在脂多糖相关的心肌细胞损伤中线粒体损伤和线

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

　　炎症是心肌损伤（包括缺血性损伤，压力超载等机械性损伤，代谢性疾病，感染性疾病和心肌炎等）的基础。脂多糖（LPS）相关的炎症性损伤可以显著影响心肌的功能和生存。据报道LPS导致的细胞炎症性应激是由gasdermin D（GSDMD）介导的。GSDMD可以直接导致炎症性细胞焦亡。在炎症性心脏疾病中GSDMD是最重要的炎症效应分子，GSDMD可以导致心肌损伤。GSDMD是gasdermin蛋白家族的一名成员。GSDMD可以介导人和小鼠细胞的焦亡。在炎症过程中GSDMD可以被半胱氨酸蛋白酶（例如半胱氨酸蛋白酶1）降解，产生N末端降解产物（GSDMD-N）和C末端降解产物（GSDMD-C）。

　　此外有研究证实在某些表达GSDME的癌症细胞中，半胱氨酸蛋白酶1和半胱氨酸蛋白酶3可以降解GSDME介导的焦亡。有人认为GSDMD-C 可以折叠于GSDMD-N上，从而抑制全长GSDMD中GSDMD-N的活性。GSDMD-N可以定位于细胞膜，形成孔样结构，从而破坏细胞的完整性。有研究捕捉到GSDMD的孔样图像，GSDMD呈寡聚体，直径大小为数十个微米（nm）。哺乳动物的心肌组织中GSDMD呈高表达，说明GSDMD在心脏的病理生理过程中发挥重要作用。有研究表明GSDMD可以通过NLRP3通路介导HL-1心肌细胞的损伤。在小鼠模型中如果心肌细胞的GSDMD被敲除（GSDM-KO），那么小鼠就会免受缺血再灌注的损伤。但是GSDMD在LPS相关的心肌细胞损伤中的作用至今还不十分明确。

　　2022年7月18日，Clinical and Translational Medicine 杂志在线发表了复旦大学附属中山医院葛均波教授团队的最新成果 “ Translocation of gasdermin D induced mitochondrial injury and mitophagy mediated quality control in lipopolysaccharide related cardiomyocyte injury”[6] 。

　　炎症是多种心脏疾病的基础。位于胞浆膜的GSDMD-N可以导致心肌细胞的炎性损伤。但是GSDMD在LPS相关炎症应激导致的心肌损伤中的作用和动态变化至今还不十分明确。在本项研究中作者及其团队探讨了LPS相关心肌细胞损伤的分子机制，其理论依据是GSDMD-N导致的线粒体损伤和自噬介导的线粒体质控之间存在的潜在相互作用。

　　用LPS和尼日利亚菌素处理HL-1心肌细胞，旨在诱发炎症性应激。构建了双荧光标记且表达GSDMD的HL-1心肌细胞，以便探讨GSDMD的定位情况。用JC-1染色监测线粒体膜电位（MMP）。用透射电子显微镜和荧光显微镜图像记录线粒体自噬和细胞自噬流。

　　结果表明在HL-1心肌细胞中当用LPS和尼日利亚菌素诱发炎症性应激时，GSDMD-N显示出时间依赖性的从线粒体到胞膜的易位模式。更多的GSDMD-N 定位于线粒体，渗透线粒体膜并消减MMP。这种作用不能被环孢菌素-A（mPTP抑制剂）所逆转，说明GSDMD-N只是MMP调节机制的一种，其余的还包括线粒体通透性转运孔（mPTP）。此外用免疫共沉淀法验证GSDMD-N和自噬相关的微管相关蛋白1轻链 β（LC3B）之间的结合。用自噬拮抗剂或激动剂预处理GSDMD敲除或GSDMD过表达细胞，结果表明线粒体自噬可以缓解 GSDMD-N 导致线粒体损伤。此外还可以观察到GSDMD易位和线粒体GSDMD靶向的线粒体自噬均呈时间依赖性模式。

　　总之在本项研究中作者发现GSDMD-N导致的线粒体损伤和在LPS相关炎症导致心肌细胞损伤过程中线粒体自噬介导的线粒体质控之间存在相互作用，这极大促进了心肌炎症性疾病靶向治疗的发展。本项研究表明通过药物促进自噬或抑制GSDMD可以作为炎症性心脏疾病的潜在靶向治疗策略。

　　REFERENCES

　　1. Adamo L, Rocha-Resende C, Prabhu SD, Mann DL. Reappraising the role of inflammation in heart failure. Nat Rev Cardiol. 2020;17(5):269-285. doi:10.1038 /s41569-019-0315-x.

　　2. Murphy SP, Kakkar R, Mccarthy CP, Januzzi JL. Inflammation in heart failure: JACC state-of-the-art review. J AmColl Cardiol. 2020;75 (11): 1324-1340. doi:10.1016/j.jacc.2020.01.014.

　　3. Humphries F, Shmuel-Galia L, Ketelut-Carneiro N, et al. Succination inactivates gasdermin D and blocks pyroptosis. Science. 2020;369(6511):1633-1637.

　　4. Liu X, Zhang Z, Ruan J, et al. Inflammasome-activated gasdermin D causes pyroptosis by forming membrane pores. Nature. 2016;535(7610): 153-158. doi:10.1038/nature18629.

　　5. Ding J, Wang K, Liu W, et al. Pore-forming activity and structural autoinhibition of the gasdermin family. Nature. 2016;535(7610):111-116. doi:10.1038/nature18590.

　　6. Yu Z, Xiao Z, Guan L, et al. Translocation of gasdermin D induced mitochondrial injury and mitophagy mediated quality control in lipopolysaccharide related cardiomyocyte injury. Clin Transl Med . 2022;12:e1002.