甘露糖通过代谢产物GlcNAc-6P激活AMPK拮抗gsdme介导的细胞焦亡

基本信息

英文标题：Mannose antagonizes GSDME-mediated pyroptosis through AMPK activated by metabolite GlcNAc-6P

中文标题：甘露糖通过代谢产物GlcNAc-6P激活AMPK拮抗gsdme介导的细胞焦亡

发表期刊：《Cell Research》

影响因子：44.1

作者单位：厦门大学生命科学学院、 厦门大学附属中山医院胃肠外科、哈尔滨医科大学附属第一医院结直肠外科

作者信息：Yuan-li Ai，Wei-jia Wang，Fan-jian Liu，Wei Fang，Hang-zi Chen，Liu-zheng Wu，Xuehui Hong，Yuekun Zhu，Ci-xiong Zhang，Long-yu Liu，Wen-bin Hong，Bo Zhou，Qi-tao Chen，Qiao Wu

研究背景

细胞焦亡是一种由gasdermin家族成员执行的程序性细胞死亡类型。然而，gasdermin介导的细胞焦亡如何被负向调节尚不清楚。研究旨在探讨甘露糖如何通过激活AMPK来抑制GSDME介导的细胞焦亡。

研究方法

研究使用了多种癌症细胞系和小鼠模型，以及临床患者样本。通过细胞培养、药物处理、分子生物学技术(如CRISPR/Cas9基因编辑、西方印迹分析、免疫沉淀、质谱分析等)、组织化学染色和小动物活体成像等方法，研究甘露糖对GSDME介导的细胞焦亡的影响及其潜在机制。

实验结果

图1: D-甘露糖 reverses GSDME-mediated pyroptosis in response to different inducers.

不同诱导剂下，D-甘露糖能逆转GSDME介导的pyroptosis。

D-甘露糖处理后的A375细胞对CCCP/FeSO4诱导的pyroptosis有显著抑制作用。

D-甘露糖对不同己糖的逆转效果不同，对甘露糖有显著效果。

图1展示了D-甘露糖对不同诱导剂的响应，说明了D-甘露糖作为潜在治疗pyroptosis的药物靶点的重要性。

图2: Deletion of genes in HBP impaired the effect of mannose on repressing pyroptosis.

HBP途径中基因的敲除减弱了D-甘露糖对pyroptosis的抑制效果。

GFAT1/2、GNPNAT1、PGM3和UAP1敲除细胞中，D-甘露糖对CCCP/FeSO4诱导的pyroptosis的抑制效果减弱。

图3: Activation of AMPK mediates repression of pyroptosis by mannose.

AMPK的激活是D-甘露糖抑制pyroptosis的关键机制。

D-甘露糖处理能显著提高A375细胞中AMPK和ACC的磷酸化水平。

AMPKα1/α2敲除细胞或使用化合物C处理后，D-甘露糖的抑制效果减弱。

图4: GlcNAc-6P directly binds to and activates AMPKα.

GlcNAc-6P与AMPKα直接结合并激活它。

LC-MS检测显示，D-甘露糖处理后细胞内GlcNAc-6P水平上升。

ITC和co-IP实验证实了GlcNAc-6P与AMPKα的相互作用。

图3和图4揭示了AMPK在D-甘露糖抑制pyroptosis中的关键作用，为后续研究提供了重要的机制理解。

图5: AMPK phosphorylates GSDME to block caspase-3-mediated cleavage.

AMPK通过磷酸化GSDME来阻止caspase-3介导的切割。

GSDME的Thr6位点被AMPK特异性磷酸化。

AMPK激活后，GSDME与caspase-3的相互作用减弱，从而抑制pyroptosis。

图5展示了AMPK如何直接作用于GSDME，阻止caspase-3介导的切割，这是pyroptosis的关键步骤。

图6: Roles of mannose in cisplatin-induced pyroptosis in normal cell lines and organoids.

D-甘露糖能保护正常细胞系和器官免受顺铂诱导的损伤。

顺铂处理后，D-甘露糖能逆转GSDME的切割和pyroptotic细胞死亡。

GSDME敲除细胞中，顺铂无法诱导pyroptosis。

图7: Mannose protected organs against chemotherapy drug-induced injury in mouse models.

D-甘露糖在动物模型中保护了器官，免受化疗药物损伤。

D-甘露糖预处理能显著减少小鼠小肠和肾脏的损伤。

D-甘露糖预处理能减少血清中BUN、肌酐和胱抑素C的水平，同时提高AMPK的磷酸化水平。

图6和图7提供了D-甘露糖在防止化疗药物引起的器官损伤中的保护作用，这对于临床应用具有重要意义。

图8: Mannose exerts a protective role in small intestine and kidney in mice and patients.

D-甘露糖在小鼠和患者中保护了小肠和肾脏免受化疗药物损伤。

D-甘露糖预处理显著减少了化疗药物诱导的肿瘤数量，并保护了肠道和肾脏的结构。

患者数据表明，D-甘露糖补充能减少化疗药物诱导的肠道和肾脏损伤。

图8则将研究结果扩展到小鼠模型和人类患者，进一步验证了D-甘露糖的保护效果。

研究发现甘露糖通过增加细胞内代谢物N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸(GlcNAc-6P)的水平，激活AMPK。激活的AMPK进一步磷酸化GSDME，导致caspase-3介导的GSDME裂解受阻，从而抑制细胞焦亡。在小鼠模型中，甘露糖的给药减轻了顺铂或奥沙利铂引起的小肠和肾脏组织毒性，而不损害抗肿瘤效果。在一小部分接受常规化疗的胃肠癌患者中，甘露糖的联合给药减少了腹泻和粪便中的白细胞数量。

研究结论

甘露糖通过GlcNAc-6P介导的AMPK激活，对抗GSDME介导的细胞焦亡，表明甘露糖补充在临床上可用于减轻化疗引起的副作用。