子科生物報道：7月6日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Immunology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心孫兵研究組的研究成果：“Allergen proteases-activated stress granules assembly and Gsdmd fragmentation control IL-33 secretion”。該研究揭示了過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的二型免疫反應(yīng)過程中上皮細胞釋放IL-33的分子機制。首先，蛋白酶暴露激活了上皮細胞獨立于eIF2α(真核生物起始因子2α) 磷酸化的應(yīng)激顆粒(SGs)組裝，從而促進IL-33的核質(zhì)轉(zhuǎn)運；其次，蛋白酶刺激誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生新的Gasdermin D (Gsdmd) N端剪切形式p40功能片段，其可在細胞膜上形成孔道直接促進細胞質(zhì)的IL-33釋放到細胞外。這兩種機制共同高效地的調(diào)控細胞核內(nèi)IL-33的分泌，為干預(yù)IL-33依賴的氣道過敏性疾病提出新的治療策略。

　　呼吸道過敏性疾病如哮喘、花粉熱(過敏性鼻炎)等是困擾全人類的常見疾病，其發(fā)病率在中高等發(fā)達國家中呈逐年上升趨勢。當(dāng)患者暴露于塵螨、霉菌、細菌、植物花粉和動物皮屑等過敏原時，這些疾病通常會加劇并惡化。過敏原中的蛋白酶活性成分是重要致病因子, 多種源自塵螨（HDM），煙曲霉菌真菌（Aspergillus fumigatus）及地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）中的絲氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶，被報道可高效地在體內(nèi)外誘導(dǎo)白細胞介素33（Interleukin 33: IL-33）的釋放。IL-33是一種組成性表達，并定位于細胞核的二型炎癥因子，可快速響應(yīng)環(huán)境損傷刺激從而釋放到細胞外，進而引發(fā)過敏性炎癥反應(yīng)，其在引發(fā)哮喘等呼吸道炎癥性疾病中起關(guān)鍵作用。盡管IL-33的胞外功能已被廣泛報道，但是其如何響應(yīng)外界損傷信號（包括蛋白酶）刺激進而從細胞核釋放到細胞外的過程，仍然知之甚少。

　　該研究建立了過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的小鼠肺部過敏模型和人肺上皮細胞釋放IL-33的細胞模型。通過體外研究發(fā)現(xiàn)IL-33可以在30min內(nèi)快速相應(yīng)多種的過敏原蛋白酶的刺激釋放到細胞外，此過程伴隨著具有細胞焦亡功能的Gsdmd蛋白的活化，即N-端剪切新形式p40的產(chǎn)生，但并不伴隨明顯的細胞死亡。這一現(xiàn)象也存在于免疫細胞如巨噬細胞（骨髓來源的巨噬細胞）中。敲除巨噬細胞中的Gsdmd可以顯著抑制IL-33在過敏原蛋白酶刺激下的釋放，并且Gsdmd p40的剪切以及IL-33的釋放這一過程不依賴于經(jīng)典的炎性caspase家族的蛋白酶，因而這是一種新發(fā)現(xiàn)的Gsdmd剪切活化的途徑。進一步的機制研究發(fā)現(xiàn)，過敏原蛋白酶可以快速誘導(dǎo)細胞的應(yīng)急顆粒（Stress granules）組裝活化，進而促進IL-33的核質(zhì)轉(zhuǎn)移，進入細胞質(zhì)的IL-33并不能直接釋放，而需要過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的Gsdmd p40的幫助，才能釋放到細胞外。多種過敏原蛋白酶都可以誘導(dǎo)應(yīng)急顆粒的組裝，但是不同于經(jīng)典的eIF2α-p依賴的應(yīng)急顆粒組裝，過敏原蛋白酶促進eIF2α的降解，從而促進應(yīng)急顆粒組裝。使用eIF2α的抑制因子抑制劑Actinomycin D，可以有效抑制過敏原蛋白酶誘導(dǎo)的IL-33釋放。在小鼠體內(nèi)，作者發(fā)現(xiàn)Gsdmd蛋白在HDM誘導(dǎo)的二型免疫反應(yīng)的小鼠肺部呈現(xiàn)升高表達趨勢，敲除小鼠的Gsdmd，可以有效抑制包括HDM和木瓜蛋白酶（Papain）誘導(dǎo)的氣道免疫反應(yīng)。在哮喘病人中，作者也觀察到了Gsdmd肺部表達與肺灌洗液中的IL-33以及血液中的IgE呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢，提示通過抑制Gsdmd蛋白剪切可能作為治療二型免疫反應(yīng)的新策略。

　　分子細胞卓越中心陳雯博士、博士生陳雙鳳、閆成花博士，張亞光副研究員，張榮華博士和廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院陳敏為該論文共同第一作者；分子細胞卓越中心孫兵研究員，廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院吳斌院長、吳東主任副醫(yī)師和分子細胞卓越中心張亞光副研究員為該論文共同通訊作者。感謝分子細胞卓越中心公共技術(shù)服務(wù)中心動物實驗技術(shù)平臺、化學(xué)生物學(xué)平臺、細胞生物學(xué)平臺和分子生物學(xué)平臺的大力支持。該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部資助項目、上海市科技創(chuàng)新行動項目等經(jīng)費資助。

　　文章鏈接： https://doi.org/10.1038/s41590-022-01255-6

GSDMD調(diào)控IL-1家族蛋白釋放機制圖