Br J Pharmacol I 瞄準(zhǔn)心衰“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-炎癥”惡性循環(huán)：GSDME放大β受體過激活誘導(dǎo)的心臟損傷！(朱全剛/陳啟龍/傅慧—同濟大學(xué))

2026年，同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海市皮膚病醫(yī)院中心實驗室、藥劑科，同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海市第十人民醫(yī)院藥學(xué)部，海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室等團隊，在British Journal of Pharmacology在線發(fā)表題為 “Activated gasdermin E (GSDME) amplifies endoplasmic reticulum stress and inflammation in β-adrenoceptor overactivation-induced cardiac injury” 的研究論文。該文于2025年8月13日投稿，2026年3月29日修回，2026年4月28日接收。論文通訊作者為朱全剛、陳啟龍和傅慧。該刊公開期刊信息顯示，British Journal of Pharmacology 屬于藥理學(xué)領(lǐng)域 JCR Q1 期刊，2025年影響因子約為7.7。

心力衰竭（heart failure，HF）是多種心血管疾病的共同終末階段。交感神經(jīng)系統(tǒng)過度激活、血漿兒茶酚胺水平升高以及 β-腎上腺素受體（β-adrenoceptor）過度激活，是推動心肌損傷和 HF 進展的重要因素。既往研究表明，β-腎上腺素受體過度激活可誘發(fā)心肌炎癥，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ER stress）與炎癥之間又可相互促進，形成惡性循環(huán)。但這一循環(huán)中究竟由哪些關(guān)鍵分子連接和放大，仍缺乏明確解釋。

本研究聚焦于細胞焦亡關(guān)鍵分子 Gasdermin E（GSDME）。作者認為，ER 應(yīng)激過程中產(chǎn)生的剪切型 caspase 3 不僅可誘導(dǎo)凋亡，還可剪切 GSDME，生成具有成孔活性的 GSDME-N，進而將非炎癥性細胞死亡轉(zhuǎn)化為炎癥性焦亡。研究團隊使用異丙腎上腺素（isoprenaline，ISO）在小鼠和 HL-1 心肌細胞中誘導(dǎo) β-腎上腺素受體過度激活，并結(jié)合 Gsdme 敲除小鼠、si-Gsdme 敲低和 PERK 抑制劑 GSK2606414，系統(tǒng)分析 GSDME 在 ER 應(yīng)激、炎癥和心肌損傷之間的作用。

結(jié)果顯示，ISO 處理顯著升高小鼠心臟組織中的剪切型 caspase 3 和 GSDME-N，提示 caspase 3/GSDME 介導(dǎo)的焦亡通路被激活。在功能層面，Gsdme 缺失小鼠在 ISO 誘導(dǎo)損傷后表現(xiàn)出更好的運動能力和心功能，具體表現(xiàn)為跑步距離和跑步時間增加，LVEF、LVFS 等心功能指標(biāo)改善，血清 CK-MB、LDH、ANP、BNP、cTnT 和 cTnI 等心肌損傷標(biāo)志物降低。同時，Gsdme 缺失還減輕心肌細胞肥大、組織病理損傷、IL-1β/IL-18 炎癥因子表達以及 NOX2/NOX4 相關(guān)氧化應(yīng)激。

機制方面，RNA-seq 和富集分析提示，Gsdme 缺失帶來的心臟保護作用與 ER 蛋白加工和 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激通路密切相關(guān)。體外實驗進一步表明，使用 PERK 抑制劑 GSK2606414 抑制 PERK-eIF2α-ATF4-CHOP 軸后，可降低剪切型 caspase 3 和 GSDME-N 水平，并減少 ISO 誘導(dǎo)的心肌細胞焦亡、LDH 釋放、Il-1β/Il-18 表達以及氧化應(yīng)激。這說明 GSDME 可作為 ER 應(yīng)激下游執(zhí)行分子，參與焦亡和炎癥放大。

更有意思的是，研究還發(fā)現(xiàn) GSDME 并非單純位于 ER 應(yīng)激下游。敲低 Gsdme 不僅減少焦亡和炎癥，還能降低剪切型 caspase 3，并抑制 PERK、eIF2α、ATF4、CHOP 等 ER 應(yīng)激相關(guān)蛋白的激活；體內(nèi) Gsdme 缺失也同樣抑制 ISO 誘導(dǎo)的 PERK 驅(qū)動 ER 應(yīng)激。這提示 GSDME 既可在 caspase 3 下游執(zhí)行焦亡和炎癥反應(yīng)，又可通過炎癥反饋增強 ER 應(yīng)激，從而位于惡性循環(huán)的關(guān)鍵放大節(jié)點。

總體來看，該研究提出了一個較清晰的機制模型：在 β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷中，ER 應(yīng)激促進 caspase 3 剪切，進而激活 GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡和炎癥；炎癥反過來繼續(xù)增強 ER 應(yīng)激，形成 “ER 應(yīng)激 → caspase 3/GSDME → 炎癥 → ER 應(yīng)激增強” 的局部心臟組織惡性循環(huán)。GSDME 因此可能成為阻斷 β-腎上腺素受體過度激活相關(guān)心肌損傷和 HF 進展的潛在藥理學(xué)靶點。需要注意的是，該研究主要基于小鼠模型和體外心肌細胞實驗，其結(jié)果仍屬于機制和前臨床層面證據(jù)，后續(xù)仍需進一步驗證其在人類 HF 中的轉(zhuǎn)化價值。

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【摘要】

背景與目的：在 β-腎上腺素受體過度激活引起的心力衰竭（heart failure，HF）中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）應(yīng)激可誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)；反過來，炎癥也可觸發(fā) ER 應(yīng)激。ER 應(yīng)激過程中產(chǎn)生的剪切型 caspase 3 可誘導(dǎo)細胞凋亡。Gasdermin E（GSDME）被剪切型 caspase 3 激活后，可誘導(dǎo)細胞焦亡。本研究探討了 GSDME 在 β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷中的作用。

實驗方法：研究者使用異丙腎上腺素（isoprenaline，ISO）在小鼠和培養(yǎng)心肌細胞中誘導(dǎo) β-腎上腺素受體過度激活。通過 PERK 抑制劑 GSK2606414、si-Gsdme 以及 Gsdme 缺失小鼠，研究者進一步分析 β-腎上腺素受體過度激活條件下 ER 應(yīng)激與 GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡/炎癥之間的關(guān)系。

主要結(jié)果：ISO 可增加小鼠心臟組織中剪切型 caspase 3 和 GSDME-N 的蛋白水平，而敲除 Gsdme 可抑制炎癥和心臟損傷。KEGG 富集分析提示，GSDME 的作用可能與 ER 應(yīng)激有關(guān)。體外實驗顯示，抑制 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激可降低剪切型 caspase 3 和 GSDME-N 表達，并阻止 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的細胞焦亡。值得注意的是，敲低 Gsdme 不僅可阻止細胞焦亡、抑制炎癥，還可下調(diào)剪切型 caspase 3。最后，無論是在體外敲低 Gsdme，還是在體內(nèi)造成 Gsdme 缺失，均可抑制 PERK 驅(qū)動的 ER 應(yīng)激。

結(jié)論與意義：GSDME 一方面位于剪切型 caspase 3 下游，誘導(dǎo)細胞焦亡和炎癥；另一方面又可位于 caspase 3 上游，通過增強 ER 應(yīng)激促進 caspase 3 剪切。這提示 GSDME 是放大 ER 應(yīng)激與炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵分子，可能在 HF 發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。GSDME 可能成為 HF 的潛在藥理學(xué)干預(yù)靶點。

01

研究背景及科學(xué)問題

心力衰竭（HF）是多種心血管疾病的共同終末階段，包括心肌梗死和高血壓等。無論 HF 的原始病因是什么，血漿去甲腎上腺素水平升高或心臟交感神經(jīng)激活，均被認為與 HF 患者預(yù)后不良有關(guān)。這類心臟毒性作用被認為主要來自 β-腎上腺素受體過度激活，而 β-腎上腺素受體過度激活可誘發(fā)心肌炎癥。心肌炎癥是心臟損傷，包括 HF 的重要病理機制之一。此外，炎癥也參與其他因素導(dǎo)致的心臟損傷，例如多柔比星相關(guān)心臟毒性。本研究通過體內(nèi)和體外實驗，探索 β-腎上腺素受體刺激誘發(fā)炎癥反應(yīng)的分子機制。

分泌蛋白必須在 ER 內(nèi)完成折疊。如果未折疊或折疊不完全的蛋白在 ER 內(nèi)積聚，細胞就會發(fā)生 ER 應(yīng)激。過度 ER 應(yīng)激參與心血管病理過程，例如 HF，并可推動疾病發(fā)生；而疾病進展又會進一步加重 ER 應(yīng)激。ER 應(yīng)激主要包括三條通路：蛋白激酶 RNA 樣 ER 激酶（protein kinase RNA-like ER kinase，PERK）、肌醇需求蛋白 1α（inositol-requiring protein 1α，IRE1α）和激活轉(zhuǎn)錄因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）。其中，PERK 通路由 PERK、真核翻譯起始因子 2α（eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α）、激活轉(zhuǎn)錄因子 4（activating transcription factor 4，ATF4）和 C/EBP 同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）組成，即 PERK-eIF2α-ATF4-CHOP 信號軸。既往研究提示，抑制該通路可減輕多種心臟損傷。本研究重點關(guān)注 PERK 信號。

細胞焦亡是一種炎癥性程序性細胞死亡形式，可由炎癥小體誘導(dǎo)，例如 NLRP3 炎癥小體。炎癥小體及炎癥小體誘導(dǎo)的細胞焦亡在心臟損傷中發(fā)揮重要作用。通常，細胞焦亡主要包括兩種經(jīng)典形式：活化的 caspase 1 或 caspase 11（對應(yīng)人類 caspase 4）可剪切 Gasdermin D（GSDMD），產(chǎn)生具有成孔活性的 N 端片段 GSDMD-N，從而誘導(dǎo)細胞焦亡。此外，活化的 caspase 3 作為經(jīng)典凋亡執(zhí)行分子，在細胞質(zhì)中存在 GSDME 時可剪切 GSDME，產(chǎn)生具有成孔活性的 N 端片段 GSDME-N，從而將非炎癥性凋亡轉(zhuǎn)化為炎癥性細胞焦亡。這說明在存在 GSDME 的情況下，剪切型 caspase 3 也可調(diào)節(jié)炎癥。

既往研究發(fā)現(xiàn)，過度 ER 應(yīng)激可在衰竭心臟中增加細胞凋亡和剪切型 caspase 3；抑制 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激也可降低剪切型 caspase 3 表達，并改善小鼠 HF。因此，作者提出假設(shè)：HF 中 ER 應(yīng)激產(chǎn)生的剪切型 caspase 3 可能剪切 GSDME 并誘導(dǎo)細胞焦亡。

研究團隊此前發(fā)現(xiàn)，GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡可驅(qū)動免疫檢查點抑制劑相關(guān)心肌炎，而 Gsdme 缺失可減輕小鼠心臟損傷和炎癥。ER 應(yīng)激被認為既是多種心血管疾病，包括 HF 的原因，也是其結(jié)果。重要的是，ER 應(yīng)激可誘導(dǎo)炎癥和氧化應(yīng)激；反過來，炎癥也可觸發(fā)心血管疾病中的 ER 應(yīng)激，從而形成 ER 應(yīng)激與炎癥之間的惡性循環(huán)。然而，該惡性循環(huán)涉及的具體分子機制仍不清楚。本研究旨在探討 GSDME 是否是連接這一惡性循環(huán)的關(guān)鍵分子。

在本研究中，作者使用 ISO 在小鼠和培養(yǎng)心肌細胞中誘導(dǎo) β-腎上腺素受體過度激活，并結(jié)合 Gsdme 缺失小鼠、ER 應(yīng)激抑制劑預(yù)處理和 Gsdme 敲低等策略，檢驗以下假設(shè)：ER 應(yīng)激產(chǎn)生的剪切型 caspase 3 可激活 GSDME，而被激活的 GSDME 作為連接節(jié)點，放大 β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷中的 ER 應(yīng)激-炎癥惡性循環(huán)。

02

重要發(fā)現(xiàn)及亮點

β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷中，GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡被激活

既往研究顯示，caspase 3 作為經(jīng)典凋亡執(zhí)行分子，也可剪切 GSDME，產(chǎn)生具有成孔功能的 GSDME-N，并在化療相關(guān)細胞死亡中誘導(dǎo)細胞焦亡。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，ISO 誘導(dǎo) β-腎上腺素受體過度激活后，小鼠心臟組織中剪切型 caspase 3 蛋白水平顯著升高。更重要的是，誘導(dǎo)細胞焦亡的活化成孔片段 GSDME-N 在心臟組織中也顯著增加。

體外實驗中，ISO 處理原代新生大鼠心肌細胞后也觀察到類似結(jié)果。免疫熒光染色進一步顯示，在 β-腎上腺素受體過度激活小鼠心臟組織中，GSDME-N 和 caspase 3 表達均明顯升高。此外，研究者還利用公共基因表達數(shù)據(jù)集進行分析，發(fā)現(xiàn)橫主動脈縮窄模型小鼠心臟組織中 Gsdme mRNA 水平較假手術(shù)組升高。這些結(jié)果提示，caspase 3/GSDME 信號通路可能在 β-腎上腺素受體過度激活所致小鼠心臟損傷中被激活。

圖1：GSDME 驅(qū)動的細胞焦亡在 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活所致心臟損傷中被激活。雄性 C57BL/6J 小鼠皮下注射異丙腎上腺素（ISO，45 mg·kg?1·day?1）14 天以誘導(dǎo)心臟損傷。對照組給予相同體積的生理鹽水。（a）鹽水組和 ISO 處理組小鼠心臟組織中 caspase 3（Cas-3）、剪切型 caspase 3、GSDME-FL 和 GSDME-N 的蛋白水平；每組 n = 5 只小鼠。（b）鹽水組和 ISO 處理組小鼠心臟組織中 GSDME-N（綠色）、caspase 3（Cas-3，紅色）和 4,6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI，藍色）的代表性免疫熒光染色圖像，比例尺 = 100 μm。（c）假手術(shù)組和橫主動脈縮窄模型小鼠心臟組織中 GSDMD 和 GSDME 的表達，數(shù)據(jù)來源于公共基因表達數(shù)據(jù)集 ；每組 n = 4 只小鼠。數(shù)據(jù)以單個數(shù)值及均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差（SD）表示。**P < 0.01。

Gsdme 缺失可改善 β-腎上腺素受體過度激活導(dǎo)致的心功能障礙

為探討 GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡在 β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷中的作用，研究者使用 Gsdme 缺失（Gsdme?/?）小鼠。運動能力是 HF 的重要預(yù)后標(biāo)志之一。跑臺實驗顯示，與鹽水處理的野生型（wild type，WT）小鼠相比，ISO 處理的 WT 小鼠跑步距離和跑步時間均下降；而在同樣接受 ISO 處理時，Gsdme 缺失小鼠的跑步距離和跑步時間顯著高于同齡 WT 小鼠。

隨后，研究者通過超聲心動圖比較 WT 和 Gsdme?/? 小鼠在有無 β-腎上腺素受體過度激活條件下的心功能參數(shù)。鹽水處理條件下，WT 與 Gsdme?/? 小鼠心功能相似。與鹽水處理 WT 小鼠相比，ISO 處理 WT 小鼠出現(xiàn)明顯心功能障礙，表現(xiàn)為左心室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）和左心室短軸縮短率（left ventricular fractional shortening，LVFS）下降，同時左心室收縮末期容積（left ventricular end systolic volume，LVESV）和左心室舒張末期容積（left ventricular end diastolic volume，LVEDV）升高。然而，Gsdme 缺失在很大程度上阻止了 ISO 引起的這些變化。

此外，Gsdme 缺失顯著降低 ISO 引起的血清生化損傷指標(biāo)升高，包括肌酸激酶 MB（creatine kinase-MB，CK-MB）、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、心房鈉尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、腦鈉尿肽（brain natriuretic peptide，BNP）、心肌肌鈣蛋白 T（cardiac troponin T，cTnT）和心肌肌鈣蛋白 I（cardiac troponin I，cTnI）。同時，Gsdme 缺失降低心重/脛骨長度比值（HW/TL），并使心重/體重比值（HW/BW）輕度但不顯著下降。總體而言，這些結(jié)果提示，Gsdme 缺失可防止小鼠心功能障礙，并抑制心臟肥大。

圖2：Gsdme 缺失抑制 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活誘導(dǎo)的心功能障礙。雄性 WT 小鼠和同齡 Gsdme?/? 小鼠皮下注射 ISO（45 mg·kg?1·day?1）14 天以誘導(dǎo)心臟損傷。對照組給予相同體積的生理鹽水。（a）小鼠運動力竭實驗示意圖：小鼠先在水平跑臺上以 6 m·min?1 的速度強迫跑步 5 min，隨后以 15 m·min?1 的速度跑至力竭。（b）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下的跑步距離和跑步時間；每組 n = 12 只小鼠。（c）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下的代表性超聲心動圖圖像。（d）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下的 LVEF、LVFS、LVESV 和 LVEDV 數(shù)值；每組 n = 6 只小鼠。（e）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下的血清 CK-MB、LDH、ANP、BNP、cTnT 和 cTnI 水平；每組 n = 6 只小鼠。（f）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下的代表性心臟圖像。（g）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下的心重/體重比值（HW/BW）和心重/脛骨長度比值（HW/TL）；每組 n = 6 只小鼠。數(shù)據(jù)以單個數(shù)值及均值 ± SD 表示。*P < 0.05，**P < 0.01。

Gsdme 缺失減輕 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的心臟肥大、炎癥和氧化應(yīng)激

為進一步明確 Gsdme 缺失是否可緩解 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的心臟病理改變和炎癥，研究者進行了蘇木精-伊紅（haematoxylin and eosin，H&E）染色和麥胚凝集素（wheat germ agglutinin，WGA）染色。與鹽水處理 WT 小鼠相比，ISO 誘導(dǎo)的 WT 小鼠出現(xiàn)心肌細胞排列紊亂和肌絲斷裂增加，而 Gsdme 缺失可阻止這些病理改變。鹽水處理條件下，WT 和 Gsdme 缺失小鼠的心肌細胞橫截面積無顯著差異；但在 ISO 處理后，Gsdme 缺失顯著降低 β-腎上腺素受體過度激活導(dǎo)致的心肌細胞橫截面積增大。

β-腎上腺素受體過度激活可誘導(dǎo)心肌炎癥，而心肌炎癥是心臟損傷的重要病理機制之一。因此，研究者檢測了促炎細胞因子 IL-1β、IL-18，以及 NADPH 氧化酶 NOX2 和 NOX4 的蛋白水平。結(jié)果顯示，ISO 處理顯著促進 WT 小鼠心臟組織中 GSDME 剪切。與此一致，ISO 還促進 WT 小鼠心臟組織中 IL-1β、IL-18、NOX2 和 NOX4 表達升高。Gsdme 缺失本身不改變這些蛋白表達；但在 ISO 處理條件下，與 WT 小鼠相比，Gsdme?/? 小鼠心臟組織中 IL-1β、IL-18、NOX2 和 NOX4 的升高被明顯抑制。免疫熒光分析也證實，Gsdme 缺失可抑制 ISO 誘導(dǎo)的心肌組織 IL-1β 和 IL-18 表達。這些結(jié)果表明，Gsdme 缺失可抵抗心臟肥大，并降低 β-腎上腺素受體過度激活引發(fā)的炎癥和氧化應(yīng)激增強。

圖3：Gsdme 缺失減輕 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活誘導(dǎo)的心臟肥大和炎癥。雄性 WT 小鼠和同齡 Gsdme?/? 小鼠皮下注射 ISO（45 mg·kg?1·day?1）14 天以誘導(dǎo)心臟損傷。對照組給予相同體積的生理鹽水。（a，b）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下心臟組織橫切面或縱切面的 H&E 染色，比例尺 = 40 μm。（c）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下心肌細胞 WGA 染色代表性圖像及心肌細胞橫截面積統(tǒng)計分析；每組 n = 5 只小鼠，比例尺 = 40 μm。（d，e）WT 或 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下，心臟組織中 Gasdermin E（GSDME）、促炎因子（IL-1β 和 IL-18）以及氧化應(yīng)激指標(biāo)（NOX2 和 NOX4）的代表性圖像和統(tǒng)計分析；每組 n = 6 只小鼠。數(shù)據(jù)以單個數(shù)值及均值 ± SD 表示。**P < 0.01。

Gsdme 缺失介導(dǎo)的心臟保護作用與 ER 應(yīng)激相關(guān)

為探索 GSDME 在 β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷中的潛在機制，研究者對 ISO 處理后的 WT 和 Gsdme?/? 小鼠心臟組織進行了 RNA-seq 分析，每組 3 個樣本。聚類熱圖和火山圖展示了兩組之間的差異表達基因。與 WT 小鼠相比，ISO 處理后的 Gsdme?/? 小鼠心臟組織中有 1215 個基因下調(diào)、375 個基因上調(diào)，篩選標(biāo)準(zhǔn)為 P < 0.05，倍數(shù)變化 >1.5 或 <0.67。

基因本體（Gene Ontology，GO）注釋分析顯示，兩組間顯著變化的功能基因主要與細胞過程相關(guān)。KEGG 富集分析提示，這些顯著改變的功能基因與 ER 中蛋白加工相關(guān)。蛋白在分泌前需要在 ER 內(nèi)折疊；當(dāng)未折疊或不完全折疊蛋白在 ER 內(nèi)堆積時，細胞發(fā)生 ER 應(yīng)激，而過度 ER 應(yīng)激可促進 HF 發(fā)生發(fā)展。進一步的基因集富集分析（gene set enrichment analysis，GSEA）顯示，與 WT 小鼠相比，Gsdme?/? 小鼠心臟組織中參與 ER 蛋白加工的功能基因受到抑制。進一步分析還提示，與 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激通路相關(guān)的基因在 Gsdme?/? 小鼠心臟組織中受到抑制。上述結(jié)果共同說明，Gsdme 缺失對 β-腎上腺素受體過度激活所致心臟損傷的保護作用，可能與 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激通路有關(guān)。

圖4：Gsdme 缺失介導(dǎo)的 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活所致心臟損傷保護作用與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激相關(guān)。雄性 WT 小鼠和同齡 Gsdme?/? 小鼠皮下注射 ISO（45 mg·kg?1·day?1）14 天以誘導(dǎo)心臟損傷。（a）小鼠 RNA 測序示意圖。（b，c）聚類熱圖和火山圖顯示兩組之間的差異表達基因（DEGs），篩選標(biāo)準(zhǔn)為 P < 0.05，倍數(shù)變化 >1.5 或 <0.67。（d）GO 注釋和 KEGG 富集分析顯示兩組之間顯著變化的功能基因。（e，f）GSEA 和環(huán)形熱圖顯示兩組之間參與 ER 蛋白加工以及 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激通路相關(guān)基因的變化。

抑制 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激可減少 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的 caspase 3/GSDME 驅(qū)動心肌細胞焦亡

過度 ER 應(yīng)激可產(chǎn)生剪切型 caspase 3，并導(dǎo)致衰竭心臟中的細胞凋亡；抑制 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激也可降低剪切型 caspase 3，并改善小鼠 HF。剪切型 caspase 3 又可剪切 GSDME 誘導(dǎo)細胞焦亡。本研究中，作者使用選擇性 PERK 抑制劑 GSK2606414 來抑制 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激。

結(jié)果顯示，與溶劑對照相比，GSK2606414（10 μM）本身不改變 HL-1 細胞活力，但可顯著改善 ISO（10 μM）在體外誘導(dǎo)的細胞活力下降。GSK2606414 本身不改變 PERK 通路和 caspase 3/GSDME 通路的蛋白水平，但可顯著抑制 ISO 引起的 PERK-eIF2α-ATF4-CHOP 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激增強。符合預(yù)期的是，ISO 誘導(dǎo)的剪切型 caspase 3 和 GSDME-N 表達升高也被 GSK2606414 顯著降低。

同時，ISO 刺激后 BAX 表達顯著增加，BCL2 表達降低。GSK2606414 可明顯抑制 ISO 誘導(dǎo)的細胞焦亡，表現(xiàn)為氣泡樣突起形成減少和 LDH 釋放下降。此外，GSK2606414 還顯著降低 ISO 誘導(dǎo)的 Il-1β 和 Il-18 mRNA 水平，以及活性氧和超氧陰離子生成。使用非選擇性 ER 應(yīng)激抑制劑 4-PBA 也獲得類似結(jié)果。上述結(jié)果說明，僅抑制 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激，即可通過阻止 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的 caspase 3 剪切，抑制 GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡。這提示 GSDME 位于 ER 應(yīng)激下游。

圖5：抑制蛋白激酶 RNA 樣 ER 激酶（PERK）介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激，可減少 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活誘導(dǎo)的 caspase 3（Cas-3）/Gasdermin E（GSDME）驅(qū)動的心肌細胞焦亡。HL-1 細胞（一種小鼠心肌細胞系）先用 GSK2606414（GSK，PERK 抑制劑，10 μM）處理 1 h，隨后接受 24 h ISO 處理（ISO，10 μM）。（a）HL-1 細胞活力；每組 n = 6。（b）Vehicle、GSK、Vehicle + ISO 和 GSK + ISO 組 HL-1 細胞中 p-PERK、PERK、p-eIF2α、eIF2α、ATF4 和 CHOP 的表達；每組 n = 6。（c）Vehicle、GSK、Vehicle + ISO 和 GSK + ISO 組 HL-1 細胞中 caspase 3、剪切型 caspase 3、GSDME-FL 和 GSDME-N 的蛋白水平；每組 n = 6。（d）掃描電子顯微鏡觀察 HL-1 細胞焦亡的代表性圖像，比例尺 = 5 μm。（e）相對乳酸脫氫酶（LDH）活性；每組 n = 6。（f）Il-1β 和 Il-18 的相對 mRNA 表達；每組 n = 6。（g，h）HL-1 細胞中二氯二氫熒光素二乙酸酯（DCFH-DA，綠色）和二氫乙啶（DHE，紅色）的代表性免疫熒光染色圖像；每組 n = 6，比例尺 = 200 μm。數(shù)據(jù)以單個數(shù)值及均值 ± SD 表示。*P < 0.05，**P < 0.01。

Gsdme 敲低同時抑制 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的心肌細胞焦亡和 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激

隨后，研究者在體外評估 Gsdme 敲低對 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的 HL-1 心肌細胞焦亡的影響。結(jié)果顯示，所選 si-Gsdme 本身不改變細胞活力，但可顯著保護細胞免受 ISO 損傷。si-Gsdme 顯著抑制 GSDME-FL 蛋白水平，但與溶劑組相比，對 GSDME-N 無明顯影響；而在 ISO 刺激條件下，si-Gsdme 顯著抑制 GSDME-FL 表達和 GSDME-N 形成。

與 GSK2606414 的作用類似，si-Gsdme 也可抑制 ISO 誘導(dǎo)的細胞焦亡，表現(xiàn)為氣泡樣突起形成減少和 LDH 釋放下降。同時，Il-1β 和 Il-18 mRNA 水平以及氧化應(yīng)激產(chǎn)物均顯著下降。出乎作者意料的是，與 Vehicle + ISO 組相比，si-Gsdme + ISO 顯著阻止剪切型 caspase 3 形成，而 si-Gsdme 本身并不改變剪切型 caspase 3 的形成。這說明 GSDME 并不僅僅位于 ER 應(yīng)激下游。

因此，研究者進一步檢測體外 Gsdme 敲低和體內(nèi) Gsdme 缺失是否可抑制 PERK 驅(qū)動的 ER 應(yīng)激。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在體外，Gsdme 敲低顯著降低 β-腎上腺素受體過度激活引起的 p-PERK、p-eIF2α、ATF4 和 CHOP 表達升高，而 si-Gsdme 本身并未明顯改變 PERK 通路蛋白水平。在體內(nèi)，與 β-腎上腺素受體過度激活的 WT 小鼠相比，Gsdme 缺失也顯著阻止 β-腎上腺素受體過度激活引起的 p-PERK、p-eIF2α、ATF4 和 CHOP 升高；鹽水處理條件下 WT 和 Gsdme?/? 小鼠之間無明顯差異。

這些結(jié)果說明，無論是體內(nèi) Gsdme 缺失，還是體外心肌細胞中 Gsdme 敲低，均可阻止 β-腎上腺素受體過度激活誘導(dǎo)的 PERK 驅(qū)動 ER 應(yīng)激。同時，由于 Gsdme 缺失和 Gsdme 敲低均能抑制炎癥，說明抑制 GSDME 介導(dǎo)的細胞焦亡及其繼發(fā)炎癥，可進一步抑制 PERK 驅(qū)動的 ER 應(yīng)激。此外，無論體外 Gsdme 敲低，還是體內(nèi) Gsdme 缺失，也均可抑制 ISO 誘導(dǎo)的 ATF6 和 IRE1α 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激。這提示在 β-腎上腺素受體過度激活導(dǎo)致的心肌細胞損傷中，GSDME 也可位于 ER 應(yīng)激上游。

圖6：Gsdme 敲低抑制 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活誘導(dǎo)的心肌細胞焦亡，并降低剪切型 caspase 3。HL-1 細胞（一種小鼠心肌細胞系）在 24 h ISO 處理（ISO，10 μM）前先接受 si-Gsdme 處理。（a）HL-1 細胞活力；每組 n = 6。（b）Vehicle、si-Gsdme、Vehicle + ISO 和 si-Gsdme + ISO 組 HL-1 細胞中 Gasdermin E（GSDME）-FL 和 GSDME-N 的表達；每組 n = 6。（c）掃描電子顯微鏡觀察 HL-1 細胞焦亡的代表性圖像，比例尺 = 5 μm。（d）相對 LDH 活性；每組 n = 6。（e）Il-1β 和 Il-18 的相對 mRNA 表達；每組 n = 6。（f，g）HL-1 細胞中 DCFH-DA（綠色）和 DHE（紅色）的代表性免疫熒光染色圖像，比例尺 = 200 μm，每組 n = 6。（h）Vehicle、si-Gsdme、Vehicle + ISO 和 si-Gsdme + ISO 組 HL-1 細胞中 caspase 3 和剪切型 caspase 3 的蛋白水平；每組 n = 6。數(shù)據(jù)以單個數(shù)值及均值 ± SD 表示。*P < 0.05，**P < 0.01。

圖7：Gsdme 敲低在體內(nèi)和體外均抑制 β-腎上腺素受體（β-AR）過度激活誘導(dǎo)的蛋白激酶 RNA 樣 ER 激酶（PERK）驅(qū)動的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激。HL-1 細胞（一種小鼠心肌細胞系）在 24 h ISO 處理（ISO，10 μM）前先接受 si-Gsdme 處理。雄性 WT 小鼠和同齡 Gsdme?/? 小鼠皮下注射 ISO（45 mg·kg?1·day?1）14 天以誘導(dǎo)心臟損傷，對照組給予相同體積的生理鹽水。（a）Vehicle、si-Gsdme、Vehicle + ISO 和 si-Gsdme + ISO 組 HL-1 細胞中 p-PERK、PERK、p-eIF2α、eIF2α、ATF4 和 CHOP 的表達；每組 n = 6。（b）WT 和 Gsdme?/? 小鼠在有無 ISO 處理條件下 p-PERK、PERK、p-eIF2α、eIF2α、ATF4 和 CHOP 的表達；每組 n = 5 只小鼠。（c）示意圖展示 Gasdermin E（GSDME）在 β-AR 過度激活所致心臟損傷中的作用。GSDME 可能是維持“ER 應(yīng)激 → Caspase 3/GSDME → 炎癥 → ER 應(yīng)激增強”這一惡性循環(huán)的關(guān)鍵分子。數(shù)據(jù)以單個數(shù)值及均值 ± SD 表示。**P < 0.01。

【貢獻】★★★★★

本研究證明，在 β-腎上腺素受體過度激活導(dǎo)致的心臟損傷中，ER 應(yīng)激會增加剪切型 caspase 3，后者進一步剪切 GSDME 生成 GSDME-N，從而誘導(dǎo)炎癥性細胞焦亡。反過來，細胞焦亡過程中產(chǎn)生的促炎因子又會增強 ER 應(yīng)激，形成“ER 應(yīng)激 → caspase 3/GSDME → 炎癥 → ER 應(yīng)激增強”的惡性循環(huán)，并推動心肌損傷發(fā)展。

體內(nèi) Gsdme 缺失和體外 Gsdme 敲低均可通過抑制細胞焦亡，減輕 PERK 介導(dǎo)的 ER 應(yīng)激，從而阻斷 ER 應(yīng)激與炎癥之間的相互放大過程。因此，GSDME 不僅是 caspase 3 下游誘導(dǎo)細胞焦亡和炎癥的執(zhí)行分子，也可通過增強 ER 應(yīng)激促進 caspase 3 剪切，位于該惡性循環(huán)的上游調(diào)控環(huán)節(jié)。整體來看，GSDME 可能是放大心臟局部 ER 應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵分子，并可能成為 β-腎上腺素受體過度激活相關(guān)心臟損傷及 HF 的潛在藥理學(xué)干預(yù)靶點。

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