GSDME介导的细胞焦亡在头颈鳞癌中的转录组学洞察：从免疫微环境重塑到CK13/CK19下调的新机制

《Scientific Reports》：Transcriptomic insights into GSDME-driven pyroptosis in head and neck cancer

　　本研究针对头颈鳞癌(HNSCC)治疗瓶颈，通过多组学分析揭示GSDME驱动焦亡(pyroptosis)的免疫调控机制。研究发现GSDME过表达通过下调ELF3/PBX1转录因子，显著降低CK13/KRT13和CK19/KRT19表达，抑制肿瘤生长。该研究为HNSCC免疫治疗提供新靶点，发表于《Scientific Reports》。

　　

头颈鳞状细胞癌(HNSCC)是全球常见的恶性肿瘤，发病部位涵盖口腔、鼻窦、咽喉等多个关键解剖区域。由于解剖结构复杂且易早期转移，HNSCC患者五年生存率低，复发率高，给临床治疗带来巨大挑战。据统计，2022年美国新增病例超5.4万例，中国更是高达11.7万例。传统手术、放疗、化疗等治疗方式常导致患者吞咽功能受损、言语障碍等严重后遗症，严重影响生活质量。值得注意的是，HNSCC幸存者的自杀率仅次于胰腺癌，凸显了在肿瘤治疗之外进行生活质量干预和心理支持的重要性。

在这种临床困境下，细胞焦亡(pyroptosis)作为一种新型程序性细胞死亡方式，展现出独特的治疗潜力。这种由gasdermin蛋白家族介导的细胞死亡 characterized by细胞肿胀、质膜出现气泡状突起最终破裂，伴随剧烈炎症反应。在肿瘤发生发展中，焦亡扮演着双重角色：一方面可裂解肿瘤细胞暴露肿瘤抗原，激活免疫监视；另一方面，持续失调的焦亡反应可能通过癌症相关成纤维细胞(CAF)衍生的NLRP3/IL-1β信号重塑肿瘤微环境，反而促进免疫抑制和肿瘤转移。

在众多焦亡介质中，GSDME尤为引人注目。当被caspase-3切割后，其N端结构域释放，驱动焦亡性细胞死亡并发挥强大抑癌作用。研究表明，GSDME不仅能直接抑制肿瘤细胞生长、侵袭和转移，还能促进炎症介质和免疫原性因子释放，增强CD8⁺T细胞和巨噬细胞等免疫细胞浸润和功能，诱导强劲抗肿瘤免疫应答。然而，GSDME过表达抑制HNSCC生长的具体靶点和信号通路，及其对肿瘤免疫微环境的影响，尚缺乏系统研究。

为解答这些问题，研究人员开展了一项整合生物信息学分析和实验验证的深入研究。通过对TCGA-HNSCC和GSE65858数据集的分析，结合体外细胞模型和体内动物实验，系统揭示了GSDME驱动焦亡在HNSCC中的转录组特征和免疫调控机制。

研究主要采用多组学数据分析（包括TCGA和GEO数据库挖掘）、免疫浸润算法（CIBERSORTx）、体外细胞模型（CAL-27细胞系GSDME过表达）、转录组测序（Illumina NovaSeq 6000平台）、实时定量PCR、以及裸鼠异种移植模型等关键技术方法。这些方法的综合运用，使研究能够从生物信息学到实验验证全面探讨GSDME在HNSCC中的作用机制。

差异表达与突变分析：研究人员比较了HNSCC肿瘤组织与癌旁组织中焦亡相关基因(PRGs)的表达差异，发现17个基因存在显著差异表达。TP53、CASP8和NLRP3是突变频率最高的三个基因，提示这些细胞死亡通路的关键调控因子在HNSCC发生发展中可能发挥重要作用。

富集分析：GO富集分析显示，差异表达基因(DEGs)显著富集于肌原纤维、含胶原的细胞外基质等细胞组分，以及肌动蛋白结合、受体配体活性等分子功能。KEGG通路分析表明DEGs主要富集于黏着斑生物通路。GSEA分析显示焦亡基因与细胞色素P450代谢通路呈负相关。

免疫浸润分析：TCGA训练集和GEO验证集的分析均显示，高焦亡组和低焦亡组在幼稚B细胞、浆细胞、CD8⁺T细胞、活化记忆CD4⁺T细胞、M1巨噬细胞和活化树突状细胞等免疫细胞浸润水平上存在显著差异。特别是在GEO验证集中，高焦亡组的M1巨噬细胞表达更高，表明焦亡相关基因可通过影响巨噬细胞活化通路来调节HNSCC的肿瘤免疫微环境。

GSDME过表达的转录组分析：GSDME过表达导致E2F、ETS、HMG、MYB、BZIP和C2H2等多个转录因子家族显著上调或下调。其中，ETS转录因子ELF3和同源盒转录因子PBX1表达下调，伴随其靶基因CCL17、CENPF、CLIC3、KRT13、KRT19和USP1等的表达变化。

差异基因验证：GSDME过表达组中CK13(KRT13)、CK19(KRT19)、CD99、AGR2、KRT15和MMP13等基因显著下调。GO和KEGG富集分析显示，下调基因显著富集于细胞黏附分子和花生四烯酸通路。免疫组化结果进一步证实，GSDME高表达组中CK13和CK19蛋白水平显著降低。

研究结论表明，GSDME可能通过调控ETS转录因子ELF3和同源盒转录因子PBX1，影响其下游靶基因表达，进而抑制HNSCC生长。GSDME过表达组中CK13和CK19的表达降低可能是GSDME抑制HNSCC生长的潜在机制。这一发现为理解GSDME介导的焦亡在HNSCC中的抑癌作用提供了新视角。

讨论部分强调，在免疫检查点抑制剂应答率低于20%的HNSCC中，诱导GSDME介导的焦亡可能为"冷"肿瘤向"热"肿瘤转化提供新策略。GSDME依赖性焦亡伴随IL-1β、IL-18和损伤相关分子模式(DAMPs)的释放，能有效招募和激活CD8⁺T细胞和NK细胞，重塑肿瘤免疫微环境，放大抗肿瘤免疫。研究表明，即使少于15%的肿瘤细胞发生焦亡，也足以在免疫健全宿主中清除整个肿瘤，而在免疫缺陷或T细胞耗竭的小鼠中该效应消失。

该研究不仅验证了CASP8、NOD1、NOD2和GSDME等焦亡相关因子在HNSCC中的作用和相关性，还揭示了GSDME与ELF3、PBX1转录因子的潜在关联，为晚期HNSCC的治疗提供了新的靶点和方向。随着对GSDME及其在肿瘤免疫中作用的深入研究，有望开发出新的抗肿瘤治疗策略，特别是为头颈鳞状细胞癌等肿瘤的免疫治疗提供新思路。