Cell：利用细胞焦亡治疗癌症，吴皓团队发现激活抗肿瘤免疫且无毒的GSDMD小分子激动剂

哈佛大学吴皓教授团队在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：Small-molecule GSDMD agonism in tumors stimulates antitumor immunity without toxicity 的研究论文【1】。

该研究发现了一种直接且特异性的gasdermin D（GSDMD）小分子激动剂——DMB，其能够在无需切割GSDMD的情况下激活GSDMD介导的肿瘤细胞的打孔和细胞焦亡，并激活抗肿瘤免疫反应，防止肿瘤复发，且没有毒性。

该研究揭示了一种依赖于低水平的肿瘤细胞焦亡来诱导抗肿瘤免疫的新策略，并提出了利用细胞焦亡进行癌症治疗而又不产生毒性的可能性。

焦亡（Pyroptosis）是一种由成孔蛋白家族（gasdermin，GSDM）介导的免疫原性和炎症性细胞死亡方式。

在髓系细胞和上皮黏膜中，gasdermin D（GSDMD）可被病原体或损伤诱导的炎症小体活化的下游炎症性半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase 1/4/5/11）切割，切割释放了其C端（CT）片段的自身抑制作用，并允许有毒的N端（NT）片段在细胞膜上打孔，从而引发炎症性细胞死亡，释放胞质乳酸脱氢酶（LDH）和损伤相关分子（例如ATP）。其他信号通路也切割并激活gasdermin，从Caspase-8、Caspase-3到颗粒酶（Gzm）和中性粒细胞弹性蛋白酶。此外，吴皓团队还在今年4月份发表于 Nature 期刊的论文中发现，全长的GSDMD可通过棕榈酰化修饰（Palmitoylation）来激活【2】。

有研究表明，在癌细胞中激活gasdermin（GSDM）理论上可以增强抗肿瘤免疫。首先，gasdermin在抗肿瘤免疫中的重要性由GSDME的肿瘤抑制功能所凸显，GSDME在癌症中常常被沉默或突变。在肿瘤中表达外源性GSDME可以增强肿瘤肿瘤浸润杀伤性细胞的功能，这可能是由于细胞毒性T淋巴细胞（CTL）递送的GzmB将GSDME切割并激活，从而引发肿瘤细胞的焦亡。其次，CTL递送的GzmA切割GSDMB引起表达GSDMB的肿瘤细胞的焦亡，并促进抗肿瘤免疫。第三，纳米颗粒递送和激活小鼠GSDMA3-NT在癌细胞中的激活可以增强抗肿瘤免疫。

虽然上述数据支持激活gasdermin（GSDM）在抗肿瘤免疫中的有益作用，但我们应该如何激活癌细胞中的内源性GSDM呢？

为了解决这个问题，研究团队从之前对全长GSDMD的结构特征的研究中得到启发，这些研究表明，破坏GSDMD的N端（NT）和C端（CT）之间相互作用的突变可能导致GSDMD在不被切割的情况下持续激活。

吴皓团队推测，全长的GSDMD理论上也可以形成膜穿透孔，采用化学生物学方法可以识别激活剂，以释放肿瘤中内源性GSDM蛋白的自抑制作用，而不需要进行切割。

gasdermin（GSDM）家族的蛋白质表达谱分析显示，GSDMA、GSDMC和GSDME在。

大多数肿瘤中低水平表达，而GSDMD和GSDMB则经常表达。此外，GSDMB的表达与患者不良预后有关，这可能是由于其在肿瘤中具有额外的转录活性或表达具有显性失活抑制性剪接变体。

在这项最新研究中，研究团队发现了GSDMD的一种小分子激动剂——DMB（6,7-dichloro-2-methylsulfonyl-3-N-tert-butylaminoquinoxaline），它能激活非切割依赖的GSDMD的孔道形成。DMB曾作为一种口服小分子GLP-1受体激动剂，但由于效果不及相应的生物制剂，没有进一步进行临床开发。

小分子GSDMD激动剂的高通量筛选

利用DMB作为GSDMD激动剂，研究团队发现，在多种小鼠肿瘤模型中，GSDMD激动剂可以触发肿瘤细胞的焦亡，并激活抗肿瘤免疫，而不会引起可检测到的毒性。这种活性需要肿瘤细胞而不是宿主细胞表达GSDMD，并且激动剂处理的肿瘤细胞可以作为对抗二次肿瘤挑战的有效疫苗，防止肿瘤复发。

当以较低剂量（1/1000剂量）使用时，DMB与抗PD-1单抗联合，可在小鼠肿瘤模型中产生有效的抗肿瘤免疫，在该模型中，单独使用DMB或抗PD-1单抗都无效。

这些数据表明，通过小分子激动剂介导的内源性GSDMD激活，可以作为一种开关，在治疗GSDMD阳性肿瘤时启动有效的抗肿瘤免疫反应，而不会引起不必要的炎症或其他毒性反应。

总的来说，该研究鉴定出一种直接且特异性的GSDMD激动剂——DMB，它能够在无需切割GSDMD的情况下激活GSDMD介导的打孔和焦亡。在小鼠肿瘤模型中，DMB诱导的脉冲式和低水平焦亡抑制了肿瘤生长，同时不会损害表达GSDMD的免疫细胞，这种保护作用是免疫介导的，在缺乏淋巴细胞的小鼠中则消失。使用DMB处理的癌细胞进行疫苗接种能够保护小鼠免受二次肿瘤挑战，表明了其诱导了免疫原性细胞死亡，从而防止肿瘤复发。DMB治疗还与抗PD-1疗法协同增效。DMB治疗不会改变循环系统中促炎性细胞因子或白细胞数量，也不会引起体重减轻，没有产生可检测的毒性作用。

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，并提出了利用焦亡进行癌症治疗而不引起明显毒性的可能性。

论文链接：

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

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07373-5