GSDMD缺失通过抑制巨噬细胞焦亡和促进M2极化减轻支气管肺发育不良

《Cell Death Discovery》：GSDMD deficiency attenuates BPD by suppressing macrophage pyroptosis and promoting M2 polarization

本研究聚焦于早产儿常见并发症支气管肺发育不良(BPD)，探究了巨噬细胞焦亡关键执行蛋白GSDMD在BPD发病机制中的作用。研究人员通过构建GSDMD基因敲除小鼠模型及使用其抑制剂双硫仑，发现靶向抑制GSDMD能够显著减轻高氧诱导的肺损伤，改善肺泡化障碍，其机制与抑制巨噬细胞焦亡、减少IL-1β释放及促进巨噬细胞向M2表型极化密切相关。该研究为BPD的免疫治疗提供了新的潜在靶点。

　　

在新生儿重症监护室中，许多早产儿需要呼吸支持来维持生命，然而，这种救命的氧气治疗却可能带来严重的并发症——支气管肺发育不良(BPD)。BPD是一种严重的慢性肺部疾病，其特征是肺泡和肺血管发育受阻，严重影响患儿的长期生活质量。目前，针对BPD的有效治疗手段仍然有限，亟需深入探索其发病机制并寻找新的治疗靶点。

近年来，免疫炎症反应在BPD发病中的作用日益受到关注。特别是巨噬细胞，作为肺部重要的免疫细胞，在高氧环境下会发生过度活化，释放大量炎症因子，加剧肺损伤。其中，细胞焦亡(pyroptosis)作为一种程序性细胞死亡方式，与炎症反应密切相关。Gasdermin D(GSDMD)是细胞焦亡的关键执行者，当其被炎症半胱天冬酶(caspase)切割后，会在细胞膜上形成孔隙，导致细胞破裂并释放白细胞介素-1β(IL-1β)等促炎因子。然而，GSDMD介导的巨噬细胞焦亡在BPD中的具体作用尚不清楚。

为了回答这一问题，重庆医科大学的研究团队在《Cell Death Discovery》上发表了一项创新性研究。他们通过系统的实验设计，揭示了GSDMD在BPD发病中的关键作用，并探讨了其潜在的治疗价值。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：通过构建GSDMD基因敲除(GSDMD^-/-)小鼠品系，建立高氧诱导的新生儿BPD动物模型；利用骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)进行体外功能研究；采用组织病理学分析评估肺发育情况；运用蛋白质印迹(Western blot)、酶联免疫吸附测定(ELISA)、流式细胞术等技术检测相关蛋白表达和细胞功能；并通过药理学方法使用GSDMD抑制剂双硫仑(disulfiram)进行干预研究。

GSDMD敲除对BPD具有保护作用

研究人员发现，在高氧环境下，野生型(WT)新生小鼠出现明显的BPD病理特征，包括体重减轻、生存率下降、肺泡简化等。而GSDMD^-/-小鼠则表现出显著改善的生理状态，生存率提高，肺组织病理损伤明显减轻。通过平均线性截距(MLI)、径向肺泡计数(RAC)等形态学指标评估，GSDMD缺失有效改善了肺泡发育障碍。此外，GSDMD敲除还降低了氧化应激水平，表现为丙二醛(MDA)和蛋白质羰基含量减少，超氧化物歧化酶(SOD)活性增强。

GSDMD敲除减轻肺部巨噬细胞动员和浸润

免疫组化分析显示，BPD小鼠肺部存在显著的巨噬细胞浸润，而GSDMD缺失显著减少了巨噬细胞的数量。同时，GSDMD^-/-小鼠肺组织中单核细胞趋化蛋白CXCL2和CCL3的水平也明显降低，表明GSDMD在调节免疫细胞向肺部募集过程中发挥重要作用。

GSDMD敲改变巨噬细胞表型和活化状态

通过支气管肺泡灌洗液(BALF)细胞计数和细胞因子检测，研究人员发现GSDMD敲除显著降低了炎症细胞总数和促炎因子(IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α[TNF-α])的水平，同时抗炎因子(IL-4、IL-10)表达上调。这表明GSDMD缺失能够调节巨噬细胞的活化状态，向抗炎表型倾斜。

GSDMD敲促进巨噬细胞从M1向M2极化

流式细胞术分析显示，BPD小鼠肺泡巨噬细胞中M1型(CD86⁺)比例升高，而GSDMD敲除显著降低了M1/M2比率，促进了巨噬细胞向M2抗炎表型极化。体外实验进一步证实，GSDMD缺失能够调节巨噬细胞的极化平衡，这可能是其减轻肺炎症的重要机制之一。

GSDMD敲抑制焦亡刺激诱导的IL-1β释放

在分子机制层面，研究发现脂多糖(LPS)刺激可诱导巨噬细胞中GSDMD-N末端片段生成、半胱天冬酶-1(caspase-1)活化以及IL-1β的成熟和释放。而GSDMD缺失显著抑制了这一过程，减少了细胞膜孔隙形成、乳酸脱氢酶(LDH)释放和焦亡发生。值得注意的是，GSDMD敲除特异性抑制了IL-1β的释放，但对TNF-α和IL-6的影响较小，表明GSDMD主要参与炎症小体依赖性的炎症反应通路。

GSDMD敲增强巨噬细胞的病原体清除能力

功能实验表明，虽然GSDMD敲除不影响巨噬细胞对酵母聚糖(zymosan)颗粒的吞噬能力，但显著增强了其对大肠杆菌、白色念珠菌和坂崎肠杆菌的杀伤作用。这表明GSDMD抑制可能通过维持巨噬细胞存活和功能，增强其抗菌免疫力。

ROS通过GSDMD介导巨噬细胞焦亡

活性氧(ROS)在焦亡过程中起关键作用。研究发现，GSDMD缺失或ROS清除剂N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)处理均可减少ROS产生，抑制NLRP3炎症小体活化、GSDMD切割和IL-1β分泌，证实了ROS-GSDMD轴在巨噬细胞焦亡中的重要性。

双硫仑减轻实验性BPD的严重程度

药理学研究表明，GSDMD抑制剂双硫仑能够显著改善BPD小鼠的肺病理损伤，提高生存率。值得注意的是，双硫仑的保护作用在GSDMD^-/-小鼠中消失，证实了其作用是通过特异性抑制GSDMD实现的。

本研究通过遗传学和药理学手段证实，GSDMD介导的巨噬细胞焦亡是BPD发病的关键环节。GSDMD缺失或抑制不仅减轻了炎症反应，还通过促进巨噬细胞向M2表型极化改善了肺发育情况。这些发现不仅深化了对BPD发病机制的理解，更重要的是为临床治疗提供了新的思路——靶向GSDMD可能成为BPD的潜在治疗策略。特别是在双硫仑已是美国食品药品监督管理局(FDA)批准药物的情况下，其临床转化前景令人期待。未来研究可进一步探索GSDMD在各类肺部炎症性疾病中的作用，为新生儿肺部疾病的防治开辟新的途径。