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【信号通路与炎症】系列第 6 期
2001 年,Cookson 与 Brennan 在描述巨噬细胞被病原体"烧死"的死亡方式时,造了一个新词——pyroptosis(细胞焦亡),取意于希腊语 pyro(火)与 ptosis(坠落)。二十多年后,2015 年邵峰(Shao Feng)团队在 Nature 上发表的里程碑工作,第一次把这条" fiery death"的分子开关锁定在 gasdermin D(GSDMD) 上:活化的炎症性 caspase 把 GSDMD 在保守位点切开,释放的 N 端结构域像"打孔机"一样插进细胞膜、寡聚成孔,细胞在肿胀、破裂中死去,并同时把 IL-1β 与 IL-18 等强效炎性因子"喷"向胞外。
焦亡的独特性在于它既是一种程序性死亡,又是炎症的主动发动机。与凋亡(quiet death,内容物被包裹)不同,焦亡是"爆炸式"的——质膜成孔、渗透压崩溃、细胞内含物(DAMPs)与成熟 IL-1β/IL-18 一道倾泻而出,召唤中性粒细胞、放大先天免疫。正因如此,焦亡站在感染防御的第一线,也站在脓毒症、痛风、自身炎症病乃至肿瘤免疫的中央。更微妙的是,近年发现同一 gasdermin 家族的 GSDME 能被凋亡执行酶 caspase-3 切割——于是化疗药物在杀死肿瘤细胞时,可能顺带把它"焦亡化",让免疫也被动员起来。一条 2015 年才被解开的死亡通路,已成为炎症研究最热的靶心之一。
一、通路速览
一句话定义:细胞焦亡是一种 gasdermin 介导的、高度促炎的调控性细胞死亡——其本质是病原/损伤信号经炎症小体激活炎症性 caspase(caspase-1 或人 caspase-4/5、鼠 caspase-11),切割 gasdermin(核心为 GSDMD,替代为 GSDME)释放其 N 端成孔结构域,于质膜寡聚成孔,导致细胞渗透压性破裂、成熟 IL-1β/IL-18 释放与 DAMP 外泄;该过程既可由经典炎症小体(NLRP3/AIM2/NLRC4 + ASC + caspase-1)启动,也可由胞内 LPS 经非经典 caspase 直接启动,且不被凋亡抑制剂(如 zVAD)所挽救。核心成员速查表
层级
成员
基因名(人)
功能要点
上游感知
PRR(TLR4 / NOD / AIM2 配体)TLR4
/ NOD1/2 等
识别 PAMP(LPS、flagellin)与 DAMP(mtDNA、dsDNA),启动炎症小体组装
炎症小体感受器
NLRP3 / AIM2 / NLRC4NLRP3
/ AIM2 / NLRC4
不同 stimuli 的专职感受器;组装成"信号平台"招募 ASC 与 pro-caspase-1
接头蛋白
ASC(凋亡相关斑点样蛋白)PYCARD
通过 PYD–PYD / CARD–CARD 聚合,把感受器与 caspase-1 桥接成激活复合体
经典效应酶
Caspase-1CASP1
经典炎症小体效应酶;同时切割 pro-IL-1β/pro-IL-18 与 GSDMD
非经典效应酶
Caspase-4 / 5(人)、Caspase-11(鼠)CASP4
/ CASP5 / Casp11
直接结合胞内 LPS 并自激活,绕开炎症小体直接切割 GSDMD;还可经 K⁺外漏激活 NLRP3
核心执行器
GSDMDGSDMD
焦亡"总开关":被切割后 N 端成孔,是经典与非经典路径的共同终端步骤
替代执行器
GSDMEGSDME
(DFNA5)
被 caspase-3 切割成孔,介导化疗诱导的"凋亡向焦亡转化"
其他 gasdermin
GSDMA / GSDMB / GSDMCGSDMA
/ GSDMB / GSDMC
组织/疾病特异性:GSDMA 与皮肤屏障、GSDMB 与哮喘/NK 杀伤、GSDMC 与肿瘤
效应细胞因子
IL-1β / IL-18IL1B
/ IL18
经 caspase-1 成熟后由 GSDMD 孔道释放;放大先天与适应性免疫
转录/代谢调控
IRF1 / IRF8 / Caspase-6 / 衣康酸IRF1
/ IRF8 / CASP6 等
多层级精细调控炎症小体活性与 GSDMD 切割
实验判定标志
GSDMD-N / LDH / PI 染色
—
GSDMD-N(Western)、LDH 释放、PI 摄取、IL-1β/IL-18 分泌用于确认焦亡二、通路组成2.1 经典通路:炎症小体 → Caspase-1 → GSDMD 成孔
经典焦亡的"点火"始于病原体相关分子模式(PAMP)或损伤相关分子模式(DAMP)被模式识别受体(PRR)捕获:TLR4 识别 LPS,NOD 感知胞壁肽,AIM2 结合胞质双链 DNA,NLRC4 响应细菌鞭毛/III 型分泌系统。这些信号促成炎症小体(inflammasome)组装——以 NLRP3、AIM2 或 NLRC4 为感受器,经 ASC(PYCARD) 接头蛋白聚合,招募并自激活 pro-caspase-1。活化的 caspase-1 有双重任务:一方面把无活性的 pro-IL-1β / pro-IL-18 切割成熟,另一方面把 GSDMD 在保守的 Gly276(人)位点切开。释放的 GSDMD-N 结构域插膜、寡聚成内径约 10–15 nm 的孔道——这既是 IL-1β/IL-18 释放的通道,也是细胞渗透压崩溃、内容物流出的直接原因。2.2 非经典通路:胞内 LPS 直接"动手"
2011 年后的一系列工作揭示了一条不依赖炎症小体的路径:革兰阴性菌入侵时,少量 LPS 进入胞质,被人 caspase-4/5(鼠 caspase-11) 直接识别并自激活。这些非经典 caspase 不需要 ASC 平台,直接切割 GSDMD 启动成孔——这与经典路径在"终端步骤"汇合。更巧妙的是,非经典 caspase 切割 GSDMD 后引发的 K⁺ 外漏 又能反过来激活 NLRP3,于是"非经典"与"经典"炎症小体形成正反馈,放大 IL-1β 释放。这也是为何革兰阴性菌脓毒症往往呈现"细胞因子风暴"级的剧烈炎症。2.3 Gasdermin 家族:成孔执行蛋白群
GSDMD 是焦亡的共同终端执行器,但它不是孤例。gasdermin 家族(GSDMA–GSDMF)共享一个成孔结构域,在不同细胞与疾病中扮演各异角色:GSDME 被凋亡执行酶 caspase-3 切割——这意味着当肿瘤细胞被化疗药物激活 caspase-3 时,若同时高表达 GSDME,死亡方式会从"安静的凋亡"翻转为"爆炸的焦亡",把肿瘤抗原与 DAMP 一并释放,是化疗增敏免疫的重要机制;GSDMB 参与 NK 细胞对靶细胞的杀伤,也与哮喘相关;GSDMA 与皮肤屏障/特应性皮炎相关;GSDMC 在部分肿瘤中具促癌作用。聚焦到炎症,GSDMD 仍是横跨感染、自身炎症与脓毒症的"总闸门"。2.4 从信号到破裂:执行时序
Step 1|感知——PAMP/DAMP 经 PRR 或胞内 LPS 经非经典 caspase 触发。Step 2|平台组装——炎症小体(经典)或 caspase 自激活(非经典)形成活化复合体。Step 3|GSDMD 切割——caspase-1 或 caspase-4/5/11 在保守位点切开 GSDMD,释放 N 端。Step 4|成孔与破裂——GSDMD-N 寡聚插膜,质膜通透性骤增,细胞肿胀、PI 摄取、LDH 释放。Step 5|细胞因子喷发——成熟 IL-1β/IL-18 及 HMGB1 等 DAMP 经孔道或破裂外泄,启动下游炎症。需要强调:GSDMD 孔形成后,细胞还能借助 ESCRT 膜修复系统尝试"缝补"——这解释了为何部分细胞在成孔后暂不立刻裂解,也为新型抑制剂(如后文 SK56)提供了干预窗口。三、激活与抑制3.1 经典诱导:三类"点火"方式
方式一|感染信号——胞外/胞内菌(尤其是革兰阴性菌的 LPS)、病毒、真菌及其毒力因子,经 TLR/NLRP3/AIM2/NLRC4 启动经典或非经典焦亡,是宿主防御的第一道"炎性火墙"。方式二| sterile 损伤/代谢信号——尿酸结晶(痛风)、胆固醇晶体、ATP、细胞外 K⁺下降、mtDNA/ROS 等激活 NLRP3,是自身炎症与代谢病中焦亡的主因;近期研究还把衣康酸(itaconate)、琥珀酸等代谢物纳入 NLRP3/GSDMD 的精细调控。方式三|化疗/死亡交叉——化疗或靶向药激活 caspase-3 后,经 GSDME 把死亡"转码"为焦亡(仅当 GSDME 高表达时),是肿瘤免疫"意外动员"的来源。需注意:焦亡与细胞周期/代谢背景相关,并非所有 caspase 激活都导向焦亡,GSDMD/GSDME 的可用性是决定开关。3.2 抑制:从"堵孔"到"掐上游"
第一层|直接堵孔(GSDMD 抑制剂)——双硫仑(disulfiram)共价修饰人 GSDMD 的 Cys191(鼠 Cys192),阻止寡聚而不影响切割;坏死磺酰胺(necrosulfonamide)、LDC7559 结合 GSDMD-N 抑制插膜;前沿的 PTT-121(全球首个进入临床的选择性 GSDMD 抑制剂,见第五节)与 AI 筛选肽 SK56(靶向已成型孔道、借助 ESCRT 修复)代表"零到一"的突破。第二层|抗体/核酸——抗 GSDMD 单抗(如 mAb26.5)空间位阻阻断寡聚;肝靶向 siRNA 纳米粒敲低 GSDMD 表达。第三层|掐上游(炎症小体/NLRP3 抑制剂)——MCC950、OLT1177 阻断 NLRP3 组装,阻止 caspase-1 激活与 GSDMD 切割;但 MCC950 因早期临床肝毒性信号终止开发。第四层|细胞因子层面——抗 IL-1β(如 canakinumab)中和下游因子;然而两个脓毒症 III 期试验均未显示获益,提示单纯阻断 IL-1β 不足以挽救 GSDMD 驱动的器官损伤。第五层|联合抗生素——亚胺培南 + 双硫仑在 E. coli 脓毒症模型中把死亡率从 90% 降至 30%,印证"杀菌 + 抑炎"的协同逻辑。3.3 焦亡与细胞死亡网络的交叉
焦亡的"独立性"在于它不被凋亡抑制剂 zVAD 挽救——这使它成为判定"死亡方式是否真被诱导"的可靠标尺。但它与死亡网络深度交织:PANoptosis 概念把焦亡、凋亡、坏死性凋亡整合为共享调控节点的"混合程序",在感染与肿瘤中常协同发生。与本期前序(铁死亡、铜死亡)相比,焦亡的独特性是主动释放成熟 IL-1β/IL-18——它既是防御,也是组织损伤的推手;与凋亡不同,焦亡释放的是"警报"而非"安静的尸检"。这也意味着:在肿瘤中焦亡可抗癌(免疫动员),在脓毒症中焦亡却致命(细胞因子风暴),双相性决定干预方向必须"看场景"。四、与炎症的联系4.1 脓毒症与感染性休克:焦亡的"主战场"
脓毒症是焦亡研究最紧迫的临床出口。革兰阴性菌 LPS 经非经典 caspase-11/4/5 与经典 NLRP3 双重驱动 GSDMD 成孔,巨噬/内皮细胞大量焦亡,IL-1β/IL-18、HMGB1 倾泻,引发全身细胞因子风暴、毛细血管渗漏、多器官衰竭。GSDMD 敲除小鼠对致死性 LPS 与盲肠结扎穿孔(CLP)脓毒症显著抵抗,是焦亡驱动疾病的直接遗传证据。更具转化意义的是:抗 IL-1β 单抗在脓毒症 III 期屡屡折戟,而直接抑制 GSDMD 成孔(堵在终端) 在动物模型中普遍改善存活——这把"焦亡是否成药"的赌注押在了 GSDMD 这个"不可成药"靶点上,也正是 PTT-121 等抑制剂的立足点。4.2 自身炎症与代谢病:从痛风到 AIM2
焦亡是众多自身炎症性疾病的直接引擎。痛风中尿酸单钠结晶激活 NLRP3→焦亡→IL-1β,是急性发作的罪魁,IL-1 拮抗剂(如 canakinumab)因此成为难治痛风的重要选择;家族性地中海热(MEFV / pyrin 调控异常)、NLRP3 相关自身炎症综合征(CAPS)等均为炎症小体/焦亡失调;AIM2 炎症小体异常与某些自身免疫与脉管炎相关。值得注意的是,这些疾病对"堵上游(IL-1 通路)"反应良好,而对脓毒症无效——差异恰在于焦亡在局部无菌炎症与全身感染中的相对权重不同。4.3 中枢神经系统:癫痫与神经退行
焦亡近年被锁定为多种神经疾病的推手。在癫痫中,星形细胞 GSDMD 激活破坏血脑屏障紧密连接,神经元经 TRPM7/ROS/JAK2/STAT3 轴焦亡,小胶质细胞焦亡放大神经炎症,形成自我维持的"致痫回路";caspase-1 抑制剂 VX-765 在难治性癫痫 II 期随机对照试验中安全性良好,提示初步获益但未达主要终点。神经退行(阿尔茨海默、帕金森)中,Aβ/α-synuclein 等可激活 NLRP3 焦亡,驱动慢性神经炎症——使得 NLRP3/GSDMD 成为 CNS 抗炎的热门靶点,但候选药的中枢生物利用度低 是主要转化障碍。4.4 肿瘤:双相性的另一面
焦亡在肿瘤中是典型的"双刃"。促癌侧:慢性低度焦亡/IL-1β 可营造促瘤炎症微环境(类似本期 NF-κB 的逻辑);某些肿瘤高表达 GSDMD 却借此逃逸免疫监视。抗癌侧:化疗或放疗诱导的 GSDME 依赖性焦亡 把"冷"肿瘤"烧"成热肿瘤,释放抗原与 DAMP 增强抗肿瘤免疫,是化疗增敏与 ICIs 联用的新机制。这再次印证本系列反复出现的主题——细胞死亡方式本身就是免疫调节的开关,焦亡因其强炎性而兼具"最大破坏力"与"最强动员力"。
⚠ 决定干预策略的一条推论焦亡同样是情境依赖的开关:在感染/肿瘤中视目标抑制(脓毒症)或诱导(化疗增敏);而"堵孔"(GSDMD 抑制剂)理论上比"掐上游"更广谱,因为它落在经典与非经典两条路径的共同终端。但 GSDMD 也是正常先天免疫的守门人——过度抑制可能削弱抗感染能力,剂量窗与组织选择性是临床化的关键约束。五、临床干预 TOP 10 与在研方向
焦亡作为独立靶点已有 first-in-class 药物进入临床(PTT-121),但多数干预物来自已上市的重定位药或科研工具药。下表按机制层级梳理关键干预物(含工具药与临床阶段药物):
#
干预物(通用名)
靶点/机制
类别
代表进展/适应症
1PTT-121
选择性抑制 GSDMD 成孔
在研·临床Ⅰ期
邵峰团队孵化 Pyrotech;2026-08-04 获 NMPA 批准,2026-09-01 首例健康受试者入组,拟治脓毒性休克
2
Disulfiram 双硫仑
共价修饰 GSDMD Cys191/192 阻寡聚
已上市·重定位
临床前脓毒症 50 mg/kg 使 IL-1β/LDH 降 >40%、改善存活;联合亚胺培南死亡率 90%→30%
3
Necrosulfonamide (NSA) / LDC7559
结合 GSDMD-N 阻插膜
抑制剂·科研/临床前
缓解急性肺损伤、抑制中性粒细胞浸润;NSA 有 MLKL 脱靶需优化
4
SK56(AI 筛选肽)
靶向已成型 GSDMD 孔道、借 ESCRT 修复
在研·临床前
TransForPep 深度学习生成;延迟给药仍改善脓毒症小鼠存活
5
mAb26.5(抗 GSDMD 单抗)
结合成孔域、空间位阻阻寡聚
在研·生物制剂
脓毒症小鼠存活 20%→70%;人源化与递送是重点
6
肝靶向 GSDMD siRNA 纳米粒
敲低 GSDMD 表达
在研·核酸
肝脏 ~80% 敲低、抑制全身炎症
7
MCC950
抑制 NLRP3 组装
在研(早期临床终止)
临床前脓毒症护器官;因人肝毒性信号终止进一步临床开发
8
OLT1177
抑制 NLRP3 组装
在研·Ⅱ期
痛风 Ⅱ 期显示潜力
9
VX-765
抑制 caspase-1
在研·Ⅱ期
难治性癫痫 Ⅱ 期安全、初步有效但未达主要终点
10
Canakinumab / Anakinra
抗 IL-1β / IL-1 受体拮抗
已上市·重定位
痛风、CAPS、自身炎症有效;脓毒症 Ⅲ 期未获益
准确性说明:上表 1 为 2026 年刚进入临床的 first-in-class GSDMD 抑制剂;2–6 为重定位/在研的"堵孔"策略;7–9 为上游炎症小体/ caspase 抑制;10 为下游细胞因子中和,脓毒症证据级别低。焦亡特异性药物尚属早期,切忌把工具药(如双硫仑、NSA)等同于临床用药。在研方向 🔬
GSDMD 抑制剂的临床转化是当前最明确的迭代方向。PTT-121 的 first-in-human 标志着"不可成药"孔道蛋白被攻克,其静脉剂型面向脓毒性休克的急救场景;邵峰团队还布局了面向痛风、化脓性汗腺炎等慢性炎性病的口服 GSDMD 抑制剂,预计 2027 年进入临床。AI 驱动的药物发现(如生成式肽 SK56)正在把"靶向已成型孔道"与"ESCRT 膜修复"结合,提供延迟给药仍有效的治疗窗口。炎症小体的组织/细胞选择性抑制(避免广泛免疫抑制)与焦亡生物标志物(循环中 GSDMD-N、IL-18、LDH 组合)是临床化的两大瓶颈突破点。
⚠ 研究者速查:常用工具化合物诱导剂:尼日利亚菌素(nigericin,NLRP3)、ATP、尿酸结晶(痛风模型)、LPS + 胞内递送(非经典)。抑制剂:双硫仑(Cys191 共价)、necrosulfonamide/LDC7559(堵孔)、MCC950/OLT1177(NLRP3)、VX-765(caspase-1)、zVAD(凋亡,用作对照以确认"非凋亡")。检测:GSDMD-N(Western,N 端抗体)、LDH 释放、PI 摄取、ELISA 测 IL-1β/IL-18、免疫荧光看 GSDMD 膜定位。务必注意:双硫仑在体内代谢受酒精/肝药酶显著影响;MCC950 已有肝毒性警示,临床转化需谨慎外推。用药警示与临床要点
焦亡干预的"双刃性"是定义性风险。 GSDMD 既是脓毒症"元凶",也是正常抗感染免疫的守门人——全身性强效抑制需警惕机会性感染风险,这也是 PTT-121 早期临床试验以安全性/药代为主要终点的原因。局部/口服慢性适应症(痛风、化脓性汗腺炎)因靶点暴露更可控而风险较低。特殊人群:癫痫等 CNS 疾病候选药受中枢生物利用度制约;自身炎症病(CAPS、FMF)已有成熟 IL-1 通路药物,焦亡抑制剂属增量赛道。必查项目:在脓毒症或炎症临床试验中,建议监测循环中 IL-1β/IL-18、LDH、炎症因子谱作为药效与安全的复合指标;任何 GSDMD 靶向试验应将感染并发症列为关键安全性事件。
⚠ 一条容易被忽略的原则:焦亡不是"细胞被毒死"的泛称,而是一条有精确分子开关(炎症小体/caspase → GSDMD 成孔)的调控性、强炎性死亡程序——这意味着它原则上可以被"精准堵孔"(终端抑制,覆盖经典+非经典),也可以被"精准点火"(化疗经 GSDME 增敏免疫)。任何"焦亡药物"的价值,必须由靶细胞的 GSDMD/GSDME 状态与疾病场景(感染 vs 无菌炎症 vs 肿瘤)共同判定,而非单一靶点本身。参考文献
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Pyrotech Therapeutics. First-in-human dosing of PTT-121, the world's first selective GSDMD inhibitor, in Phase 1 study for septic shock. Press release. 2026-09-01; NMPA approval 2026-08-04.
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Liu C, et al. Anti-GSDMD monoclonal antibody mAb26.5 ameliorates septic shock by blocking pore oligomerization. Sci Transl Med. 2023 (sepsis survival 20%→70%).
VX-765 (caspase-1 inhibitor) in drug-resistant epilepsy: Phase II randomized controlled trial. Neurology. 2024 (safe, preliminary efficacy, primary endpoint not met).
Pyroptosis in epilepsy: from pathophysiological mechanisms to therapeutic strategies. [review] 2026 (NLRP3/GSDMD, VX-765, MCC950 肝毒性).
—「信号通路与炎症」系列 · 第 6 期 · 完 —