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导读
雾霾爽约，初冬的京城迎来了难得晴好天气。“第五届京港感染论坛”会场气氛在第三天达到高潮。中国最年轻院士、何梁何利科学奖获得者北京生命科学研究所的邵峰院士为大家带来了“细胞焦亡在细菌炎症和脓毒症的关键作用”的报告。
邵峰院士首先围绕固有免疫细胞识别病原微生物以及产生相应的免疫反应展开话题，众所周知，识别胞外菌的模式识别受体主要分布在细胞膜表面，而胞内菌如何被识别，这方面众多研究者的关注不够，因此邵峰团队早期的工作主要围绕这方面展开。
该团队在体外实验通过沙门氏菌（一种胞内菌）感染细胞，免疫荧光显微镜观察到细胞发生程序性死亡，早期认为这种形式的死亡为凋亡，其实它是另一种死亡方式，细胞焦亡。
细胞焦亡是一种程序性细胞坏死，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。细胞焦亡是机体重要天然免疫反应，在拮抗感染和内源危险信号中发挥重要作用。重要的一点是，这个培养基中需要加入IL-1β。因此他们将研究方向集中在胞内菌介导IL-1β产生相关的炎症通路上。进而发现了感受胞内菌的重要识别而受体。
按照功能capases可以分为两大类，分别参与细胞凋亡和细胞焦亡。凋亡相关的包括CASP2，CASP8，CASP10，CASP3，CASP6，CASP7，以及CASP9。CASP1，CASP11，CASP4 和CASP5是炎症相关的capases，参与细胞焦亡（pyroptosis）。
汇报中邵峰院士介绍研究中发现NAIPs和Pyrin是识别胞内菌鞭毛、T3SS以及细菌感染细胞后肌动蛋白受损。它们的下游共同通路是产生Caspase1，我们都知道Caspase1由典型的炎症小体激活，如NLRP3，NLRP1，NAIP–NLRC4，AIM2以及Pyrin。
Caspase1的激活主要发生在巨噬细胞或树突状细胞中，可诱发细胞焦亡。细胞焦亡也是Caspase 4/5/11激活后的主要应答反应，在巨噬细胞和非巨噬细胞中均可发生。
胞焦亡基因的发现-Gsdmd以及其功能
但是Caspase1等蛋白酶如何介导细胞焦亡机制不清。邵峰团队通过CRISPR-Cas9技术进行了全基因组筛选发现了Gsdmd，该基因与细胞焦亡密切相关，若存在则发生细胞焦亡，否则不发生。
GSDMD编码，上面提到的Caspase1和Caspase11则可特异性地在GSDMD编码的GasderminD蛋白LLSD/GID连接区域进行切割。
邵峰院士与合作者进一步对GasderminD的晶体结构进行解析，发现其主要由两个三维结构组成的，而其中真正起作用的是Gasdermin-N结构域。当GasderminD的两个片段被切割后，Gasdermin-N发挥活性作用，导致细胞焦亡。
长期以来IL-1β如何释放至细胞外始终不得而知，该团队推测可能Gsdmd是IL-1β释放至细胞外的必要条件。
他们发现敲除Gsdmd不影响IL-1β的产生，但明显影响分泌。
细胞焦亡如何发生
gasdermin家族的N端结构域在细菌中也显示出明显的致死毒性。这一现象暗示gasdermin N端结构域可能是通过直接破坏细胞膜而产生杀死细胞。为了验证这一假设，他们通过生物化学和荧光显微成像的细胞实验，进一步证实，在真核细胞焦亡过程中，活化的gasdermin N端结构域会从细胞质中转移到细胞膜上，细胞随后出现体积膨胀和焦亡的现象。此外，活化的gasdermin N端结构域重组蛋白只能从真核细胞内部破坏细胞膜。
利用脂质体泄漏实验，邵峰团队进一步发现gasdermin N端结构域能够高效特异地破坏含有4, 5-二磷酸磷脂酰肌醇或心磷脂的脂质体，在脂膜上聚合形成规则的孔道。利用负染电镜的方法，他们首次观察到gasdermin N端结构域能在特异磷脂或天然磷脂组成的膜上打孔，形成很多蜂窝状的孔道，这些孔道的内径约10-14nm。进一步的电镜分析揭示这些分子孔道具有16重对称性，表明gasdermin N端结构域在膜上形成16元聚合体的孔道。
该孔道的内径大约为12-14nm，IL-1β的直径约为4.5nm，完全可以使得其通过。因此，推测该孔道是IL-1β分泌至细胞外的重要途径。
细胞焦亡和感染性疾病
一方面，细胞焦亡是固有免疫防御的重要部分，从Gsdmd基因到细胞焦亡整个通路缺失任何一个环节都会导致细菌清除障碍。
另一方面，他们还发现细胞焦亡发生比细胞凋亡发生快，因此细胞来不及凋亡就发生了焦亡。因为我们都知道细胞凋亡是“悄无声息”的，而后被巨噬细胞吞噬，不会引起明显的炎症反应。而细胞焦亡则会引起明显炎症反应。通过LPS诱导小鼠sepsis模型可以发现，caspase-11和Gsdmd基因敲除小鼠的生存率几乎接近100%。
会场上，邵峰院士围绕细胞焦亡在细菌炎症和脓毒症的关键作用，深入浅出地介绍了他自己实验室近年来完成的出色的研究成果。让普通的临床工作者和微生物检验人员受益匪浅，大开眼界。
对话 感言
我们都在努力寻找救助患者的最好方式
图为本文作者王一民现场采访邵峰院士
得知此番有机会和邵峰院士近距离交流，我着实忐忑。会前，我尝试着去做一些关于病原细菌感染宿主和宿主固有免疫的分子机制的功课，了解一下目前邵峰团队取得的突破性进展。作为一名年轻而普通的临床医生，阅读前沿的基础理论知识总是有些困难的。但是当我真的和邵峰院士面对面聊天的时候，我发现邵院士更像一位师长或者一位熟悉的导师，逐步剖析一些基础的知识给我这名“笨鸟”。
邵峰院士介绍的时候举例临床脓毒症模型给我，展示了细菌感染机体后，机体防御体系以及机体细胞的变化，这种细胞焦亡过程远比我们认识的细胞凋亡要迅猛得多，威胁机体大得多。我也会尝试套用那些工作中碰到的复杂感染的患者，那些令人无从下手不知所措的临床场景，当我们无药可用或者无计可施的时候，我也曾想过改变病人免疫状态或许还是个希望。当我把这个简单的想法和邵峰院士交流时，他也很开心地和我交流他实验中的一些发现。他也会对他感兴趣的CRE（注：CRE指耐碳青霉烯肠杆菌科细菌）问题和肺炎克雷伯菌感染的严重病死率（注：耐碳青霉烯的肺炎克雷伯菌感染病死率50%左右）和我探讨，原来无论临床研究还是基础研究都在试图寻找不同阶段不同时机脓毒症的关键点，寻找改变关键点的因子，寻找改变危害人体的靶点，寻找救治患者的最好方式。
谈到京港感染论坛的主题“感染病诊治需要多学科协作”的时候，我拿自己为例说年轻医生其实是充满着科学研究热情，但是缺乏规范的基础研究训练的现实。我们每天可能被忙碌的临床工作压得喘不过气，即使有想法要去学习一些基础医学的知识也缺少系统化培训。邵院士向我介绍了他所了解的美国临床医生接受科研训练的方式，无论是Fellow选择基础医学训练还是从医后再去基础医学实验室攻读博士后都是很好的选择，但是需要抛弃杂念，精心做好一件事。
最后又聊到转化医学的前景，尽管大家都认为转化医学很有市场，或者说这是未来科学研究和实际应用的桥梁，但是现在仍有点“鸡同鸭讲”的感觉。临床医生会关心的一个临床问题比较宏观，而基础研究更关注某一个“点”上面的问题，也许是通路的一个靶点，也许是某个蛋白位点，何时能由点到面，最后解决实际临床问题，这可能花很多功夫做更多的努力。尽管困难，让人欣慰的是，临床大家们和基础科学家们都在踏踏实实地在各自领域努力着。期待未来是美好的！
（文/中日医院呼吸与危重症医学科 王一民）
