学术研究报告：Gasdermin D依赖性血小板焦亡加剧严重脓毒症中的NET形成和炎症

第一作者及研究机构
本研究由Meiling Su和Chaofei Chen（共同第一作者）领衔，联合来自广州妇女儿童医疗中心儿科研究所（Institute of Pediatrics, Guangzhou Women and Children’s Medical Centre）、中国科学院上海巴斯德研究所（Institute Pasteur of Shanghai）、美国耶鲁大学医学院（Yale University School of Medicine）等机构的团队合作完成，通讯作者为Wai Ho Tang。研究成果于2022年8月发表于期刊《Nature Cardiovascular Research》（Vol 1, 732–747）。

学术背景

研究领域与科学问题
脓毒症（Sepsis）是全球儿童发病率和死亡率最高的疾病之一，其核心病理特征是感染引发的炎症反应失调。血小板（Platelets）在脓毒症中被发现具有关键炎症细胞功能，但其如何通过细胞死亡途径（如焦亡，Pyroptosis）加剧严重脓毒症的机制尚不明确。

研究动机与目标
本研究旨在揭示：
1. 脓毒症中血小板是否发生焦亡，及其分子机制（如Gasdermin D依赖性通路）；
2. 血小板焦亡如何通过释放氧化线粒体DNA（ox-mtDNA）促进中性粒细胞胞外诱捕网（Neutrophil Extracellular Traps, NETs）形成；
3. S100A8/A9-TLR4信号轴是否驱动血小板焦亡与NETs的正反馈循环，从而加剧炎症。

研究流程与方法

1. 临床队列与血小板蛋白质组学分析

• 研究对象：93例脓毒症患儿（分为脓毒症、严重脓毒症、脓毒性休克组）和75例健康对照（HS）。
  
• 方法：
  
  • 通过电子病历回顾性分析患者并发症和死亡率（图1a）；
    
  • 检测血浆炎症因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）和血小板参数（平均血小板体积、分布宽度等）；
    
  • 对3例严重脓毒症患者和3例HS的血小板进行数据非依赖性采集质谱（DIA-MS）分析，鉴定差异表达蛋白（DEPs），并通过荧光激活细胞分选（FACS）验证细胞死亡类型。
    
• 关键发现：
  
  • 严重脓毒症患者血小板中焦亡相关蛋白（如GSDMD、NLRP3炎症小体）显著上调（图1g）；
    
  • 51.2%的血小板表现为焦亡（caspase 1阳性），远高于凋亡（30.5%）和自噬（2.2%）（图1h）。
    

2. 血小板焦亡的分子机制验证

• 实验模型：
  
  • 体外：用脂多糖（LPS）和尼日利亚菌素（Nigericin）诱导血小板焦亡；
    
  • 体内：构建血小板特异性GSDMD敲除小鼠（GSDMDfl/fl PF4-Cre），通过盲肠结扎穿刺（CLP）模拟脓毒症。
    
• 技术方法：
  
  • 透射电镜（TEM）观察血小板膜破裂和内容物释放（图2a）；
    
  • 免疫荧光验证NLRP3炎症小体与ASC的共定位（图2b）；
    
  • Western blot检测caspase 1活化、GSDMD剪切和IL-1β释放（图2c-f）。
    
• 结果：
  
  • CLP诱导的野生型小鼠血小板出现焦亡特征（细胞肿胀、膜破裂），而GSDMD敲除小鼠无此现象（图2h）；
    
  • S100A8/A9通过TLR4激活NLRP3炎症小体，依赖线粒体活性氧（mtROS）触发GSDMD依赖性焦亡（图3）。
    

3. 血小板焦亡与NETs的正反馈循环

• 机制解析：
  
  • 焦亡血小板释放ox-mtDNA，显著促进NETs形成（图4a-d）；
    
  • NETs进一步释放S100A8/A9，通过TLR4信号加剧血小板焦亡（图5）。
    
• 干预实验：
  
  • 使用S100A9抑制剂Paquinimod阻断TLR4，可减少NETs和炎症因子，提高CLP小鼠存活率（图7）。
    

主要结果与逻辑链条

1. 临床证据：严重脓毒症患者血小板中GSDMD和焦亡通路激活，与炎症程度正相关（图1-2）。
   
2. 机制验证：S100A8/A9-TLR4-mtROS-NLRP3-GSDMD轴驱动血小板焦亡（图3）。
   
3. 病理放大：血小板焦亡释放的ox-mtDNA促进NETs，NETs反馈释放S100A8/A9，形成恶性循环（图4-5）。
   
4. 治疗潜力：靶向S100A8/A9（如Paquinimod）可阻断该循环，改善预后（图7）。
   

结论与意义

科学价值：
- 首次证实脓毒症中血小板焦亡的存在及其依赖GSDMD的分子机制；
- 揭示血小板-NETs正反馈循环是脓毒症炎症风暴的关键驱动因素。

应用价值：
- S100A8/A9-TLR4轴或成为脓毒症早期诊断标志物；
- Paquinimod等靶向药物为临床干预提供新策略。

研究亮点

1. 创新发现：提出“血小板焦亡-NETs正反馈循环”概念，解释脓毒症快速恶化的机制。
   
2. 技术突破：结合DIA-MS蛋白质组学、血小板特异性基因敲除小鼠和动态NETs成像。
   
3. 临床转化：通过抑制S100A8/A9-TLR4信号轴改善小鼠存活率，为临床试验奠定基础。
   

局限性：需进一步验证Paquinimod在人类脓毒症中的疗效及血小板焦亡与血栓减少的直接关联。