Cell文献解读：新型GSDMD激动剂可利用细胞焦亡治疗癌症
2024-09-20 来源:本站 点击次数:2302
GSDMD（Gasdermin D）是一种介导细胞焦亡的成孔蛋白，通过诱导受感染或受损细胞的死亡来限制病原体的扩散，并通过释放免疫系统可识别的信号分子进一步促进炎症反应。同时，GSDMD还可以通过诱导肿瘤细胞焦亡，增强抗肿瘤免疫反应。
因此，开发能够在癌细胞中激活GSDMD的药物，也是当前抗肿瘤研究中的新兴方向，展现了巨大的治疗潜力。
2024年9月6日，哈佛大学吴皓团队在 Cell 发表了研究成果。他们通过高通量筛选发现了一种能够激活在肿瘤中广泛表达的GSDMD的化合物——6,7-二氯-2-甲基磺酰基-3-N-叔丁氨基喹啉（DMB）。该化合物能够有效激活GSDMD的孔形成和细胞焦亡，进而抑制肿瘤生长。（PS：T仔可提供现货哦~）
高通量筛选发现GSDMD激动剂DMB
研究者使用了一种时间分辨荧光（TRF）脂质体泄漏分析方法，筛选了超过100,000种小分子化合物，确定了 24 种活性化合物，其中最有效的化合物是C-185（DMB）。
DMB 最初被开发为治疗糖尿病的潜在药物，但由于效果不及生物制剂，未被进一步开发用于临床。然而，DMB 在激活 GSDMD 方面展示出优秀的潜力。
实验表明，DMB 在体外能够诱导细胞焦亡的典型特征，如细胞肿胀、SYTOX Green 摄取和 LDH 释放。然而，DMB 诱导的焦亡并不依赖炎性 caspase 的活性。DMB 在多种表达 GSDMD 的肿瘤类型中，能够 触发低水平的脉冲式焦亡，在有效抑制肿瘤生长的同时，不会损害表达 GSDMD 的免疫细胞。这一过程无需依赖炎性 caspase 对 GSDMD 的切割活化，展现了其独特的抗肿瘤潜力。
研究测试了 DMB 在同种异体小鼠中对肿瘤的作用。实验中，小鼠被植入不同类型的 EMT6 细胞（包括野生型、Gsdmd缺失和Gsdmd及Gsdme双缺失细胞），并使用 DMB 进行治疗。
结果显示，DMB 可显著抑制野生型 EMT6 肿瘤的生长，并增强 CD8+ 自然杀伤（NK）细胞的功能，同时未引起全身性炎症或明显毒性。但对 GSDMD 或 GSDMD/GSDME 双敲除的肿瘤抑制效果不明显。
而在肺腺癌模型中，DMB 对肿瘤的抑制效果在 GSDMD 敲除的小鼠中依然存在，表明宿主的 GSDMD 并非 DMB 抗肿瘤效果的必要条件。也就是说 DMB 诱导的抗肿瘤免疫依赖于肿瘤中 GSDMD 的表达，而非宿主。
研究还发现，DMB 对肿瘤细胞的直接杀伤作用较弱，其抗肿瘤效果依赖于免疫系统的参与。
具体表现为，DMB 能够在多种肿瘤细胞系中抑制肿瘤生长，但在免疫缺陷小鼠（如NOD scid gamma小鼠）中，DMB 未能有效抑制 EMT6 肿瘤的生长。这是因为，DMB 通过诱导肿瘤细胞焦亡，促进免疫细胞的募集和激活，从而形成了一种正反馈机制，最终导致更多肿瘤细胞焦亡和免疫系统的强力激活。类似治疗效果在人体肿瘤中也得到了验证。然而，对于较大肿瘤，DMB 的作用有限。
此外，DMB还可以与抗 PD-1 协同作用，治疗耐药肿瘤，且在小鼠模型中表现出良好的效果。并且 DMB 处理的肿瘤细胞可以作为对抗继发性肿瘤的疫苗，防止肿瘤复发。
小结
综上，该研究展示了一种通过焦亡诱导抗肿瘤免疫的新型疗法策略。并发现了一种 GSDMD 激动剂——DMB，DMB 通过靶向 GSDMD，诱导癌细胞焦亡，从而减少肿瘤负荷，并增强肿瘤浸润的 CD8+ 和 NK 细胞的活性。DMB 还可以与抗 PD-1 协同作用，治疗耐药肿瘤，且在小鼠模型中表现出良好的效果。
相比传统化疗和放疗，通过 GSDMD 激动剂直接诱导细胞焦亡具有多个优势，如减少药物耐药性风险、精准引发免疫原性细胞死亡，并扩大免疫疗法的适用范围。研究还表明，DMB 的毒性较低，对宿主免疫细胞无明显副作用，显示了其在免疫疗法中的潜力。
科研助力
细胞焦亡，又称细胞炎性坏死，是一种程序性坏死；表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。
按激活机制，可分为 Caspase-1依赖的经典途径和 Caspase-1不依赖（caspase-4/5/11）的非经典途径，caspase-1和 caspase-4/5/11通过切割 Gasdermin-D（GSDMD）蛋白，释放其 N 端结构域，该结构域结合膜脂并在细胞膜上打孔，导致细胞渗透压变化而发生胀大直至细胞膜破裂。两种途径都能同时诱导IL-1β和IL-18的前体进行切割，形成成熟的IL-1β和IL-18，并释放到胞外，造成炎症反应。
细胞焦亡在感染性疾病、代谢疾病、神经系统疾病、心血管疾病、癌症等疾病中有广泛的研究，对细胞焦亡的研究有助于认识其在相关疾病的发生发展。 TargetMol 细胞焦亡化合物库 收集了1066 种细胞焦亡相关的化合物，可以用于细胞焦亡相关研究。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s43018-024-00781-6
因此，开发能够在癌细胞中激活GSDMD的药物，也是当前抗肿瘤研究中的新兴方向，展现了巨大的治疗潜力。
2024年9月6日，哈佛大学吴皓团队在 Cell 发表了研究成果。他们通过高通量筛选发现了一种能够激活在肿瘤中广泛表达的GSDMD的化合物——6,7-二氯-2-甲基磺酰基-3-N-叔丁氨基喹啉（DMB）。该化合物能够有效激活GSDMD的孔形成和细胞焦亡，进而抑制肿瘤生长。（PS：T仔可提供现货哦~）
高通量筛选发现GSDMD激动剂DMB
研究者使用了一种时间分辨荧光（TRF）脂质体泄漏分析方法，筛选了超过100,000种小分子化合物，确定了 24 种活性化合物，其中最有效的化合物是C-185（DMB）。
DMB 最初被开发为治疗糖尿病的潜在药物，但由于效果不及生物制剂，未被进一步开发用于临床。然而，DMB 在激活 GSDMD 方面展示出优秀的潜力。
▲DMB结构
实验表明，DMB 在体外能够诱导细胞焦亡的典型特征，如细胞肿胀、SYTOX Green 摄取和 LDH 释放。然而，DMB 诱导的焦亡并不依赖炎性 caspase 的活性。DMB 在多种表达 GSDMD 的肿瘤类型中，能够 触发低水平的脉冲式焦亡，在有效抑制肿瘤生长的同时，不会损害表达 GSDMD 的免疫细胞。这一过程无需依赖炎性 caspase 对 GSDMD 的切割活化，展现了其独特的抗肿瘤潜力。
▲DMB通过非切割依赖和选择性方式激活GSDMD孔形成
DMB诱导肿瘤消退，增强抗肿瘤免疫研究测试了 DMB 在同种异体小鼠中对肿瘤的作用。实验中，小鼠被植入不同类型的 EMT6 细胞（包括野生型、Gsdmd缺失和Gsdmd及Gsdme双缺失细胞），并使用 DMB 进行治疗。
结果显示，DMB 可显著抑制野生型 EMT6 肿瘤的生长，并增强 CD8+ 自然杀伤（NK）细胞的功能，同时未引起全身性炎症或明显毒性。但对 GSDMD 或 GSDMD/GSDME 双敲除的肿瘤抑制效果不明显。
而在肺腺癌模型中，DMB 对肿瘤的抑制效果在 GSDMD 敲除的小鼠中依然存在，表明宿主的 GSDMD 并非 DMB 抗肿瘤效果的必要条件。也就是说 DMB 诱导的抗肿瘤免疫依赖于肿瘤中 GSDMD 的表达，而非宿主。
▲小鼠肿瘤细胞中GSDMD依赖的焦亡和DAMP释放
研究还发现，DMB 对肿瘤细胞的直接杀伤作用较弱，其抗肿瘤效果依赖于免疫系统的参与。
具体表现为，DMB 能够在多种肿瘤细胞系中抑制肿瘤生长，但在免疫缺陷小鼠（如NOD scid gamma小鼠）中，DMB 未能有效抑制 EMT6 肿瘤的生长。这是因为，DMB 通过诱导肿瘤细胞焦亡，促进免疫细胞的募集和激活，从而形成了一种正反馈机制，最终导致更多肿瘤细胞焦亡和免疫系统的强力激活。类似治疗效果在人体肿瘤中也得到了验证。然而，对于较大肿瘤，DMB 的作用有限。
此外，DMB还可以与抗 PD-1 协同作用，治疗耐药肿瘤，且在小鼠模型中表现出良好的效果。并且 DMB 处理的肿瘤细胞可以作为对抗继发性肿瘤的疫苗，防止肿瘤复发。
▲DMB诱导免疫原性细胞死亡，其抗肿瘤效应依赖于免疫反应
小结
综上，该研究展示了一种通过焦亡诱导抗肿瘤免疫的新型疗法策略。并发现了一种 GSDMD 激动剂——DMB，DMB 通过靶向 GSDMD，诱导癌细胞焦亡，从而减少肿瘤负荷，并增强肿瘤浸润的 CD8+ 和 NK 细胞的活性。DMB 还可以与抗 PD-1 协同作用，治疗耐药肿瘤，且在小鼠模型中表现出良好的效果。
相比传统化疗和放疗，通过 GSDMD 激动剂直接诱导细胞焦亡具有多个优势，如减少药物耐药性风险、精准引发免疫原性细胞死亡，并扩大免疫疗法的适用范围。研究还表明，DMB 的毒性较低，对宿主免疫细胞无明显副作用，显示了其在免疫疗法中的潜力。
科研助力
细胞焦亡，又称细胞炎性坏死，是一种程序性坏死；表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。
按激活机制，可分为 Caspase-1依赖的经典途径和 Caspase-1不依赖（caspase-4/5/11）的非经典途径，caspase-1和 caspase-4/5/11通过切割 Gasdermin-D（GSDMD）蛋白，释放其 N 端结构域，该结构域结合膜脂并在细胞膜上打孔，导致细胞渗透压变化而发生胀大直至细胞膜破裂。两种途径都能同时诱导IL-1β和IL-18的前体进行切割，形成成熟的IL-1β和IL-18，并释放到胞外，造成炎症反应。
细胞焦亡在感染性疾病、代谢疾病、神经系统疾病、心血管疾病、癌症等疾病中有广泛的研究，对细胞焦亡的研究有助于认识其在相关疾病的发生发展。 TargetMol 细胞焦亡化合物库 收集了1066 种细胞焦亡相关的化合物，可以用于细胞焦亡相关研究。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s43018-024-00781-6
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