现GSDM家族成员，特别是GSDMD和GSDME，在神经退行性疾病的发病机制中扮演着关键角色。它们的活性受到转录、RNA编辑与剪接、翻译后修饰（PTM）以及半胱天冬酶（caspase）和颗粒酶（granzyme）蛋白水解切割的多层次调控。

1. Gasdermin活化的调控

Gasdermin在进化上高度保守。在静息细胞中，GSDM通过其C端结构域（CTD）的自动抑制维持非活性状态。典型的活化途径是蛋白水解切割：炎症caspase（如caspase-1, -4, -5, -11）或颗粒酶（如GzmA, GzmB）切割GSDM，解除CTD的抑制，释放出具有成孔活性的N端结构域（NTD）。NTD随后寡聚化并在富含酸性磷脂的膜上形成大孔。

除了经典的切割依赖性活化，非经典的切割非依赖性活化机制也逐渐被揭示。例如，活性氧（ROS）驱动的GSDMD Cys¹⁹¹位点的S-棕榈酰化修饰，可以使全长GSDMD形成孔道。类似地，紫外线辐射引起的DNA损伤可导致聚ADP核糖聚合酶1（PARP1）活化，进而催化GSDME发生PAR化修饰，促进全长GSDME寡聚和成孔。在古老后生动物Trichoplax adhaerens中，其GSDM同源物TrichoGSDM仅包含NTD，通过二硫键调节在单体同源二聚体状态间转换，其孔道亚基数量（44聚体）和直径均大于哺乳动物GSDM孔道。这些发现揭示了GSDM活化机制的多样性。

2. Gasdermin孔道组装的结构基础

高分辨率结构研究揭示了GSDM孔道组装的精细过程。在自动抑制状态下，GSDM的NTD被CTD所掩盖。切割后，游离的NTD发生构象变化，其中心β-折叠片两侧的环区重排，形成两个跨膜β-发夹（β-hairpin）。这些β-发夹插入脂质双分子层，相邻单体的发夹相互交织，组装成跨膜β-桶状结构（β-barrel），形成亲水孔道。GSDM孔道不仅导致细胞裂解死亡，还作为非经典分泌途径，选择性介导白细胞介素-1β（IL-1β）和IL-18等带正电荷的炎性细胞因子的释放。除了质膜，GSDMD和GSDME也能靶向线粒体膜，引起线粒体外膜透化（MOMP）和细胞色素c释放，加剧细胞死亡。

3. Gasdermin与神经退行性疾病

GSDM驱动的神经炎症和细胞死亡是多种神经退行性疾病的共同特征。在病理刺激下，GSDM的活化形成了一个前馈循环：异常蛋白聚集、线粒体功能障碍等应激信号激活炎症小体和caspase，导致GSDM切割和孔道形成；孔道释放IL-1β、IL-18等炎性因子和线粒体DNA等损伤相关分子模式（DAMP），进一步激活周边的小胶质细胞、星形胶质细胞等，放大神经炎症，最终导致突触丢失、轴突变性和神经元死亡。

• •
  阿尔茨海默病（AD）： 在AD患者和模型小鼠（如5xFAD）脑中，活化（切割形式）的GSDMD主要存在于围绕Aβ斑块的小胶质细胞、浸润的巨噬细胞和星形胶质细胞中。GSDMD缺失可减轻斑块负荷、神经胶质增生，保护血脑屏障（BBB）完整性，并改善认知功能。GSDME则在神经元中表达，Aβ可诱导caspase-3依赖性GSDME切割，引发神经元焦亡，敲除Gsdme可改善模型小鼠的空间记忆。
• •
  肌萎缩侧索硬化症（ALS）： 在ALS患者和TDP-43^A315T模型小鼠的脊髓中，小胶质细胞内存在活化的GSDMD。GSDME则主要在神经元中发挥作用，ALS相关蛋白（如聚集的TDP-43、C9orf72衍生的多肽）可诱导GSDME介导的线粒体损伤和轴突变性。在SOD1^G93A小鼠中，敲除Gsdme能延长生存期、改善运动功能并减轻神经炎症，而敲除Gsdmd益处有限，提示GSDME是更关键的治疗靶点。
• •
  帕金森病（PD）： 在MPTP和α-突触核蛋白A53T过表达诱导的PD小鼠模型中，GSDMD表达上调。小胶质细胞特异性敲除Gsdmd可减轻神经炎症、多巴胺能神经元丢失和运动功能障碍。Necrosulfonamide（NSA）等GSDMD抑制剂在PD模型中显示出神经保护作用。
• •
  多发性硬化（MS）： 在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）和铜宗（cuprizone）诱导的脱髓鞘模型中，GSDMD在外周髓系细胞和小胶质细胞/少突胶质细胞中驱动炎症和脱髓鞘。GSDMD缺失可减轻疾病严重程度。GSDME在MS患者外周血单核细胞（PBMC）和脑病灶中表达增加，并通过引发小胶质细胞焦亡干扰髓鞘碎片降解，加剧神经炎症和白质脱髓鞘。
• •
  年龄相关性黄斑变性（AMD）： 视网膜色素上皮（RPE）细胞中，玻璃膜疣成分（如Alu RNA、Aβ原纤维）可激活NLRP3/NLRC4炎症小体，依赖GSDMD执行RPE细胞死亡。光毒性和全反式视黄醛（atRAL）也能激活GSDMD和GSDME，导致光感受器神经变性。Gsdmd或Gsdme缺陷小鼠可免受视网膜变性和视力丧失。

4. Gasdermin的治疗性调控

靶向GSDM的治疗策略主要聚焦于小分子抑制剂和生物制剂。

• •
  半胱氨酸靶向化合物： 此类化合物通过共价修饰GSDMD的Cys¹⁹¹（人）/Cys¹⁹²（鼠）等关键半胱氨酸残基，阻止其寡聚化和成孔。
  • •
    Necrosulfonamide（NSA）： 最初作为MLKL抑制剂被发现，也能抑制GSDMD成孔，在脓毒症、PD、脊髓损伤和AD模型中显示保护作用。
  • •
    LDC7559： 最初被鉴定为中性粒细胞胞外诱捕网（NET）形成的抑制剂，后来发现可抑制GSDMD介导的焦亡，在创伤性脑损伤和蛛网膜下腔出血模型中改善神经功能。
  • •
    富马酸二甲酯（DMF）： 已获批用于治疗MS，可通过琥珀酸化修饰GSDMD的Cys^191/77和GSDME的Cys⁴⁵，抑制其活化和焦亡，同时激活Nrf2通路发挥抗氧化作用。
  • •
    双硫仑（Disulfiram, DSF）： FDA批准的醛脱氢酶抑制剂，可通过其代谢物与Cu²⁺形成的复合物CuET高效抑制GSDMD和GSDME，但后续研究发现其可能主要通过抑制NLRP3炎症小体发挥抗炎作用。
  • •
    衣康酸（Itaconate）： 免疫代谢物，可通过衣康化修饰GSDMD的Cys⁷⁷，抑制其加工和成孔，在AD和EAE模型中显示神经保护潜力。
• •
  新兴的抑制范式：
  • •
    寡聚化阻断剂： 如马替尼（metatinib）和头孢卡品酯（cefcapene pivoxil），非共价结合GSDMD寡聚化界面I，阻断其头对尾寡聚化，避免了对半胱氨酸的广泛修饰。
  • •
    纳米抗体中和剂： 针对GSDMD和GSDME NT结构域的单域抗体（VHH），可高选择性、高亲和力地结合GSDM，空间位阻抑制孔道组装，而不影响上游切割过程。
  • •
    切割位点拟肽： 如Ac-FLTD-CMK，可不可逆地抑制caspase-1/4/5/11的活性，从而阻止GSDMD的切割活化。

5. 结论与未来展望

Gasdermin蛋白已成为连接神经炎症与神经元死亡的关键分子。其在神经退行性疾病中的作用具有细胞类型和疾病特异性。未来的研究需要绘制不同神经细胞中GSDM亚型的表达和活化图谱，并利用高分辨率结构信息开发更精准的GSDM调节剂（如非共价抑制剂、纳米抗体、调控PTM的药物），以期在抑制病理炎症的同时，保留其生理性免疫防御功能。将基础研究与临床转化相结合，将为攻克神经退行性疾病提供新的希望。