Gasdermin D 在草酸肾病中的关键作用：抑制细胞坏死性凋亡，保护肾脏功能

为探究焦亡（pyroptosis）在晶体肾病发病机制中的作用，研究人员开展了 Gasdermin D（GSDMD）对草酸肾病影响的研究。结果发现，GSDMD 基因敲除会加重小鼠草酸肾病，抑制坏死性凋亡（necroptosis）可改善症状。这为相关肾病研究提供了新方向。

　　在人体的肾脏中，小小的晶体却可能引发大问题。肾脏肾小管内的晶体形成，如草酸钙（CaOx）晶体，会导致各种类型的肾脏损伤，像尿石症、肾钙质沉着症等。在肾钙质沉着症相关的慢性肾病中，CaOx 晶体沉积会引发炎症反应，最终导致肾功能丧失。目前，关于焦亡这种涉及 Gasdermin D（GSDMD）孔形成的细胞死亡形式在晶体肾病中的作用还不明确，这也促使研究人员开展了此次研究。

德国路德维希 - 马克西米利安大学医院的研究人员针对这一问题展开研究。他们发现，GSDMD 在草酸肾病中起着关键作用，其缺失会加重肾钙质沉着症相关的慢性肾病，而抑制坏死性凋亡能够改善这种情况。这一研究成果发表在《Cell Death and Disease》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是动物实验，使用 Gsdmd^-/-小鼠和野生型（WT）小鼠，喂食富含草酸的饮食诱导草酸肾病；二是肾小球滤过率（GFR）测量，通过经皮测量技术监测小鼠肾功能变化；三是免疫印迹（immunoblotting），检测相关蛋白表达水平；四是 RNA 测序，分析基因表达差异。

下面来看具体的研究结果：

1. Gsdmd 在慢性草酸肾病中的表达：转录和组织学分析表明，Gsdmd 在慢性草酸肾病的肾小管间质细胞中表达。研究人员分析已有的单细胞 RNA 测序数据集，发现 Gsdmd 在肾脏巨噬细胞、足细胞、内皮细胞以及部分经历代偿性适应（“修复失败”）的近端肾小管细胞中表达。对 WT 小鼠进行免疫染色也证实，在富含草酸饮食处理后，Gsdmd 在间质细胞、肾小球细胞和部分肾小管上皮细胞中呈阳性表达，而健康对照组中未观察到这种现象12。
2. Gsdmd 缺失对肾脏损伤的影响：研究发现，Gsdmd 缺失会加剧 CaOx 晶体诱导的慢性肾病中的肾脏损伤。给 WT 和 Gsdmd^-/-小鼠喂食富含草酸的饮食后，Gsdmd^-/-小鼠从第 7 天开始肾小球滤过率（GFR）下降速度比 WT 小鼠更快，血尿素氮（BUN）水平更高，肾脏损伤分子 - 1（KIM - 1）、转化生长因子 - β1（TGF - β1）和肿瘤坏死因子 α（TNFα）的 mRNA 表达水平升高。同时，Gsdmd^-/-小鼠的肾小管损伤、间质纤维化、间质巨噬细胞浸润和肾钙质沉着更严重，晶体结合分子 CD44 和膜联蛋白 II 的表达也增加34。
3. Gsdmd 对 CaOx 晶体形成的影响：Gsdmd 对尿液中 CaOx 晶体的形成没有直接影响。研究人员通过在体外超饱和钙和草酸溶液中加入不同基因型小鼠的尿液，利用相差显微镜和流式细胞术评估 CaOx 晶体的形成，结果发现 B6N、Gsdmd WT 和 Gsdmd^-/-小鼠的尿液对 CaOx 晶体形成的影响没有显著差异56。
4. Gsdmd^-/-小鼠肾脏细胞死亡形式：在 Gsdmd^-/-小鼠的草酸肾病中，坏死性凋亡增加，而焦亡没有明显变化。TUNEL 染色显示，Gsdmd^-/-小鼠肾脏中阳性细胞数量增多，表明肾脏细胞死亡增加，但 cleaved caspase - 3 染色显示细胞凋亡未受 Gsdmd 缺失影响。免疫印迹分析发现，Gsdmd^-/-小鼠和 WT 小鼠在焦亡相关标记物（如 cleaved caspase - 1 和成熟 IL - 1β）的表达上没有明显差异，但 Gsdmd^-/-小鼠肾脏中坏死性凋亡标记物（如 Ripk1、Ripk3 和 Mlkl）的表达增加78。
5. 抑制坏死性凋亡的作用：抑制坏死性凋亡可改善 Gsdmd^-/-小鼠的草酸肾病。给 Gsdmd^-/-小鼠喂食富含草酸的饮食并使用 RIPK1 抑制剂 Nec - 1s 进行治疗，结果显示，Nec - 1s 治疗改善了肾脏功能，减轻了肾小管损伤、间质纤维化、巨噬细胞浸润、肾钙质沉着和细胞死亡910。
6. Gsdmd^-/-巨噬细胞的功能变化：Gsdmd^-/-巨噬细胞对 CaOx 晶体刺激更敏感，更容易发生坏死性凋亡。研究人员对 WT 和 Gsdmd^-/-小鼠的骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）进行实验，发现 Gsdmd^-/- BMDMs 在接触 CaOx 晶体后，SYTOX green 阳性细胞数量和乳酸脱氢酶（LDH）释放量更高，pMLKL 免疫荧光染色显示其 MLKL 磷酸化水平更高，说明坏死性凋亡增加1112。
7. 基因表达差异分析：基因表达分析揭示了 Gsdmd^-/-和 WT 小鼠在慢性草酸肾病中的基因表达差异。对 Gsdmd^-/-小鼠肾脏进行 RNA 测序，发现与白细胞迁移、线粒体功能和补体途径相关的基因集在 Gsdmd^-/-和 WT 小鼠之间存在差异，这些差异可能与细胞死亡过程中释放的物质有关1314。

综合研究结论和讨论部分，此次研究具有重要意义。研究人员原本假设焦亡会导致慢性草酸肾病中的肾脏损伤，干扰 GSDMD 会改善肾脏损伤，但实际结果却相反，Gsdmd 缺失加重了肾脏损伤。研究表明，GSDMD 除了作为焦亡的执行者外，还可调节坏死性凋亡。抑制坏死性凋亡能够改善 Gsdmd^-/-小鼠的肾脏损伤，这意味着 Gsdmd 可能直接或间接调节坏死性凋亡相关的信号通路。此外，研究还发现 Gsdmd^-/-小鼠肾小管上皮细胞中晶体结合分子表达增加，这也可能加重肾脏损伤。同时，研究中发现的基因表达差异相关的基因集，为治疗慢性草酸肾病提供了潜在的治疗靶点。不过，该研究也存在一定局限性，如使用 Gsdmd^-/-小鼠无法完全排除 GSDMD 在其他细胞类型中的作用，且未深入研究 BMDMs 对坏死性凋亡敏感性的分子机制。但总体而言，这项研究强调了巨噬细胞在慢性草酸肾病中的关键作用，揭示了细胞死亡信号通路之间的相互影响，为细胞死亡调控研究，尤其是坏死性凋亡的研究提供了新的方向。