宋景平 姜宇軒 劉光芒 吳彩梅

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動物抗病營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，動物抗病營養(yǎng)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130)

gasdermin(GSDM)家族是近年來發(fā)現(xiàn)的成孔效應(yīng)蛋白家族，GSDM家族由gasdermin A(GSDMA)、gasdermin B(GSDMB)、gasdermin C(GSDMC)、gasdermin D(GSDMD)、gasdermin E(GSDME，也稱DFNA5)和pejvakin(PJVK，也稱DFNB59)組成[1-3](圖1)。GSDM家族成員在不同組織細(xì)胞中表達(dá)不同，除PJVK外，其余GSDM家族均含有1個(gè)N端結(jié)構(gòu)域和1個(gè)C端結(jié)構(gòu)域，當(dāng)GSDM的C端結(jié)構(gòu)域被水解切割后，GSDM的N端結(jié)構(gòu)域便能插入細(xì)胞膜并形成大的孔隙，從而影響離子穩(wěn)態(tài)并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[1,4-6]。

細(xì)胞焦亡是GSDM家族介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡[7-8]，細(xì)胞焦亡的顯著特征是細(xì)胞腫脹、細(xì)胞膜穿孔、細(xì)胞破裂、細(xì)胞促炎因子白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(IL-18)等的釋放[1,9-11]。細(xì)胞焦亡不僅在抗微生物感染中發(fā)揮重要作用，而且與非病原性感染有關(guān)，與細(xì)胞凋亡和壞死不同，細(xì)胞焦亡是一種免疫防御[12-15]。細(xì)胞焦亡發(fā)生過程中，半胱天冬酶(Caspase)蛋白首先被激活，活性的Caspase切割GSDM家族成員，從而使GSDM的N端結(jié)構(gòu)域插入細(xì)胞膜并形成孔隙，最終誘導(dǎo)細(xì)胞膜破裂和細(xì)胞死亡[8,12,16-17]。

炎性小體是與炎癥有關(guān)的多元蛋白復(fù)合物，是先天的、適應(yīng)性的和調(diào)控宿主反應(yīng)的關(guān)鍵因子。炎性小體由傳感器、銜接蛋白和蛋白酶效應(yīng)體構(gòu)成。經(jīng)典炎性小體由胞內(nèi)傳感器[一般是富含亮氨酸重復(fù)序列蛋白、NOD樣受體(NLR)或黑色素瘤2缺失(AIM2)樣受體]，包括含有半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域(CARD)的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC或PYCARD)和Caspase-1蛋白前體組成[13,18-25]。非經(jīng)典炎性小體是宿主細(xì)胞感知細(xì)胞質(zhì)中細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)后在胞內(nèi)形成的大分子蛋白復(fù)合體，胞內(nèi)Caspase-4/5/11前體直接與LPS結(jié)合繼而發(fā)生寡聚化后被激活[20,26-27]。這種由炎性小體誘導(dǎo)的依賴Caspase-1的細(xì)胞焦亡途徑被稱為經(jīng)典焦亡途徑，而另一種依賴Caspase-4/5/11的細(xì)胞焦亡途徑被稱為非經(jīng)典焦亡途徑。

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)在先天性和適應(yīng)性免疫中由促炎分子和抗炎分子的異常表達(dá)引起，是一種慢性、易復(fù)發(fā)性和不易治愈的疾病，例如克羅恩病(Crohn’s disease，CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)等[20,28-31]。炎癥分子包括細(xì)胞因子、趨化因子、炎性小體和miRNA；腸道微生物分子如抗菌肽、神經(jīng)肽等的改變均與IBD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[30,32]。大量研究表明，動物炎性疾病，尤其是IBD的發(fā)生與細(xì)胞焦亡有關(guān)。在IBD中，參與調(diào)控細(xì)胞焦亡的GSDM家族蛋白在腸道中被激活，其中GSDMD、GSDMB和GSDME蛋白在調(diào)節(jié)IBD信號通路中發(fā)揮著重要作用。

人類編碼6種GSDM蛋白，分別為hGSDMA、hGSDMB、hGSDMC、hGSDMD、hGSDME和hPJVK；小鼠編碼10種GSDM蛋白，分別為mGSDMA1、mGSDMA2、mGSDMA3、mGSDMC1、mGSDMC2、mGSDMC3、mGSDMC4、mGSDMD、mGSDME和mPJVK。

1 經(jīng)典焦亡途徑

激活Caspase-1是經(jīng)典焦亡途徑的核心，經(jīng)典焦亡途徑是動物對抗病原微生物感染的一種防御機(jī)制，是先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分[19,33]。目前能引起經(jīng)典焦亡途徑的炎性小體主要包括NLR家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含1(NLRP1)、NLR家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3(NLRP3)、NLR家族CARD包含4(NLRC4)、AIM2以及pyrin[13,22]。炎性小體被激活后，Caspase-1進(jìn)一步被激活，一方面Caspase-1能將GSDMD切割成GSDMD C端結(jié)構(gòu)域和GSDMD N端結(jié)構(gòu)域，GSDMD的N端結(jié)構(gòu)域能夠穿透細(xì)胞膜，形成內(nèi)徑為10～14 nm的非選擇性孔，并導(dǎo)致細(xì)胞腫脹或破裂，從而釋放出胞內(nèi)因子[33-34]；另一方面Caspase-1還能切割I(lǐng)L-1β和IL-18的前體，形成成熟的IL-1β和IL-18，通過GSDMD形成的孔被釋放，最終誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[16,33,35]。

2 非經(jīng)典焦亡途徑

鼠源Caspase-11和人源Caspase-4/5可誘導(dǎo)非經(jīng)典細(xì)胞焦亡。人源Caspase-4/5與鼠源Caspase-11是同源蛋白，功能相似[26]。革蘭氏陰性菌可通過依賴Caspase-11的途徑引起細(xì)胞焦亡，Caspase-11可直接識別并結(jié)合LPS，作用于GSDMD，釋放活性GSDMD N端結(jié)構(gòu)域，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[21,27]。Caspase-11還能激活泛連接蛋白-1(pannexin-1)通道，釋放ATP，促進(jìn)P2×7膜通道的開放，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡[36]。此外，由于細(xì)胞膜成孔，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鉀離子外流，鉀離子可激活NLRP3炎性小體，進(jìn)而激活下游Caspase-1，促進(jìn)炎癥因子IL-1β和IL-18釋放[37]。在IBD中，Caspase-4/5/11可通過NLRP3-ASC-Caspase-1途徑間接調(diào)控IL-1β和IL-18的分泌[8,33]。這揭示經(jīng)典與非經(jīng)典炎性小體可能具有協(xié)同作用，共同調(diào)控IL-1β和IL-18的分泌。迄今為止，大量的研究也證明，在細(xì)胞焦亡調(diào)控通路中，非經(jīng)典炎性通路和經(jīng)典炎性通路具有同等重要作用。

3 GSDMD在細(xì)胞焦亡和IBD中的調(diào)控作用

GSDMD是目前研究最多，較家族其他蛋白機(jī)制最完善的焦亡蛋白。GSDMD在經(jīng)典和非經(jīng)典炎性通路中均必不可少。GSDMD由8號染色體編碼，由1個(gè)31 ku的N端和1個(gè)22 ku的C端通過肽鏈連接而成[1,38]。GSDMD是整個(gè)GSDM家族中最重要的蛋白，也是Caspase-1/4/5/11的共同底物蛋白，其中GSDMD的C端結(jié)構(gòu)域和N端結(jié)構(gòu)域在細(xì)胞焦亡的調(diào)控過程中發(fā)揮著重要作用[39]。GSDMD被活性Caspase切割成GSDMD N端結(jié)構(gòu)域和GSDMD C端結(jié)構(gòu)域，GSDMD N端結(jié)構(gòu)域具有親脂性，可與磷脂酰肌醇磷酸鹽、磷脂酰絲氨酸和心磷脂結(jié)合，使細(xì)胞膜形成大小為10～14 nm的孔，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物流出，誘導(dǎo)焦亡從而殺死細(xì)胞[39-42](圖2)。細(xì)胞在焦亡發(fā)生期間不會傷害鄰近細(xì)胞，因?yàn)镚SDMD的C端結(jié)構(gòu)域能夠抑制GSDMD N端結(jié)構(gòu)域的活性，正常情況下GSDMD C端結(jié)構(gòu)域與GSDMD N端結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使GSDMD處于無活性的自抑制狀態(tài)[43-46]。GSDMD C端結(jié)構(gòu)域以及GSDMD全長蛋白在細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)均不能引起細(xì)胞焦亡[45-46]。

當(dāng)腸道受到病毒或細(xì)菌侵染時(shí)，由GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡在IBD中發(fā)揮重要作用，這種免疫模式保證了機(jī)體快速去除有害物質(zhì)并促進(jìn)機(jī)體修復(fù)。IBD主要由Caspase-1誘導(dǎo)的經(jīng)典炎性焦亡途徑調(diào)控。Caspase-1作用于GSDMD，介導(dǎo)經(jīng)典細(xì)胞焦亡的發(fā)生，同時(shí)促進(jìn)促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18的釋放[39,47-49]。Zhu等[50]研究發(fā)現(xiàn)，輪狀病毒感染機(jī)體引起強(qiáng)烈的腸炎，體內(nèi)缺乏GSDMD的小鼠炎性癥狀減輕。因?yàn)镚SDMD在腸炎性疾病中起到重要的免疫調(diào)控作用，GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡影響IL-18的分泌。Bulek等[48]、Ma等[51]和Schwarzer等[52]也證明GSDMD是調(diào)控IBD的一種重要蛋白，體內(nèi)缺乏GSDMD的小鼠腸道炎癥減輕，這表明對于動物腸道炎癥的調(diào)控，首先應(yīng)該考慮調(diào)控GSDMD蛋白的表達(dá)，降低GSDND蛋白的表達(dá)有利于減輕炎性癥狀，以上研究結(jié)果對于動物腸道炎癥的防治具有重要的參考價(jià)值。

GSDM家族其他成員被Caspase切割為GSDM N端結(jié)構(gòu)域后可調(diào)控細(xì)胞焦亡和IBD，調(diào)控機(jī)制與GSDMD相似。有證據(jù)表明，GSDMB可被Caspase-1、Caspase-3、Caspase-4、Caspase-6和Caspase-7切割，GSDMC可被Caspase-8切割，GSDME可被Caspase-3切割。GSDM家族被Caspase切割成GSDM N端結(jié)構(gòu)域后，GSDM的N端結(jié)構(gòu)域插入細(xì)胞膜，誘導(dǎo)細(xì)胞膜成孔，造成細(xì)胞焦亡(圖3)[17]。

LPS：脂多糖 lipopolysaccharide；Microbial toxins：微生物毒素；Crystals：晶體；Others：其他；NLRP3：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3 NOD-like receptor family pyrin domain containing 3；NLRP1：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含1 NOD-like receptor family pyrin domain containing 1；NLRC4：NOD樣受體家族半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域包含4 NOD-like receptor family caspase recruitment domain containing 4；AIM2：黑色素瘤2缺失 absent in melanoma 2；pro-Caspase-1：半胱天冬酶-1前體 precursor of cysteine-aspartic acid protease-1；pro-Caspase-4/5/11：半胱天冬酶-4/5/11前體 precursor of cysteine-aspartic acid protease-4/5/11；Caspase-1：半胱天冬酶-1 cysteine-aspartic acid protease-1；Caspase-4/5/11：半胱天冬酶-4/5/11 cysteine-aspartic acid protease-4/5/11；Canonical inflammasome：經(jīng)典炎性小體；Noncanonical inflammasome：非經(jīng)典炎性小體；pro-IL-1β：白細(xì)胞介素-1β前體 precursor of interleukin-1β；pro-IL-18：白細(xì)胞介素-18前體 precursor of interleukin-18；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；IL-18：白細(xì)胞介素-18 interleukin-18；GSDMD：gasdermin D；GSDMD-NT：gasdermin D N端 gasdermin D N-terminal；HMGB1：高遷移率族蛋白B1 high-mobility group box 1；LDH：乳酸脫氫酶 lactate dehydrogenase；GSDMD pore：gasdermin D孔隙 gasdermin D pore；Pyroptosis：細(xì)胞焦亡。

Pathogens：病原體；PAMPs：病原體相關(guān)的分子模式 pathogen-associated molecular patterns；DAMPs：損傷相關(guān)的分子模式 damage-associated molecular patterns；TLR：Toll樣受體 Toll-like receptor；Inflammasome：炎性小體；NLRP3：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3 NOD-like receptor family pyrin domain containing 3；NLRC4：NOD樣受體家族半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域包含4 NOD-like receptor family caspase recruitment domain containing 4；PYCARD：含有半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白 apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；Active Caspase-1：激活的半胱天冬酶-1 active cysteine-aspartic acid protease-1；pro-IL-1β：白細(xì)胞介素-1β前體 precursor of interleukin-1β；pro-IL-18：白細(xì)胞介素-18前體 precursor of interleukin-18；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；IL-18：白細(xì)胞介素-18 interleukin-18；Gram-：革蘭氏陰性菌 Gram-negative bacteria；LPS：脂多糖 lipopolysaccharide；Caspase-4/5/11：半胱天冬酶-4/5/11 cysteine-aspartic acid protease-4/5/11；GSDMD：gasdermin D；GSDMD-NT：gasdermin D N端 gasdermin D N-terminal；TGF-β：轉(zhuǎn)化生長因子-β transformation growth factor-β；LMO1：LIM域特有蛋白1 LIM domain only 1；GSDMA：gasdermin A；GSDMA-NT：gasdermin A N端 gasdermin A N-terminal；Caspase-1,3,6,4,7：半胱天冬酶-1,3,6,4,7 cysteine-aspartic acid protease-1,3,6,4,7;GSDMB：gasdermin B；GSDMB-NT：gasdermin B N端 gasdermin B N-terminal；Hsp90：熱休克蛋白90 heat shock protein 90；Rac-1：Ras相關(guān)的C3肉毒桿菌毒素底物1 Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1；Cdc-42：細(xì)胞分裂周期蛋白42 cell division cycle 42；PD-L1：程序性細(xì)胞死亡配體1 programmed cell death 1 ligand 1；p-Stat3：磷酸化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3 phosphorylated signal transducer and activator of transcription 3；TNF-α：腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α；Caspase-8：半胱天冬酶-8 cysteine-aspartic acid protease-8；GSDMC：gasdermin C；GSDMC-NT：gasdermin C N端 gasdermin C N-terminal；ERK：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶 extracellular signal-regulated kinase；JNK：c-Jun氨基末端激酶 c-Jun N-terminal kinase；MMP1：基質(zhì)金屬蛋白酶1 matrix metallopeptidase 1；Etoposide, topotecan, CPT-11 and cisplatin：依托泊苷、拓?fù)涮婵?、伊立替康和順氯氨鉑；Caspase-3：半胱天冬酶-3 cysteine-aspartic acid protease-3；GSDME：gasdermin E；GSDME-NT：gasdermin E N端 gasdermin E N-terminal；Depletion：損耗；Apotosis：細(xì)胞凋亡；Pyroptosis：細(xì)胞焦亡；Pore assembly：孔隙裝配；Inflammation：炎癥。

4 天然植物成分調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

適度的細(xì)胞焦亡在機(jī)體抵抗病原體入侵中發(fā)揮重要作用，而過度的細(xì)胞焦亡將加重炎癥程度，破壞機(jī)體穩(wěn)態(tài)，損傷機(jī)體器官。所以，通過抑制過度焦亡可減輕炎性癥狀。已有研究報(bào)道，有些具有抗炎作用的天然植物成分可以抑制炎性小體的激活進(jìn)而抑制細(xì)胞焦亡的發(fā)生。

4.1 七葉苷調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

七葉苷是秦皮的主要成分，是一種具有清除超氧自由基作用和抗氧化作用的羥基香豆素葡萄糖苷(圖4)[53]。Xu等[54]首先構(gòu)建了大鼠心肌缺血再灌注損傷(MIRI)模型(該模型的主要特征是心肌細(xì)胞死亡、氧化損傷、線粒體功能障礙和異常的免疫炎癥反應(yīng))，再向模型中加入3和10 μmol/L的七葉苷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，七葉苷促進(jìn)蛋白激酶B(Akt)/糖原合成酶激酶3β(GSK3β)磷酸化，抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)磷酸化，顯著降低NLRP3、Caspase-1、GSDMD和IL-1β的表達(dá)水平，抑制細(xì)胞焦亡，減輕炎性癥狀(圖5)。

4.2 黃芩苷調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

黃芩苷是一種黃酮類化合物(圖6)[55]，是中草藥黃芩的有效成分，具有顯著的抗炎、抗菌和清除自由基的作用。Shi等[56]研究發(fā)現(xiàn)，25、50和100 μg/mL黃芩苷可通過抑制NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和活性氧(ROS)的產(chǎn)生(圖7)，從而抑制仔豬單核巨噬細(xì)胞NLRP3的活性，下調(diào)Caspase-1的表達(dá)，阻斷GSDMD的激活，阻止IL-1β、IL-18和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等的釋放，進(jìn)而減輕細(xì)胞焦亡。

Caspase-1的激活依賴NLPR3炎性小體的激活，而GSDM N端結(jié)構(gòu)的表達(dá)需要Caspase-1的切割，因此NLPR3和Caspase-1活性調(diào)控是調(diào)控細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵一環(huán)。此外，Wang等[57]研究證明黃芩苷可顯著減輕幽門螺桿菌誘導(dǎo)的大鼠胰腺炎，黃芩苷通過抑制硫氧還蛋白結(jié)合蛋白(TXNIP)和NLRP3/Caspase-1的表達(dá)，減少GSDMD、IL-1β和IL-18等的表達(dá)，從而減輕幽門螺桿菌引起的細(xì)胞焦亡和炎癥反應(yīng)。

圖4 七葉苷化學(xué)結(jié)構(gòu)

MIRI：心肌缺血再灌注損傷 myocardial ischemia reperfusion injury；AES：七葉苷 aesculin；TLRs：Toll樣受體 Toll-like receptors；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear factor-kappa B；IKBα：核轉(zhuǎn)錄因子-κB抑制蛋白α nuclear factor-kappa B inhibitor alpha；Akt：蛋白激酶B protein kinase B；MK-2206：一種Akt抑制劑 an Akt inhibitor；GSK3β：糖原合成酶激酶3β glycogen synthase kinase-3 beta；NLRP3：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3 NOD-like receptor family pyrin domain containing 3；NLRP3 inflammasome：NLRP3炎性小體；ASC：含有半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白 apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain；Nucleus：細(xì)胞核；pro-IL-1β：白細(xì)胞介素-1β前體 precursor of interleukin-1β；pro-Caspase-1：半胱天冬酶-1前體 precursor of cysteine-aspartic acid protease-1；Active Caspase-1：激活的半胱天冬酶-1 active cysteine-aspartic acid protease-1；Cell membrane：細(xì)胞膜；Cytoplasm：細(xì)胞質(zhì)；Extracellular space：細(xì)胞外間隙；GSDMD：gasdermin D；Cleaved GSDMD：裂解GSDMD；Cleaved IL-1β：裂解IL-1β；Inflammation：炎癥；Pyroptosis：細(xì)胞焦亡；Activate：激活；Inhibit：抑制。

4.3 三七皂苷和人參皂苷調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

三七皂苷R1是三七中的主要成分，在抗氧化、抗炎和抗凋亡中具有重要作用(圖8)[58]。Tang等[59]研究發(fā)現(xiàn)，20 mg/kg的三七皂苷R1可抑制NF-κB信號通路，阻斷NLRP3炎性小體的激活，阻止Caspase-1和IL-1β的切割，降低GSDMD N端結(jié)構(gòu)域表達(dá)，改善大鼠髓核細(xì)胞的細(xì)胞功能，抑制細(xì)胞焦亡(圖9)。三七中的另一種重要成分人參皂苷Rb1(圖10)[60]，可調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)/抗氧化反應(yīng)元件(ARE)信號通路，減輕人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的細(xì)胞焦亡，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞[61]。細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平升高可促進(jìn)NLRP3炎性小體激活，25、50和100 μmol/L人參皂苷Rb1可通過抑制大鼠心肌細(xì)胞鈣超載，減少心肌細(xì)胞焦亡，對烏頭堿導(dǎo)致的大鼠心肌病理損傷起到有效的保護(hù)作用[62]。

圖6 黃芩苷化學(xué)結(jié)構(gòu)

4.4 槲皮素調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

槲皮素是一種天然黃酮類化合物，廣泛分布于蔬菜和水果中，具有抗氧化、抗炎等多種生物活性(圖11)[63]。Luo等[64]研究發(fā)現(xiàn)，10、20和50 μmol/L槲皮素呈劑量依賴性抑制LPS/ATP誘導(dǎo)的NLRP3炎性小體的激活，抑制GSDMD N端結(jié)構(gòu)域和IL-1β的表達(dá)，抑制NLRP3和IL-1β前體的上游蛋白表達(dá)，具有調(diào)控炎癥基因轉(zhuǎn)錄功能的p65的核轉(zhuǎn)位和磷酸化。此外，Luo等[64]進(jìn)一步證實(shí)槲皮素通過抑制Toll樣受體2(TLR2)/髓樣分化因子88(MyD88)/NF-κB和ROS/腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號通路，進(jìn)而抑制NLRP3炎性小體的激活，減少GSDMD蛋白的切割和IL-1β及IL-18的分泌，從而抑制小鼠巨噬細(xì)胞焦亡，減輕細(xì)胞焦亡帶來的損害(圖12)。

4.5 白藜蘆醇調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

白藜蘆醇是一種多酚化合物，在多種植物中天然存在，特別是紅葡萄皮(圖13)[65]。白藜蘆醇的抗炎、抗氧化、抗癌及心血管保護(hù)等生物學(xué)功能已被廣泛報(bào)道。Chang等[66]研究證明，15、30和60 μmol/L的白藜蘆醇可顯著抑制LPS/ATP誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞焦亡。線粒體產(chǎn)生的ROS導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)變，并促進(jìn)線粒體DNA的釋放，從而激活NLRP3炎性小體；p62是自噬標(biāo)志物，自噬的激活依賴NLRP3炎性小體的激活。白藜蘆醇通過抑制線粒體ROS的產(chǎn)生，下調(diào)p62的表達(dá)，保護(hù)線粒體完整性和增強(qiáng)自噬，進(jìn)一步抑制NLRP3炎性小體的激活，從而下調(diào)Caspase-1表達(dá)，減少GSDMD蛋白的切割，減少IL-1β及IL-18的釋放，減輕小鼠巨噬細(xì)胞焦亡(圖14)。

LPS：脂多糖 lipopolysaccharide；TLR4：Toll樣受體4 Toll-like receptor 4； BA：黃芩苷 baicalin；ROS：活性氧 reactive oxygen species；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear factor-kappa B；TNF-α：腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α；NLRP3：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3 NOD-like receptor family pyrin domain containing 3；NLRP3 inflammasome activation：NLRP3炎性小體激活；ASC：含有半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白 apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain；pro-Caspase-1：半胱天冬酶-1前體 precursor of cysteine-aspartic acid protease-1；Caspase-1：半胱天冬酶-1 cysteine-aspartic acid protease-1；Caspase-1 activation：半胱天冬酶-1激活；pro-IL-1β：白細(xì)胞介素-1β前體 precursor of interleukin-1β；pro-IL-18：白細(xì)胞介素-18前體 precursor of interleukin-18；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；IL-18：白細(xì)胞介素-18 interleukin-18；GSDMD-NT：gasdermin D N端 gasdermin D N-terminal；GSDMD pore：gasdermin D孔隙 gasdermin D pore；Inflammation：炎癥。

圖8 三七皂苷R1化學(xué)結(jié)構(gòu)

NR1：三七皂苷R1 notoginsenoside R1；Rb1：人參皂苷Rb1 ginsenoside Rb1；NLRP3：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3 NOD-like receptor family pyrin domain containing 3；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear factor-kappa B；Nrf2：轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2 nuclear factor erythroid 2 related factor 2；ARE：抗氧化反應(yīng)元件 antioxidant response element；pro-Caspase-1：半胱天冬酶-1前體 precursor of cysteine-aspartic acid protease-1；Caspase-1：半胱天冬酶-1 cysteine-aspartic acid protease-1；pro-IL-1β：白細(xì)胞介素-1β前體 precursor of interleukin-1β；pro-IL-18：白細(xì)胞介素-18前體 precursor of interleukin-18；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；IL-18：白細(xì)胞介素-18 interleukin-18；GSDMD-NT：gasdermin D N端 gasdermin D N-terminal；GSDMD pore：gasdermin D孔隙 gasdermin D pore；Pyroptosis：細(xì)胞焦亡。

4.6 其他天然植物成分調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

該部分提到的天然植物成分的結(jié)構(gòu)式、調(diào)控細(xì)胞焦亡的可能途徑及劑量等總結(jié)見表1。蒜氨酸是從大蒜中提取的一種有機(jī)硫化合物，具有抗氧化和抗炎作用[67]；Liu等[68]研究發(fā)現(xiàn)，5、10和20 μmol/L蒜氨酸可促進(jìn)磷酸酶和張力蛋白同系物誘導(dǎo)的激酶1(PINK1)/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，減少小鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)ROS的生成，進(jìn)而抑制NLRP3炎性小體的激活，減少IL-1β和IL-18分泌，從而減輕LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞焦亡。燈盞乙素具有抗氧化、抗凋亡以及抗炎作用[69]；12.5、25.0和50.0 μmol/L燈盞乙素呈劑量依賴性地抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)Caspase-11的釋放和GSDMD N端結(jié)構(gòu)域的產(chǎn)生，從而減輕小鼠巨噬細(xì)胞焦亡[70]。姜黃素是從姜黃根莖中提取的一種天然多酚，已被證實(shí)具有抗炎、抗癌、抗氧化等多種藥理活性；50 mg/kg姜黃素通過調(diào)控Toll樣受體4(TLR4)/NF-κB信號通路，進(jìn)一步抑制依賴NLRP3炎性小體介導(dǎo)的小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡，對小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞起到保護(hù)作用[71]。木犀草素作為一種潛在的生物活性化學(xué)物質(zhì)可用來治療與細(xì)胞焦亡相關(guān)的炎癥性疾??；100 μmol/L木犀草素具有顯著的抗細(xì)胞焦亡作用，木犀草素通過抑制Nrf2和NF-κB信號通路，減少ROS的產(chǎn)生，抑制NLRP3炎性小體的激活，減少GSDMD N端結(jié)構(gòu)域和IL-1β的表達(dá)，緩解THP-1巨噬細(xì)胞焦亡[72]。此外，其他具有抗氧化和抗炎作用的天然植物成分，如芍藥苷[73-74]、石蒜堿[75-76]、蟲草素[77-78]、小檗堿[79-80]、異甘草素[81-82]以及原兒茶酸[83-84]等天然植物成分通過抑制NLRP3/GSDMD信號通路，抑制細(xì)胞焦亡，對相關(guān)細(xì)胞和器官起到保護(hù)作用。

圖10 人參皂苷Rb1化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖11 槲皮素化學(xué)結(jié)構(gòu)

Quercetin：槲皮素；ROS：活性氧 reactive oxygen species；AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶 AMP-activated protein kinase；TLR2：Toll樣受體2 Toll-like receptor 2；MyD88：髓樣分化因子88 myeloid differentiation factor 88；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear factor-kappa B；LPS：脂多糖 lipopolysaccharide；NLRP3 inflammasome activation：NLRP3炎性小體激活；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；LDH：乳酸脫氫酶 lactate dehydrogenase；Macrophage pyroptosis：巨噬細(xì)胞細(xì)胞焦亡。

圖13 白藜蘆醇化學(xué)結(jié)構(gòu)

綜上所述，當(dāng)動物受到外界病原體侵襲及各種病理損傷后，細(xì)胞焦亡發(fā)生并加劇機(jī)體炎癥。具有抗炎作用的天然植物成分，可抑制NLRP3炎性小體的激活，進(jìn)而抑制GSDMD蛋白的切割，減少炎性細(xì)胞因子IL-1β和IL-18等的釋放，緩解細(xì)胞焦亡，減輕細(xì)胞及組織的損傷，緩解炎癥。GSDM家族是先天性免疫中的一種重要蛋白，過度表達(dá)會加劇機(jī)體的炎癥反應(yīng)，造成機(jī)體損傷。GSDMD蛋白作為細(xì)胞焦亡中的一種標(biāo)志蛋白，其表達(dá)量可以反映機(jī)體的炎癥水平，天然植物成分主要通過調(diào)控NLRP3/GSDMD信號通路調(diào)控腸道的細(xì)胞焦亡和IBD，該理論為畜禽腸道疾病防治提供了重要思路。

RSV：白藜蘆醇 resveratrol；NLRP3：NOD樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域包含3 NOD-like receptor family pyrin domain containing 3；ROS：活性氧 reactive oxygen species；Mitochondria：線粒體；pro-Caspase-1：半胱天冬酶-1前體 precursor of cysteine-aspartic acid protease-1；Caspase-1：半胱天冬酶-1 cysteine-aspartic acid protease-1；pro-IL-1β：白細(xì)胞介素-1β前體 precursor of interleukin-1β；pro-IL-18：白細(xì)胞介素-18前體 precursor of interleukin-18；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；IL-18：白細(xì)胞介素-18 interleukin-18；GSDMD-NT：gasdermin D N端 gasdermin D N-terminal；GSDMD pore：gasdermin D孔隙 gasdermin D pore；Pyroptosis：細(xì)胞焦亡。

表1 部分天然植物成分調(diào)控GSDMD在細(xì)胞焦亡中的作用

續(xù)表1項(xiàng)目 Items化學(xué)結(jié)構(gòu)Chemical structure劑量Dosage試驗(yàn)對象Experiment object調(diào)控通路Regulatory pathway參考文獻(xiàn)References原兒茶酸Protocate-chuic1和4 μg/mL大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞通過增強(qiáng)長非編碼RNA X-非活性特異性轉(zhuǎn)錄物(long non-coding RNA X-inactive specific transcript,lncRNA Xist)的表達(dá),抑制NLRP3激活,抑制Caspase-1活性,減少GSDMD切割,減少IL-1β的釋放,減輕細(xì)胞焦亡[83-84]

5 小 結(jié)

國內(nèi)外的研究表明，GSDM作為一個(gè)成孔蛋白家族，在驅(qū)動細(xì)胞死亡方面發(fā)揮著重要作用。除PJVK外，GSDM其他5個(gè)成員均具有使細(xì)胞膜成孔的N端結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)可以誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡和調(diào)控IBD。已發(fā)現(xiàn)部分天然植物成分可通過GSDM調(diào)控細(xì)胞焦亡和IBD，但試驗(yàn)動物主要集中在鼠上。養(yǎng)畜禽就是養(yǎng)腸道，在畜禽養(yǎng)殖全面禁抗的背景下，如何減少腸道炎癥性疾病，保障畜禽腸道健康，是畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域急需面對和解決的問題。因此，開發(fā)具有抗炎功能的天然植物成分，探究其抗炎機(jī)理，對畜禽健康養(yǎng)殖具有重大意義。