Immunity | 丁璟珒/邵峰团队合作揭示杀伤性淋巴细胞颗粒酶A介导靶细胞焦亡的精确机理

细胞焦亡是一种由gasdermin （GSDM） 家族膜打孔蛋白介导的细胞程序性坏死，具有高度促炎的免疫学特征，在机体抵御病原感染和清除内源危险等过程中发挥重要作用。在抗细菌天然免疫应答中，炎症小体激活的蛋白酶caspase-1和细菌脂多糖（LPS）激活的蛋白酶caspase-4/5/11，识别并切割GSDM家族成员GSDMD，释放其N端效应结构域，在细胞膜上寡聚打孔引起细胞焦亡。而在适应性细胞免疫应答中，细胞毒性淋巴细胞（包括NK细胞和杀伤性T细胞）通过穿孔素释放颗粒酶介导靶细胞发生细胞凋亡，长期以来被认为是淋巴细胞杀伤靶细胞的主要机制。

北京生命科学研究所邵峰团队在2020年发现，细胞毒性淋巴细胞释放的颗粒酶A（GZMA）能够直接切割和活化靶细胞内GSDM家族的另一个成员GSDMB，使靶细胞发生焦亡，这表明GSDM蛋白介导的细胞焦亡也是适应性细胞免疫的重要效应机制。颗粒酶家族是一类胰酶样的丝氨酸蛋白酶，人体中有GZMA/B/H/M/K五个成员，在靶细胞内通过切割底物蛋白发挥功能，不同的成员具有不同的底物谱。传统上认为颗粒酶识别的是底物蛋白切割位点的肽段序列，但是GZMA目前已知的底物在切割位点附近并没有保守的序列特征，因此它是如何识别包括GSDMB在内的生理底物并不清楚。

2026年1月26日，中国科学院生物物理研究所丁璟珒课题组和北京生命科学研究所邵峰团队在Immunity在线发表题为“Exosite-mediated targeting of GSDMB by dimeric granzyme A in lymphocyte pyroptotic killing”的合作研究论文，揭示了具有二聚体结构特征的GZMA利用专门的外位点特异性识别焦亡蛋白GSDMB的结构基础，破解了杀伤性淋巴细胞GZMA介导靶细胞焦亡的精确机理。

研究人员首先发现GZMA能够以高亲和力特异性结合GSDMB的C端自抑制结构域，并与GSDMB形成稳定的酶-底物复合物，在此基础上成功地解析了GZMA与GSDMB的C端结构域复合物的晶体结构。前期研究发现，GZMA不同于其它颗粒酶家族成员，会通过分子间二硫键和疏水作用形成同源二聚体。复合物结构清晰地展示了GZMA以二聚体方式对称地结合了2个GSDMB的C端结构域，其中二聚体界面的凹槽部位作为独立于GZMA酶活中心的外位点，特异地结合GSDMB的C端结构域中由L1/L2 两段loop形成的结合位点。将已解析的GSDMB全长自抑制结构与复合物结构叠合后发现，这种外位点介导的结构识别使得GSDMB两个结构域连接区的切割位点Lys244刚好靠近GZMA二聚体中一个单体的酶活中心，从而实现对GSDMB的特异性切割。由于识别GSDMB的外位点形成完全依赖GZMA的二聚化，因此突变实验和功能验证表明，直接阻断GZMA二聚体的形成或破坏二聚体界面上的外位点，都导致GZMA不能有效地识别和切割GSDMB，从而不能引起细胞焦亡。研究人员还进一步发现，小鼠的GZMA尽管二聚体结构和酶活中心高度保守，但由于外位点负责识别GSDMB的关键氨基酸发生变化，因此失去了特异性识别和高效切割GSDMB的能力，通过突变改造小鼠GZMA的外位点可以实现其对焦亡蛋白GSDMB的高效切割和活化。

这项研究工作首次解析了颗粒酶与生理底物复合物的结构，揭示了GZMA特异性识别焦亡蛋白GSDMB的全新外位点及其独特二聚体结构特征的生物学意义，破解了杀伤性淋巴细胞GZMA识别和活化GSDMB、介导靶细胞焦亡的精确机理。GSDMB编码基因的单核苷酸多态性与哮喘、炎症性肠炎等自身免疫性和炎症性疾病密切相关，而啮齿动物天然缺少GSDMB编码基因，因此对小鼠GZMA的改造与GSDMB转基因模型相结合，可以为研究GZMA-GSDMB通路在体内的生理病理功能提供重要的工具和手段。

图：杀伤性淋巴细胞GZMA二聚体利用外位点识别和活化GSDMB、介导靶细胞焦亡的精确机理

中国科学院生物物理研究所丁璟珒研究员、北京生命科学研究所邵峰教授和合肥大健康研究院周志伟研究员为本文的共同通讯作者。

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2025.12.009

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