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肠道上皮 IL-18 对维持肠道屏障稳态至关重要，其分泌与 Gasdermin D（GSDMD）孔相关。研究人员探究 caspase-4 对肠上皮 IL-18 产生的调控。结果发现 GSDMD 孔诱导 caspase-4 裂解，限制 IL-18 产生。这揭示了上皮炎症小体调控机制，意义重大。
在人体的肠道中，存在着一群 “守护者”—— 肠道上皮细胞，它们努力维持着肠道内环境的稳定。白细胞介素 - 18（IL-18）便是这些 “守护者” 的重要武器之一，它对维持肠道屏障的稳态起着关键作用，不仅能保护肠道上皮免受炎症侵害，还参与上皮干细胞的增殖，在感染时招募免疫细胞限制病原体传播。
然而，IL-18 的分泌与 Gasdermin D（GSDMD）孔密切相关，炎症小体激活后，GSDMD 被切割形成孔道，这虽然有助于 IL-18 释放，但也可能导致细胞焦亡，破坏肠道上皮屏障。目前，上皮细胞如何平衡 IL-18 分泌与维持屏障完整性的机制尚不清楚，这就像一个神秘的谜题，吸引着科研人员去探索。
为了解开这个谜题，来自加拿大多伦多大学等机构的研究人员开展了深入研究。他们发现，在人肠道上皮细胞系和原代人上皮肠道类器官中，GSDMD 质膜孔形成会诱导产生一种非传统的 p37 caspase-4 片段，且该片段与成熟 IL-18 水平降低有关；而限制 GSDMD 质膜孔形成则能防止 caspase-4 裂解，增加 IL-18 产生。这表明 GSDMD 质膜孔形成诱导了一种抑制性反馈机制，调节 caspase 活性和细胞因子产生。该研究成果发表在《Communications Biology》上，为理解肠道上皮细胞中炎症小体的调控机制提供了新视角。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：通过 CRISPR 基因编辑技术构建基因敲除细胞系，利用 RNA 干扰（RNAi）技术实现基因的稳定或瞬时敲低；采用电穿孔技术激活炎症小体；运用 Western blot 检测蛋白表达和裂解情况，ELISA 测定 IL-18 水平；借助细胞毒性检测（LDH 释放）、细胞活力检测（ATP 生产）和碘化丙啶（PI）摄取实验评估细胞状态。
在研究结果方面：
- GSDMD 缺失导致人上皮细胞 IL-18 过度产生：通过对人上皮 HCT116 细胞进行 LPS 电穿孔实验，发现 GSDMD 敲除（GSDMD?/?）细胞产生的成熟 IL-18 约为野生型（WT）细胞的 10 倍，且这种增加并非由前体 IL-18 表达升高引起。在原代人肠道上皮类器官和 C2bbe1 细胞中敲低 GSDMD，也得到了类似结果，表明 GSDMD 在人肠道上皮细胞中限制 IL-18 成熟。
- 上皮细胞 IL-18 过度产生与 LPS 诱导的 caspase 裂解无关：LPS 电穿孔后，WT 上皮细胞中 caspase-4 会发生裂解，但在GSDMD缺失的细胞中未观察到这种裂解，却出现了 IL-18 的过度产生。在免疫细胞 THP1 中，情况则不同，GSDMD 不影响 caspase-4 裂解，且对 IL-18 成熟的调节作用较小。这说明在不同细胞类型中，GSDMD 对 caspase-4 裂解和 IL-18 成熟的调节存在差异。
- caspase-4 裂解与肠上皮细胞 IL-18 产生减少相关：用泛 caspase 抑制剂 Z-VAD-FMK 预处理细胞，可抑制 LPS 诱导的细胞裂解、IL-18 释放和成熟，表明 caspase 催化活性对 IL-18 加工至关重要。通过 RNAi 敲低 caspase-4 以及使用 caspase-1/4 催化抑制剂 VX-765 处理，进一步证实 caspase-4 是 IL-18 加工所必需的。同时，研究发现非裂解形式的 caspase-4 能产生更多成熟 IL-18，而 p37 片段活性较低。
- GSDMD 质膜孔形成促进 caspase-4 裂解以限制 IL-18 加工：抑制细胞裂解（如用甘氨酸处理或敲低 NINJ1）对 caspase-4 裂解和 IL-18 产生无影响，而用二甲基富马酸（DMF）抑制 GSDMD 质膜孔形成，可减少 caspase-4 裂解并增加 IL-18 产生，表明 GSDMD 质膜孔形成诱导 caspase-4 裂解来限制 IL-18 加工。
- 质膜孔形成而非细胞死亡限制 IL-18 产生：通过检测细胞活力和 IL-18 产生的动力学，发现细胞活力下降不影响 IL-18 产生。在转染实验中，表达不同 GSDMD 突变体的细胞，其质膜孔形成能力与 IL-18 产生相关，而与细胞活力无关，进一步证明质膜孔形成限制 IL-18 产生。
- GSDMD 缺失导致志贺氏菌感染时 IL-18 分泌过多：在感染志贺氏菌（Shigella flexneri）Δospc3 的实验中，GSDMD 敲低的人原代肠道上皮单层细胞中，caspase-4 裂解减少，IL-18 分泌增加。这表明 GSDMD 孔形成在感染过程中调节 caspase-4 裂解和 IL-18 产生。
在结论和讨论部分，研究揭示了 GSDMD 质膜孔在人上皮细胞中诱导 caspase-4 裂解，进而限制 IL-18 产生的机制。这可能是一种不依赖细胞死亡的调节 IL-18 产生的方式。一方面，限制 GSDMD 质膜孔形成，可使上皮细胞在不损害屏障完整性的情况下分泌高水平 IL-18；另一方面，当细胞焦亡被病原体阻断时，增加的 IL-18 能增强炎症反应。此外，研究还挑战了 caspase-4 必须裂解才具有活性的传统观点，发现 caspase-4 可能以全长形式发挥作用，且其裂解片段 p37 可能是炎症小体激活的副产物而非活性物种。虽然目前尚未确定 GSDMD 孔诱导 caspase-4 裂解的具体机制，但该研究为后续探索指明了方向。总体而言，该研究发现了 GSDMD 依赖的人肠上皮 IL-18 产生的调控机制，对理解肠道上皮细胞的免疫调节和炎症反应具有重要意义。
