细胞焦亡是机体通过免疫反应抑制肿瘤发生和发展的重要途径，而异常的细胞焦亡则会制约多种肿瘤疗法的实施。一些肿瘤细胞通过抑制焦亡相关基因表达或激活负调节通路，使其抗化疗药物能力增强[1]；但在药物化疗和CAR-T疗法中，肿瘤免疫造成的过度细胞焦亡会造成正常组织的损伤甚至产生细胞因子风暴（CRS）等[2,3]。
GSDME是肿瘤细胞发生焦亡时的关键执行蛋白，受上游Caspase-3蛋白剪切激活，并在细胞膜上形成破坏性的孔洞状结构，引起细胞的死亡、破裂与炎症因子的释放[4]。在发生凋亡过程的细胞中，若有内源GSDME高表达，会使细胞死亡方式由凋亡转为焦亡[2]。细胞内GSDME的表达量水平，很多情况下会对细胞的存活率和死亡方式起决定性作用。因此，探究GSDME的表达调控机制，对深入理解细胞程序性死亡进程，对改善肿瘤治疗的临床疗效和寻找新的治疗靶点有重要意义。
2024年1月，复旦大学生命科学学院李继喜教授团队在《Cell Death & Disease》杂志在线发表了题为Transcription factor Sp1 transcriptionally enhances GSDME expression for pyroptosis的研究论文。该研究通过实验证明了肿瘤细胞中，转录因子Sp1结合GSDME启动子区域，激活GSDME的表达。对于这条通路的抑制可以增强肿瘤细胞对化疗药物的抵抗作用，并且该机制与STAT3转录调控通路有协作关系，与DNA甲基化有拮抗关系，揭示了Sp1在程序性死亡过程中的重要功能。
转录因子Sp1是一种直接结合启动子高GC含量元件的蛋白，其在细胞增殖和死亡过程中调控多种重要基因的表达。研究团队利用荧光素酶报告基因系统，通过截短GSDME启动子，锁定了启动子-50~+1区是维持启动活性的关键区域，并发现-36~-28区是转录因子Sp1的结合位点，对该位点进行突变会显著降低下游基因的表达效率。与此同时，对HeLa细胞内Sp1的敲低或过表达分别抑制或提高GSDME的mRNA和蛋白水平；药物抑制也可以剂量依赖性的降低肝癌细胞系Huh7中GSDME表达。
因为GSDME是导致细胞焦亡的关键蛋白，作者继续探究Sp1功能对细胞命运的调控。发现在HeLa细胞中，Sp1的敲低或药物抑制减少了GSDME的表达，由此减少了在焦亡发生时有细胞毒性的GSDME的N末端含量。因此在受到化疗药物拓扑替康、依托泊苷和阿霉素刺激时，HeLa细胞的死亡率和细胞内容物释放量都显著减少，Sp1的药物抑制也增强了Huh7细胞系对顺铂和索拉非尼的药物抗性。形态学观测发现，Sp1敲低的细胞在死亡时细胞由产生吐泡结构的焦亡形态转变为富含密集凋亡小体的凋亡形态。以上结果都说明Sp1调控GSDME表达的机制对肿瘤细胞的药物敏感性以及死亡方式决定关系重大。
接下来，作者验证了Sp1与目前已有报道的GSDME表达调控机制之间的关系[5,6]。发现Sp1与转录因子STAT3的共同敲低能更明显的降低GSDME表达和提高细胞耐药性，说明二者之间的协同作用。而DNA甲基化则可以在Sp1结合的启动子位点附近形成空间位阻，抑制Sp1的转录启动活性。最后，通过mRNA和蛋白水平的检测，作者发现Sp1的敲低和药物抑制并不影响传统的GSDMD介导的焦亡方式或RIP3-MLKL介导的程序性坏死通路，说明了Sp1更偏好于对GSDME焦亡通路的影响。
综上所述，该研究揭示了转录因子Sp1通过促进GSDME的转录表达，提高了细胞在刺激条件下的焦亡水平及对化疗药物的敏感性。为探究细胞程序性死亡调控机制提供了更深入的信息，为肿瘤药物开发提供了新的靶点。
图1，转录因子Sp1调控GSDME模式图。
复旦大学生命科学学院博士生潘佳松为该论文的第一作者，复旦大学李继喜教授和昆山杜克大学李素华药学博士为论文共同通讯作者。海军军医大学丁劲教授提供了指导和帮助。研究工作得到了国家自然科学基金委和科技部国家重点研发计划项目的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41419-024-06455-6
参考文献
Zhang Z, Zhang Y, Xia S, Kong Q, Li S, Liu X, et al. Gasdermin E suppresses tumour growth by activating anti-tumour immunity. Nature. 2020;579:415–20.
Wang Y, Gao W, Shi X, Ding J, Liu W, He H, et al. Chemotherapy drugs induce pyroptosis through caspase 3 cleavage of a gasdermin. Nature. 2017;547:99–103.
Liu Y, Fang Y, Chen X, Wang Z, Liang X, Zhang T, et al. Gasdermin E-mediated target cell pyroptosis by CAR T cells triggers cytokine release syndrome. Sci Immunol. 2020;5:eaax7969.
Galluzzi L, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D, Agostinis P, et al. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018;25:486–541.
Wei Y, Lan B, Zheng T, Yang L, Zhang X, Cheng L, et al. GSDME-mediated pyroptosis promotes the progression and associated inflammation of atherosclerosis. Nat Commun. 2023;14:929.
Croes L, Beyens M, Fransen E, Ibrahim J, Vanden Berghe W, Suls A, et al. Large-scale analysis of DFNA5 methylation reveals its potential as biomarker for breast cancer. Clin Epigenetics. 2018;10:51.