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细胞焦亡是促炎性细胞死亡方式的一种,主要形态特征包括细胞胀大,细胞膜破裂及细胞吹泡等。早期研究表明,细胞焦亡多起于微生物感染,由上游的促炎性caspase激活引起。近年来的研究则发现,促凋亡caspase也可以切割下游通路的细胞焦亡效应蛋白GSDME,诱导细胞焦亡的发生。化疗药物一般通过BAK/BAX依赖的线粒体途径,引起促凋亡caspase激活并诱导细胞凋亡的发生。激活的BAK/BAX可以在线粒体外膜上发生寡聚化,引起线粒体外膜通透,促使细胞色素c释放并诱导凋亡小体形成,激活caspase-9,进而引起caspase-3/7的切割活化。研究表明,GSDME蛋白在细胞中的表达水平与化疗药物引起的细胞死亡形式密切相关,高水平表达的GSDME会诱导肿瘤细胞发生焦亡,反之,则倾向于发生凋亡。但是,抗肿瘤药物诱导GSDME介导细胞焦亡的分子机制研究仍不充分,需进一步深入探究。此外,翻译后修饰是否参与GSDME介导的细胞焦亡调节,尤其是抗肿瘤药物处理后细胞死亡方式的调控研究还比较匮乏。本研究中,我们使用多种抗肿瘤药物(包括TNFα+CHX、navitoclax和etoposide)处理HCT116和BAK-/-/BAX-/-HCT116细胞,证明抗肿瘤药物引起的细胞焦亡是BAK/BAX-caspase-3-GSDME信号通路依赖的。更重要的是,我们的研究首次证明在TNFα+CHX和actinomycin D等抗肿瘤药物引发的细胞焦亡过程中,GSDME的活性受到棕榈酰化修饰的调控。Cys407、Cys408是GSDME潜在的棕榈酰化修饰位点。小分子抑制剂2-溴十六烷酸(2-BP)和棕榈酰化修饰位点Cys407、Cys408(C407A/C408A)突变都可以有效地抑制抗肿瘤药物引起的GSDME-C棕榈酰化修饰和细胞焦亡。免疫共沉淀实验表明2-BP和C407A/C408A突变能够显著地增加GSDME活性N-端(GSDME-N)和抑制性C-端(GSDME-C)的相互作用,提示棕榈酰化修饰可能是通过促进GSDME-N从抑制性的GSDME-C上解离来促进细胞焦亡发生。此外,研究结果发现细胞内多种棕榈酰基转移酶,包括DHHC2/7/11/15,均能够和GSDME发生结合并调节GSDME-C的棕榈酰化修饰。综上所述,我们的研究不仅充实了我们对抗肿瘤药物诱导的肿瘤细胞焦亡信号通路的认识,证明了 GSDME的翻译后修饰与其活性的相关性,也为细胞焦亡和细胞凋亡的转换提供了一个新的思路和未来干预的新靶点。