腸上皮細(xì)胞（IEC）構(gòu)成宿主細(xì)胞和眾多外來抗原之間的主要屏障；目前尚不清楚IEC是如何誘導(dǎo)針對病原體的保護(hù)性免疫，并同時維持對食物的免疫耐受。近日，中國科技大學(xué)朱書教授團(tuán)隊在腸道免疫研究中取得新進(jìn)展，于2023年6月在CELL雜志發(fā)表了一文Gasdermin D licenses MHCII induction to maintain food tolerance in small intestine，在對GSDMD在食物耐受中的功能進(jìn)行詳細(xì)分析后，作者有了新的發(fā)現(xiàn)，ICE積累了一個未被熟知的 GSDMD 13-kD N 端片段，該片段由于 caspase-3/7 響應(yīng)飲食抗原而裂解。作者通過小鼠對比試驗(yàn)，證明GSDMD 的差異裂解可以被認(rèn)為是控制小腸免疫與耐受的調(diào)節(jié)樞紐。

近年來，Cleaved Gasdermin D (GSDMD)蛋白作為介導(dǎo)細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵執(zhí)行蛋白引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注（細(xì)胞焦亡：pyroptosis，是細(xì)胞死亡的一種裂解形式，可引發(fā)細(xì)胞自殺，是針對外來抗原的免疫防御的一個重要方面）。當(dāng)細(xì)胞受到病原相關(guān)分子模式（PAMPs）和損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）的刺激時，細(xì)胞內(nèi)的信號感受器會通過炎癥小體（inflammasome）的依賴或非依賴機(jī)制激活caspase-1/4/5/8/11，從而切割GSDMD的N端，產(chǎn)生p30片段。這一過程進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜成孔、細(xì)胞焦亡和炎性因子的釋放。

這些功能主要是在髓系細(xì)胞研究中被發(fā)現(xiàn)，但在生理狀態(tài)下，GSDMD在多種組織器官中廣泛表達(dá)。作為gasdermin家族的成員，GSDMD在腸道尤其是小腸中表達(dá)豐富。因此，人們迫切希望了解GSDMD在腸道以及其他組織中的非焦亡功能，以及它在腸道中具體發(fā)揮的生理作用。

圖1. GSDMD分子在不同的細(xì)胞中呈現(xiàn)雙重免疫特性：對抗病原體，在細(xì)胞膜上形成孔穴，參與免疫激活；對食物抗原，進(jìn)入細(xì)胞核，參與轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)免疫耐受。

研究人員首先對不同組織細(xì)胞中的GSDMD進(jìn)行了蛋白印跡檢測，發(fā)現(xiàn)檢測的各組織樣品中只有在小腸的IEC中能檢測到一條大約13kD大小的剪切帶。進(jìn)一步的研究表明，這個剪切帶是由食物抗原刺激下的十二指腸IECs中的CASPASE-3/7切割GSDMD的N端的88位天冬氨酸（人源GSDMD是87位）而產(chǎn)生的，并依此構(gòu)建了GSDMD的小腸剪切突變GsdmdSICR鼠以進(jìn)行后續(xù)研究。

圖2. CASP3/7在食物抗原誘導(dǎo)下切割GSDMD 88位天冬氨酸產(chǎn)生N13片段

那么，GSDMD的這一剪切帶具體在小腸中發(fā)揮著什么作用？研究人員首先構(gòu)建了GSDMD的N13以及對應(yīng)的C42片段的熒光質(zhì)粒，他們發(fā)現(xiàn)N13片段會進(jìn)入細(xì)胞核，并且懷疑核孔復(fù)合體的蛋白成員可能協(xié)助其進(jìn)入細(xì)胞核。通過比對野生鼠和GSDMD 敲除鼠的前端小腸IEC的RNA 測序結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)GSDMD敲除會導(dǎo)致IEC的二類分子與二類分子的轉(zhuǎn)錄因子CIITA和MHCII的水平下降。

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針對這一現(xiàn)象，作者使用多種基因編輯以及特殊處理小鼠前端小腸IEC的二類分子進(jìn)行FACS和qPCR實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，結(jié)果證實(shí)：GSDMD的N13片段缺失會導(dǎo)致前端小腸IEC的二類分子表達(dá)水平顯著降低。后續(xù)的單細(xì)胞RNA測序結(jié)果證實(shí)，生理狀態(tài)下的這一變化只會發(fā)生在IEC中，對于其他經(jīng)典的抗原遞呈細(xì)胞（包括B細(xì)胞和髓系細(xì)胞）則沒有影響。

此外通過單細(xì)胞RNA測序結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)，在N13片段缺失后，前端小腸的Tr1細(xì)胞明顯減少，qPCR和FACS試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步佐證了N13片段缺失造成IEC二類分子下降從而導(dǎo)致Tr1細(xì)胞減少。由于Tr1細(xì)胞是一群免疫抑制型的CD4+ T細(xì)胞，并且被認(rèn)為是誘導(dǎo)食物耐受的關(guān)鍵細(xì)胞之一，結(jié)合N13片段是由食物誘導(dǎo)產(chǎn)生且前端小腸具有營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收的生理功能，研究人員猜測N13片段最終參與誘導(dǎo)食物耐受過程。為此，研究人員針對多種基因表達(dá)背景小鼠構(gòu)建了兩組食物耐受模型，花生提取物誘導(dǎo)的花生過敏模型以及OVA誘導(dǎo)的遲發(fā)型超敏反應(yīng)模型，結(jié)果表明，無法產(chǎn)生N13片段的GsdmdSICR鼠、IEC MHCII在IEC特異敲除以及Tr1缺失的小鼠都對食物表現(xiàn)出強(qiáng)烈的過敏反應(yīng)。

這項研究為我們理解GSDMD在腸道中的非焦亡功能提供了重要線索，說明GSDMD維持宿主腸道穩(wěn)態(tài)發(fā)揮了重要作用，并揭示了其在食物耐受中的潛在作用，為食物過敏的治療手段提供新思路。

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Mouse Interferon g, IFN-g ELISA Kit（CSB-E04578m）

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