Nat Commun：中国药科大学曹丽娟/郝海平/孙慧涌合作研究证明甲钴胺素通过参与GSDME预防肝功能衰竭

Gasdermin E（GSDME）是一种焦亡细胞死亡效应子，是焦亡组织损伤的一个有前途的靶点。

2025年1月31日，中国药科大学药学院曹丽娟、郝海平、孙慧涌通讯在Nature communications 上在线发表题为“Methylcobalamin protects against liver failure via engaging gasdermin E”的研究论文。研究进行高通量筛选并证明甲基钴胺素（MeCbl）是维生素B12的内源性辅酶形式，是一种特异性GSDME抑制剂，对胆汁淤积性肝功能衰竭非常有效。

MeCbl通过直接与GSDME结合来特异性阻断GSDME切割。在胆汁淤积、顺铂或伴刀豆球蛋白A（ConA）诱导的雄性小鼠模型中，MeCbl显着抑制肝转氨酶活性和炎症，减轻肝细胞死亡，并通过阻断GSDME切割降低小鼠死亡率。GSDME中保守的Cys180残基对于caspase-3/GzmB识别至关重要。碱基分离构象中的MeCbl与Cys180协调，以防止caspase-3/GzmB-GSDME相互作用，从而阻止GSDME介导的焦亡。总之，研究发现MeCbl是一种特异性GSDME抑制剂，有望开发为对抗胆汁淤积性肝衰竭和其他GSDME触发的无菌性炎症和/或器官衰竭的有效药物。

由专用分子途径介导的程序性细胞死亡对于生物体宿主防御和疾病至关重要。越来越多的证据支持焦亡是感染性疾病和无菌性疾病中的重要病理过程。焦亡垂死细胞似乎变平并形成大的膨胀气泡，导致炎性细胞因子和细胞警报蛋白的释放。机制上，炎症性人半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1/4/5和小鼠半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1/11以及丝氨酸蛋白酶caspase-3介导相应的气凝胶素E（GSDMs）的蛋白水解裂解，释放与内质膜磷脂结合的N末端（NT）片段形成孔隙，从而释放促炎细胞因子和质膜破裂。GSDMD介导的细胞焦亡主要发生在受各种病原体相关分子模式（PAMP）刺激的单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞中。

另一种关键的焦亡执行基因GSDME在不同的组织/器官中普遍表达，并且在感染性和无菌性疾病中都起着至关重要的作用。化疗药物或肠道病毒感染可激活caspase-3-GSDME通路，从而引发肠道或其他器官损伤。此外，从浸润的细胞毒性淋巴细胞中释放的颗粒酶B（GzmB）也可以直接裂解GSDME，或激活caspase-3依赖性GSDME裂解以诱导自身免疫性疾病，其特征也是不可逆的组织损伤。所有这些新出现的证据表明，GSDME可能代表介导焦亡器官损伤的关键执行者。

甲钴胺素是GSDME的特异性直接抑制剂（摘自Nature communications ）

在重症监护病房（ICU）中，高达20%的患者会出现由各种病理因素引起的肝功能衰竭。由于本病缺乏除肝移植外的有效治疗选择，肝衰竭患者的特点是预后不良，死亡率高。病毒感染、胆汁淤积功能障碍和药物性肝损伤（DILI）是迄今为止继发性或获得性肝衰竭中最常见的肝损伤形式，它们是不良结局和长期住院的有力预测指标。凋亡、坏死和铁死亡被认为强调了各种病理因素引发的肝损伤。然而，利用这些机制的治疗方法远非成功预防肝功能衰竭。之前的研究发现，在胆汁淤积的条件下，积累的高水平胆汁酸可以促进Apaf-1/caspase-4焦亡体的组装，激活caspase-3- GSDME执行的焦亡，从而导致胆汁淤积性肝衰竭。显著地，Gsdme^-/- 小鼠完全挽救了胆汁淤积引起的死亡率，支持Gsdme介导的细胞焦亡可能是导致肝衰竭的主要细胞死亡类型。因此，GSDME可能是抗肝损伤的一个重要靶点。

先前的研究表明，富马酸二甲酯（DMF）可以阻断GSDME介导的焦亡。然而，DMF不是特异性GSDME抑制剂，因为它也可以抑制GSDMD和半胱氨酸依赖性蛋白酶。没有证据表明DMF对肝功能衰竭有效，特别是它的治疗窗口较窄，因此预计不会用于肝功能衰竭的情况。与GSDME不同，GSDME的晶体结构仍未得到验证，因此很难对GSDME进行结构引导的药物设计。由于宿主衍生的损伤相关分子模式（DAMPs）可以直接与GSDME结合以触发焦亡，因此推断可能存在某些能够抑制GSDME活化的内源性代谢物。为此，研究打算从内部开发的生物活性代谢物库中对GSDME抑制剂进行基于表型筛选的发现，该库包含829种在人类中丰度相对较高的代谢物。

在这项工作中，确定了甲基钴胺素（MeCbl）是维生素B12的辅酶形式，是GSDME分解的特异性和有效抑制剂。机制上，基于基-离构象的MeCbl定位于GSDME中的Cys180位点，从而阻止其被caspase-3或GzmB识别和切割。更重要的是，MeCbl在对抗GSDME依赖的胆汁淤积性肝衰竭方面显示出强大的作用。考虑到MeCbl在临床上已被广泛用于治疗高同型半胱氨酸血症和周围神经病变，研究结果支持将MeCbl用于治疗胆汁淤积性肝衰竭，而胆汁淤积性肝衰竭的病死率高，且缺乏有效的治疗方法。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54826-6