GSDMD是gasdermin家族的一员，由一个n端结构域(GSDMD- n)和一个c端结构域(GSDMD- c)在全长状态下通过柔性连接体连接，形成自抑制结构。在caspase激活后，GSDMD的结构域间连接器接合到caspase的催化口袋中进行切割，之后释放GSDMD-N并与邻近的GSDMD-N单体通过邻近亚基的三个蛋白质界面相互作用并形成寡聚化，低聚的GSDMD-N在细胞膜上形成约20-30 nm的酸性孔，引发焦亡并释放基本炎症介质，如IL-1b和IL-18。病原菌感染后，GSDMD诱导的焦亡调节异常可触发多种炎症介质的释放，导致多器官功能障碍和感染性休克。在肿瘤发生过程中，肿瘤微环境(TME)中抗原呈递细胞(APCs)中的GSDMD限制了CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫应答。GSDMD介导的焦亡与非酒精性脂肪性肝病、神经炎症性疾病和自身免疫性等免疫炎性疾病的发展密切相关，突出了其作为治疗靶点的潜力。
近来，南京医科大学杨硕团队在《Cell Chemical Biology》杂志上发表题为“Identification of two repurposed drugs targeting GSDMD oligomerization interface I to block pyroptosis”的研究论文。
作为焦亡的执行者，Gasdermin D（GSDMD）在炎症性疾病和癌症中发挥着至关重要的作用。因此，GSDMD 目前正被作为药物靶点进行广泛研究。现有的针对 GSDMD 的抑制剂，如新磺酰胺、二磺酰胺和富马酸盐，主要是通过修饰 GSDMD N 端片段中的人/鼠 C191/C192 来阻止焦亡。然而，半胱氨酸修饰会妨碍重要蛋白质或酶的功能，从而导致不良反应。在此，研究者利用 Schrödinger 软件进行了特异性靶向其他关键位点而非 Cys191/Cys192 的虚拟化合物筛选。人和小鼠的 GSDMD 氨基酸序列保守，相似度高达 72%，通过同源建模获得的小鼠 GSDMD 孔结构与人 GSDMD 的高分辨率结构（PDB：6VFE）高度吻合。因此，作者利用已解析的人 GSDMD 孔结构参与了基于结构的抗人和小鼠 GSDMD 药物筛选。GSDMD N端的寡聚体界面可形成小分子药物结合口袋。特别是，在三个寡聚界面中，寡聚界面Ⅰ与寡聚界面Ⅱ和寡聚界面Ⅲ相比，具有良好的药物结合空间特征和高度的序列与结构保守性。因此，作者选择了寡聚界面 I 的 α3 和 β2 区域作为虚拟筛选的关键靶点。所筛选的化合物包括 12.6K 种药物，均来自 MCE 生物活性化合物库 Plus，其中大部分是具有明确靶点的 “再利用药物”。经过高通量模式、标准模式和高精度模式等三轮筛选后，根据能量评分对小分子化合物进行了排序。接下来，作者从排名前 200 位的化合物中选出 98 种药物进行实验药物筛选。这 98 种药物包括排名前 100 的 73 种药物和排名前 100-200 的前 25 种 FDA 批准药物，并且根据筛选和结构分析结果得出结论：化合物 68 和 98 是通过特异性靶向 GSDMD N 端片段寡聚化界面 I 的关键残基而发挥焦亡抑制作用的。
图1：虚拟药物筛选确定了针对GSDMD介导的焦亡的抑制剂
为了进一步验证化合物 68 和 98 对 GSDMD N 端片段活化和孔形成能力的特异性干扰，作者采用 HEK293T 过表达系统评估候选药物对 GSDMD N 端寡聚化和焦亡细胞的影响，实验结果表明候选药物可特异性抑制 GSDMD N 端寡聚化。接下来，为了进一步表征化合物 68 和 98 对单核细胞/巨噬细胞的抑制作用，作者使用 NLRP3 炎性体刺激物 LPS+Nig 诱导永生化 BMDMs焦亡，并在不同浓度的化合物 68 和 98 存在下检测相关指标，验证候选药物能特异性阻断炎症小体激活下游由 GSDMD 介导的焦亡作用。研究者进一步阐明候选药物对GSDMD介导的焦亡抑制作用的分子机制，得出结论候选药物以 GSDMD 寡聚界面 I 的核心位点为靶点，抑制焦亡。并且候选药物能明显抑制小鼠的脓毒症其与 PD-L1 抗体的联合治疗可显著提高抗肿瘤效果。
图2：候选药物阻断GSDMD寡聚和炎症体下游的焦亡并在脓毒症和肿瘤模型中表现出协同治疗作用
总之，该研究通过高通量虚拟和实验筛选，结合疗效和药理学验证，确定了两种安全、特异性的“重新用途药物”，它们能有效抑制GSDMD介导的焦亡。并且候选药物在小鼠脓毒症和肿瘤发生模型中表现出“1 + 1>2”的协同治疗作用，这些最近发现的GSDMD抑制剂在抗炎和抗癌免疫疗法的临穿翻译中具有很大的前景。
本文作者：HMJ
责任编辑：TJY
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-50104-7
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