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PNAS 2025年研究：GSDMD介导的线粒体功能障碍在边缘细胞中的作用——炎症与血管纹损伤的潜在驱动机制

第一作者及机构
本研究由Yu Xiao（第一作者）、Xiaohan Zhang、Siwei Guo等来自山东大学生命科学学院（Shandong Provincial Key Laboratory of Animal Cells and Developmental Biology）的团队主导，联合山东第一医科大学附属省立医院耳鼻喉科（Department of Otolaryngology, Shandong Provincial Hospital）等多家机构共同完成，于2025年3月11日发表于《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences）第122卷第11期，论文标题为《GSDMD-mediated mitochondrial dysfunction in marginal cells: a potential driver of inflammation and stria vascularis damage in CIHL》。

学术背景

研究领域与动机
顺铂（cisplatin）是临床广泛使用的化疗药物，但其不可逆的耳毒性（ototoxicity）导致高达23.5%的儿童和20%的成人患者出现听力损失（cisplatin-induced hearing loss, CIHL）。既往研究多关注毛细胞（hair cells, HCs）损伤机制，而血管纹（stria vascularis, SV）的作用未被充分阐明。本研究首次提出：Gasdermin D（GSDMD）介导的细胞焦亡（pyroptosis）通过边缘细胞（marginal cells, MCs）的线粒体功能障碍驱动CIHL，为临床干预提供了新靶点。

科学问题
炎症是CIHL的核心机制，但具体路径不明。GSDMD作为焦亡执行蛋白，在肾脏毒性中已被证实与顺铂损伤相关，但其在耳蜗中的作用尚未探索。本研究旨在解决：
1. 耳蜗中GSDMD是否被顺铂激活？
2. GSDMD缺失能否抵抗CIHL？
3. 关键靶细胞（MCs或HCs）及其分子机制是什么？

研究流程与方法

1. 顺铂耳毒性模型构建与表型分析
- 对象：6-8周龄C57BL/6N小鼠，分为对照组和顺铂组（n=12，雌雄各半）。
- 方法：腹腔注射顺铂（4天给药+3天恢复，共2周期），通过听觉脑干反应（ABR）、畸变产物耳声发射（DPOAE）评估听力功能，免疫荧光（IF）和电镜观察耳蜗形态。
- 关键发现：顺铂组听力阈值升高（4-32 kHz）、SV变薄、毛细胞丢失，且转录组显示炎症通路（如NLRP3炎症小体）显著激活。

2. GSDMD介导焦亡的验证
- 药理学抑制：使用GSDMD抑制剂Necrosulfonamide（NSA）预处理小鼠，Western blot证实其抑制GSDMD切割和NLRP3表达。
- 基因敲除：构建全身性GSDMD敲除（GSDMD−/−）小鼠，发现其完全抵抗顺铂耳毒性，ABR阈值与对照组无差异，且SV血管完整性保留。

3. 靶细胞定位与机制解析
- 细胞特异性实验：
- 毛细胞特异性敲除（Atoh1-GSDMD−/−）：HCs中GSDMD缺失未改善听力损失，表明HCs非主要靶点。
- MCs聚焦：顺铂处理后18小时，MCs出现线粒体异常聚集（megamitochondria）和氧化应激（4-HNE标记），而GSDMD−/−小鼠中此现象消失。
- 线粒体机制：共聚焦显微镜显示，GSDMD的N端（GSDMD-N）与线粒体膜蛋白TOM20共定位，导致细胞色素c释放和线粒体膜破裂。

4. 基因治疗与药物转化
- AAV1介导的GSDMD-N递送：在GSDMD−/−小鼠SV中过表达GSDMD-N，逆转了其对CIHL的抗性，证实GSDMD-N的致病性。
- 临床药物测试：FDA批准的酒精依赖药物双硫仑（disulfiram, DSF）可抑制GSDMD，显著减轻顺铂耳毒性（ABR阈值降低50%）。

主要结果与逻辑链

1. GSDMD激活证据：顺铂通过caspase-11切割GSDMD，释放其N端形成膜孔，触发焦亡和炎症因子（IL-1β、IL-18）释放。
   
2. 靶细胞特异性：MCs（而非HCs）是GSDMD主要作用位点，其线粒体损伤早于HCs死亡（顺铂处理后18小时 vs. 48小时）。
   
3. 机制级联：
   
   • 顺铂→caspase-11激活→GSDMD切割→GSDMD-N线粒体定位→线粒体氧化应激→SV血管破裂→毛细胞继发损伤。
     
4. 干预效果：DSF通过阻断GSDMD孔道形成，保护SV和听力功能。
   

结论与价值

科学意义
- 首次揭示GSDMD介导的焦亡是CIHL的核心机制，提出MCs线粒体损伤为早期事件，挑战了传统HCs中心论。
- 阐明GSDMD-N直接靶向线粒体的分子路径，为焦亡-线粒体交互研究提供新模型。

临床应用
- DSF作为已上市药物，可快速转化为CIHL的临床防护方案，避免顺铂化疗的听力副作用。

研究亮点

1. 创新性：发现SV中MCs的焦亡是CIHL的驱动因素，突破既往HCs-centric视角。
   
2. 方法学：
   
   • 结合AAV1-SV靶向递送和细胞特异性敲除，精准解析靶细胞。
     
   • 采用ICP-MS定量耳蜗铂积累，证明GSDMD缺失减少顺铂内耳渗透。
     
3. 转化价值：DSF的“老药新用”策略显著缩短临床转化周期。
   

其他价值

• 数据集已公开于Dryad（DOI: 10.1073/pnas.2415805122），涵盖转录组、形态学及行为学数据，可供后续研究复用。
  
• 研究得到国家自然科学基金（82322019等）和科技部重点研发计划（2024YFC2511104）支持。
  

此研究为顺铂耳毒性的机制与治疗提供了里程碑式见解，未来可拓展至其他耳毒性药物（如氨基糖苷类）的共性通路探索。