首次实现！吴皓院士最新Cell

在免疫冷肿瘤中，Gasdermin介导的炎症细胞死亡(焦亡)可激活保护性免疫。

2024年9月6日，哈佛医学院吴皓团队在Cell在线发表题为“Small-molecule GSDMD agonism in tumors stimulates antitumor immunity without toxicity”的研究论文，该研究对可以激活在肿瘤中广泛表达的gasdermin D (GSDMD)的化合物进行了高通量筛选。该研究发现6,7-二氯-2-甲基磺酰基-3-N-叔丁基氨基喹啉(DMB)是一种直接和选择性的GSDMD激动剂，可以激活GSDMD孔形成和焦亡，而不会破坏GSDMD。

在小鼠肿瘤模型中，DMB诱导的脉冲和低水平焦亡抑制肿瘤生长，而不损害表达GSDMD的免疫细胞。保护是免疫介导的，在缺乏淋巴细胞的小鼠中被消除。接种DMB处理过的癌细胞可以保护小鼠免受继发性肿瘤的攻击，这表明免疫原性细胞死亡是诱导的。DMB治疗与抗PD-1协同作用。DMB治疗不会改变循环促炎细胞因子或白细胞数量，也不会导致体重减轻。因此，该研究揭示了一种依赖于低水平肿瘤细胞焦亡来诱导抗肿瘤免疫的策略，并提高了在不引起明显毒性的情况下利用焦亡的可能性。

对肿瘤细胞的免疫是监测和控制肿瘤生长和转移的关键。免疫保护是由细胞毒性淋巴细胞识别和消除肿瘤细胞作为“外来”介导的，这取决于肿瘤抗原、共刺激和危险信号。这三个要素是有效激活吞噬垂死肿瘤细胞的抗原提呈细胞、诱导细胞毒淋巴细胞的细胞毒功能和细胞因子分泌、建立长久记忆的必要条件。肿瘤细胞的死亡方式决定了免疫反应。肿瘤细胞的免疫原性死亡促进了有效的免疫，而凋亡是一种免疫沉默的细胞死亡形式，可由肿瘤环境中的缺氧或营养剥夺或化疗引起，有时甚至可诱导对肿瘤抗原的耐受。

检查点阻断(CPB)和嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法的成功表明，激活T细胞识别癌细胞可以有效改善癌症预后并导致治愈。然而，只有一小部分癌症对免疫疗法有反应。大多数实体瘤不能被免疫细胞有效识别，许多肿瘤缺乏功能性浸润性免疫效应细胞。在一些患者中，CPB和CAR-T疗法也会引起自身免疫副作用和细胞因子释放综合征。因此，需要额外的治疗来增加抗肿瘤免疫，而不激活有害的全身副作用。

文章模式图（图源自Cell）

焦亡是一种免疫原性和炎症性细胞死亡，由气孔形成蛋白的gasdermin家族介导。在髓细胞和上皮粘膜中，gasdermin D (GSDMD)可被病原体下游的炎性半胱天冬酶(1/4/5/11)或损伤诱导的炎性小体激活裂解。裂解释放C端(CT)片段的自抑制作用，使GSDMD的毒性N端片段(NT)在细胞膜上形成孔，诱导炎症性细胞死亡，释放胞质乳酸脱氢酶(LDH)和损伤相关分子，如ATP。从caspase-8和caspase-3到颗粒酶(Gzm)和中性粒细胞弹性酶，其他信号通路也裂解和激活gasdermins。

一些证据表明，激活癌细胞中的gasdermin原则上可以增强抗肿瘤免疫。首先，GSDME的抑瘤功能突出了gasdermins在抗肿瘤免疫中的重要性，GSDME在癌症中经常沉默或突变。外源性GSDME在肿瘤中的表达增强了肿瘤浸润杀伤细胞的功能，可能是由于GSDME被细胞毒性T淋巴细胞(CTL)递送的GzmB切割和激活，从而引发肿瘤细胞焦亡。其次，CTL传递的GzmA切割GSDMB，导致表达GSDMB的肿瘤焦亡，促进抗肿瘤免疫。第三，纳米颗粒在癌细胞中递送和激活小鼠GSDMA3-NT可增强抗肿瘤免疫。

虽然这些数据支持激活gasdermin在抗肿瘤免疫中的有益作用，但如何激活癌细胞中的内源性gasdermin呢?为了解决这个问题，从之前的全长GSDMD的结构特征中得到了提示，其中突变破坏NT和CT的相互作用可以导致GSDMD的组成激活而不发生裂解。研究人员假设全长GSDMD理论上可以形成膜渗透孔，并且化学生物学方法可以用于鉴定激活因子，以释放肿瘤中内源性gasdermin的自抑制，而无需切割。

gasdermin家族成员的蛋白表达谱显示，GSDMA、C和E在大多数肿瘤中低表达，而GSDMD和GSDMB在肿瘤中经常表达。有趣的是，GSDMB的表达与不良预后相关，可能是由于其在肿瘤中额外的转录活性或显性负抑制性剪接变体的表达。该研究报道了一种小分子激动剂的发现，喹诺啉6,7-二氯-2-甲基磺酰-3-N-叔丁基氨基喹诺啉(DMB)，它可以激活不依赖于裂解的GSDMD孔形成。研究人员利用DMB作为工具化合物，在多种小鼠肿瘤模型中发现GSDMD激动作用可触发肿瘤细胞热噬性死亡并激活抗肿瘤免疫，而无可测量的毒性。

这种活性需要GSDMD在肿瘤细胞而不是宿主细胞中的表达，并且激动剂处理的肿瘤细胞可以作为对抗继发性肿瘤攻击的有效疫苗。当使用较低剂量时，DMB与抗PD-1协同作用，在单独使用DMB或抗PD-1无效的肿瘤模型中建立有效的抗肿瘤免疫。这些数据表明，小分子介导的内源性GSDMD激活可以作为一种开关，在不诱导不必要的炎症或其他毒性的情况下，为治疗GSDMD阳性癌症提供有效的抗肿瘤免疫。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00898-5