Gasdermin D是一种蛋白质，在通过形成孔道来启动炎症方面发挥着关键作用。当它被激活时，抑制其功能的部分被去除。剩余的蛋白质片段聚集在一起，形成细胞膜中的大孔道，促进炎症信号的释放。到目前为止，在活细胞中研究这些相互作用一直存在挑战，使得从寡聚化到孔道形成及其整合到膜中的事件序列难以理解。来自波恩大学医院（UKB）和波恩大学的全球研究团队成功地利用已识别的抗体片段（称为纳米抗体）阐明了这一过程。他们对自己的发现能导致潜在的治疗用途抱有乐观态度。研究结果发表在期刊《自然通讯》上。
炎症小体是先天免疫系统中的复杂结构，激活和调节我们体内的炎症。这些复杂体引发的一个重要过程是蛋白质gasdermin D（GSDMD）的切割。GSDMD的活性片段称为N端域（NTD），可以在细胞膜中形成孔道。这不仅允许促炎细胞因子的释放，还引发细胞死亡（pyroptosis），这是一种加剧炎症的细胞死亡类型。“然而，GSDMD形成这些孔道的具体方式和位置，以及是否可以阻止这一过程，之前并不清楚，”波恩大学UKB先天免疫研究所的Florian I. Schmidt教授解释道，他是卓越集群ImmunoSensation²和波恩大学跨学科研究领域“生命与健康”（TRA）的一员。
为了解决这些不确定性，Schmidt教授的团队利用来自美洲驼特定抗体的蛋白质抑制剂。这些纳米抗体比常规抗体小得多，约小十倍。它们可以附着在蛋白质上，以破坏其功能或标记分子以进行可视化。研究人员鉴定了六种不同的针对GSDMD的纳米抗体。在实验中，他们将这两种纳米抗体的遗传指令引入人类巨噬细胞，这是一种白血细胞。
没有寡聚化就没有细胞膜中的孔道形成
“我们的研究结果表明，纳米抗体抑制孔道的形成，有效避免了细胞死亡和细胞因子的释放，”首席作者、Schmidt教授团队的博士生Lisa Schiffelers表示。波恩的研究人员还澄清了机制：纳米抗体抑制GSDMD NTD的寡聚化——这意味着单个亚单位无法结合在一起形成更大的结构。不过，它们并不会阻碍GSDMD NTD插入细胞膜。“这使我们得出结论，GSDMD NTD首先嵌入细胞膜，然后再进行寡聚化，”Schiffelers补充道。研究人员还确认了特定的靶膜。“结果显示，GSDMD NTD整合入细胞的质膜，这是一层最外层的膜，与一些先前的假设相反，后者认为它首先进入线粒体，”Schmidt教授表示。令人惊讶的是，他们发现当外部引入纯化蛋白时，纳米抗体也抑制巨噬细胞的死亡。“这发生是因为最初形成的孔道允许纳米抗体进入细胞，之后它们停止进一步的孔道形成，而细胞则努力消除现有通道，”Schiffelers解释道。
拥有待申请专利的GSDMD纳米抗体的波恩研究人员相信，这些发现提出了一种潜在的方法，其中针对GSDMD的纳米抗体可能被用于治疗与孔道形成和pyroptosis相关的疾病，如脓毒症和各种自体炎症病。“目前，我们的纳米抗体只识别人类GSDMD，而不识别小鼠版本，因此尚未在活体生物中进行测试。只有通过此类测试，我们才能真正评估它们的治疗潜力，”Schmidt教授提到。“与此同时，我们还确定了针对小鼠GSDMD的纳米抗体，这将使我们能够进行这些基本测试，这仍然是我们持续研究的重点。”
参与机构和资金
该研究涉及UKB和波恩大学的贡献，以及澳大利亚的沃尔特和伊丽莎白·霍尔医学研究所和美国剑桥的怀特黑德生物医学研究所。此项研究的资金由德国研究基金会（DFG）通过波恩大学的卓越集群ImmunoSensation²、Schmidt教授在UKB的Emmy Noether研究组以及协同研究中心（SFB）1403提供。
Florian I. Schmidt教授是Odyssey Therapeutics的共同创始人，该公司未参与本研究。
