研究揭示殺傷性淋巴細胞顆粒酶A介導靶細胞焦亡的精確機理

　　細胞焦亡是由gasdermin （GSDM） 家族膜打孔蛋白介導的細胞程序性壞死，具有高度促炎的免疫學特征，是機體抵御病原感染、清除內源危險的重要機制。在抗細菌天然免疫應答中，炎癥小體激活的蛋白酶caspase-1和細菌脂多糖激活的蛋白酶caspase-4/5/11，可識別并切割GSDM家族成員GSDMD，釋放其N端效應結構域，并在細胞膜上寡聚打孔引起細胞焦亡。而在適應性細胞免疫應答中，細胞毒性淋巴細胞因通過穿孔素釋放顆粒酶，介導靶細胞發生細胞凋亡，長期以來被認為是淋巴細胞殺傷靶細胞的主要機制。

????此前研究發現，細胞毒性淋巴細胞釋放的顆粒酶A（GZMA）能夠直接切割和活化靶細胞內GSDM家族的另一個成員GSDMB，使靶細胞發生焦亡，這表明GSDM蛋白介導的細胞焦亡也是適應性細胞免疫的重要效應機制。顆粒酶家族是一類胰酶樣的絲氨酸蛋白酶，人體中有GZMA/B/H/M/K五個成員，在靶細胞內通過切割底物蛋白發揮功能，且不同成員具有不同底物譜。傳統觀點認為，顆粒酶識別的是底物蛋白切割位點的肽段序列，但目前GZMA已知的底物在切割位點附近并沒有保守的序列特征，因此學界對其如何識別GSDMB等生理底物尚不明晰。

　　1月26日，中國科學院生物物理研究所等研究團隊，揭示了具有二聚體結構特征的GZMA可利用專門的外位點，特異性識別焦亡蛋白GSDMB的結構基礎，并破解了殺傷性淋巴細胞GZMA介導靶細胞焦亡的精確機理。

　　研究發現，GZMA能夠以高親和力特異性結合GSDMB的C端自抑制結構域，并與GSDMB形成穩定的酶—底物復合物。研究團隊基于此，解析了GZMA與GSDMB的C端結構域復合物晶體結構。該結構清晰展示了GZMA以二聚體方式，對稱結合了2個GSDMB的C端結構域，其中二聚體界面的凹槽部位作為獨立于GZMA酶活中心的外位點，特異性結合GSDMB的C端結構域中由L1/L2兩段loop形成的結合位點。研究團隊進一步將已解析的GSDMB全長自抑制結構與復合物結構疊合后發現，這種外位點介導的結構識別，使GSDMB兩個結構域連接區的切割位點Lys244，剛好靠近GZMA二聚體中一個單體的酶活中心，從而實現對GSDMB的特異性切割。

????突變實驗和功能驗證表明，直接阻斷GZMA二聚體形成或破壞二聚體界面上的外位點，均會導致GZMA難以有效識別并切割GSDMB，進而無法引起細胞焦亡。研究進一步發現，小鼠的GZMA二聚體結構和酶活中心高度保守，但由于外位點負責識別GSDMB的關鍵氨基酸發生變化，因此失去了特異性識別和高效切割GSDMB的能力，而通過突變改造小鼠GZMA的外位點，可實現其對焦亡蛋白GSDMB的高效切割和活化。

　　該研究首次解析了顆粒酶與生理底物復合物的結構，揭示了GZMA特異性識別焦亡蛋白GSDMB的全新外位點，及其獨特二聚體結構特征的生物學意義，破解了殺傷性淋巴細胞GZMA識別和活化GSDMB、介導靶細胞焦亡的精確機理。同時，GSDMB編碼基因的單核苷酸多態性與哮喘、炎癥性腸炎等自身免疫性和炎癥性疾病密切相關，因而對小鼠GZMA的改造與GSDMB轉基因模型相結合，可為GZMA-GSDMB通路在體內的生理病理功能研究提供重要的工具和手段。

相關研究成果發表在《免疫》（Immunity）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國醫學科學院等的支持。

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