摘要
细胞焦亡是近年来发现的一种新型的程序性细胞死亡，在抗微生物感染，外源物质入侵以及肿瘤和其他疾病治疗方面发挥重要作用。细胞焦亡是以gasdermin家族蛋白成员作为执行者，该蛋白家族成员包括GSDMA(Gasdermin-A)、GSDMB(Gasdermin-B)、GSDMC(Gasdermin-C)、GSDMD(Gasdermin-D)、GSDME（Gasdermin-E）和DFNB59(pejvakin)。除DFNB59之外，这些蛋白能够被上游的caspase蛋白或其他蛋白酶剪切释放出N端结构域，通过靶向细胞膜寡聚打孔，引起渗透压的改变，最终导致细胞肿胀、细胞膜破裂以及细胞内容物的释放。我们实验室前期的研究发现线粒体解偶联剂CCCP(Carbonylcyanide3-chlorophenylhydrazone)联合铁剂(FeSO4)可以诱导ROS(Reactiveoxygenspecies)产生，引起线粒体细胞色素c释放并激活caspase-3，激活的caspase-3剪切GSDME，进而诱导黑色素瘤细胞发生焦亡。 在癌症化疗过程中，化疗药物的毒副作用是一个严峻的问题，而目前减轻化疗药物毒副作用的方法和效果有限。导致化疗药物毒副作用的原因复杂，作用机制也不够明了。因此，寻找一种安全有效缓解化疗药物毒副作用的方法，可以帮助患者减轻化疗过程中的痛苦，达到最好的治疗效果。有文献报道，在正常组织器官中，GSDME蛋白呈高水平表达，由此引起正常细胞发生焦亡性死亡，这可能是药物化疗过程中毒副作用产生的一个重要原因。因此靶向抑制GSDME介导的细胞焦亡有望缓解化疗药物引起的毒副作用，但是调控GSDME蛋白的分子机制以及抑制GSDME介导细胞焦亡的信号通路目前仍未阐明。 本文在前期研究CCCP/FeSO4诱导黑色素瘤细胞发生GSDME介导细胞焦亡的基础上，通过筛选发现临床药物甘露糖(mannose)可以抑制CCCP/FeSO4诱导的黑色素瘤细胞焦亡，包括抑制细胞焦亡形态、GSDME剪切和乳酸脱氢酶(Lactatedehydrogenase，LDH)释放。同时在正常肠细胞中，甘露糖也能够抑制化疗药物顺铂(cisplatin)诱导的GSDME介导的细胞焦亡。机制研究表明，甘露糖通过己糖胺合成途径(Hexosamine-biosynthesispathway，HBP)抑制细胞焦亡。该途径代谢酶包括GFAT1/2（Glutamine-fructose-6-phosphatetransaminase1/2）、GNPNAT1(Glucosamine-phosphateN-acetyltransferase1)、PGM3(phosphoglucom-utase3)和UAP1(UDP-N-acetylglucosaminepyrophosphorylase1)，细胞中敲除GFAT1/2和GNPNAT1后甘露糖不能再抑制细胞焦亡，而敲除PGM3和UAP1后甘露糖仍然可以抑制细胞焦亡。甘露糖主要是通过HBP激活AMPK(AMP-activatedproteinkinase)的磷酸化，而与AMP/ATP和ADP/ATP的比率变化无关。敲除GFAT1/2和GNPNAT1可以抑制甘露糖激活的AMPK磷酸化，而敲除PGM3和UAP1则不能抑制AMPK磷酸化。细胞中敲除AMPK则导致甘露糖丧失抑制细胞焦亡的能力。进一步的研究表明，甘露糖激活的AMPK通过结合GSDME来磷酸化GSDME第6位苏氨酸，该位点的磷酸化则引起caspase-3不能结合并剪切GSDME，由此导致GSDME丧失诱导焦亡的能力。 我们进一步在不同的小鼠模型和类器官（Organoid）模型中验证甘露糖的生理功能。结果表明，甘露糖能够缓解临床常用的化疗药物顺铂引起小鼠肠道的毒副作用，包括抑制结直肠的缩短、小肠绒毛的缩短、小肠隐窝丢失和小肠GSDME剪切。而在全身性GSDMET6E点突变小鼠中，顺铂则不会显著引起肠道毒副作用;在肠道特异性敲除AMPK的小鼠中，甘露糖则不能缓解顺铂引起的肠道毒副作用。在小肠类器官模型中，顺铂能够诱导类器官细胞焦亡，甘露糖可以抑制顺铂诱导的类器官细胞焦亡;而在AMPK敲除的类器官中，甘露糖则不能抑制顺铂诱导的类器官细胞焦亡。这些小鼠及类器官的研究一致证实，甘露糖可以通过激活AMPK磷酸化，抑制顺铂激活GSDME而引起的细胞焦亡，由此缓解顺铂对正常组织器官的毒副作用。 总之，本文研究不仅阐明了甘露糖通过HBP激活AMPK，进而磷酸化GSDME，抑制GSDME介导的细胞焦亡的新机制，还证实了甘露糖在临床化疗过程中可以缓解顺铂的毒副作用，为减轻临床化疗药物对患者的毒副作用提供了新思路和新方法。
NETL