細胞毒性淋巴細胞，主要是細胞毒性T淋巴細胞（CTL）和自然殺傷細胞（NK），是殺死受到病毒感染的細胞或發生癌變的細胞或組織移植物的主要效應細胞。這種細胞介導的細胞毒性作用於FAS死亡受體途徑或更常見的顆粒胞吐途徑的下游。顆粒胞吐途徑依賴於穿孔素（perforin）來遞送稱為顆粒酶（granzyme）的絲氨酸蛋白酶到靶細胞中。理解細胞毒性淋巴細胞如何利用這兩種途徑來殺死靶細胞是免疫學中的一個至關重要的問題，特別是考慮到CTL在癌症免疫療法中的關鍵作用。從1990年代開始的大量研究給出了一個主要的觀點：FAS途徑和穿孔素/顆粒酶途徑誘導靶細胞凋亡。然而，這些早期的研究是在細胞凋亡被認為是唯一的或主要的程序性細胞死亡形式的時候開展的。確定細胞凋亡的測定方法並不特別準確，而且是在體外針對有限類型的靶細胞進行的。確實，已有零星的報告指出細胞毒性淋巴細胞可誘導非凋亡性細胞死亡。比如，當遭受NK細胞靶向攻擊時，K562和CHP134細胞會經歷壞死，Jurkat細胞表現出混合的細胞死亡形式。在某些環境下，CTL也會誘導非凋亡性細胞死亡。因此，淋巴細胞的細胞毒性可能是環境依賴性的。
顆粒酶家族在人類中包括5個成員：顆粒酶A（GZMA）、顆粒酶B（GZMB）、顆粒酶H（GZMH）、顆粒酶K（GZMK）和顆粒酶M（GZMM），而在小鼠中包括11個成員，每個成員都具有它自己的底物特異性。人們對顆粒酶的研究已有30多年了，主要的關注點是兩個大量存在的成員（GZMA和GZMB）及其在殺死癌細胞中的作用。GZMB被認為通過切割caspase-3或caspase-3底物來誘導靶細胞凋亡。GZMB的作用並不那麼明確。利用裝載穿孔素的GZMA進行的體外研究已鑑定出單鏈DNA損傷和線粒體電子傳遞鏈中的多種底物。這導致人們提出一種複雜的不依賴於caspase的細胞凋亡途徑，該途徑的作用機理是未知的。已知的GZMA切割活性對CTL和NK細胞介導的殺傷作用作出的貢獻尚未確定。再者，GZMA敲除小鼠在細胞凋亡上不存在明顯的缺陷，而且小鼠GZMA可誘導呈現扭動形態（writhing morphology）的非凋亡性細胞死亡。因此，GZMA的真實功能和作用機制仍然不明確，這可能是因為缺乏足夠相關的實驗系統。
作為一種促炎性細胞死亡形式，細胞焦亡是先天免疫中的一種至關重要的效應機制。歷史上，細胞焦亡曾被認為是caspase-1介導的單核細胞死亡，並伴有IL-1β和IL-18分泌。近期的研究已表明小鼠caspase-11以及它的人類同源蛋白caspase-4和caspase-5也可在脂多糖的直接激活下誘導細胞焦亡。此外，gasdermin D（GSDMD）已被發現是作用於caspase-1和caspase-11/4/5下游的細胞焦亡執行分子。因此，細胞焦亡如今被重新定義為gasdermin介導的程序性壞死（也稱為壞死性凋亡）。
GSDMD攜帶著一個N端穿孔結構域和一個C端抑制性結構域。caspase-1或caspase-11/4/5對GSDMD的結構域間切割（inter-domain cleavage）允許這個N端結構域結合膜磷脂併發生寡聚體化從而在質膜上形成一個較大的大約18nm的孔。作為對細胞焦亡的重新定義的支持，四種其他的gasdermin（GSDMA、GSDMB、GSDMC和GSDME）都具有自我抑制的穿孔結構域，但沒有caspase-1/11切割位點。作為另一種得到很好描述的gasdermin，GSDME被caspase-3切割和激活，其方式類似於GSDMD被caspase-1/11切割和激活。GSDME表達可在僅大約10%的癌細胞中明顯地檢測到。GSDME可將caspase-3介導的細胞死亡從細胞凋亡切換到細胞焦亡，從而使得癌細胞對殺傷試劑更加敏感。這些結果支持早期提出的一個觀點：GSDME可能作為一種腫瘤抑制蛋白髮揮作用。除了GSDMD和GSDME之外，gasdermin蛋白家族其他成員的激活機制是未知的。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz7548。
在一項新的研究中，來自中國醫學科學院、中國國家生命科學研究所、清華大學、解放軍總醫院、北京大學和中國科學院生物物理研究所的研究人員報道NK細胞和CTL通過細胞焦亡途徑殺死GSDMB陽性細胞。這種殺死作用源自於淋巴細胞產生的GZMA對GSDMB進行結構域間切割，從而激活GSDMB的穿孔活性。干擾素γ（IFN-γ）上調GSDMB表達，並促進細胞焦亡。此外，GSDMB在某些組織---特別是消化道上皮及其衍生性腫瘤---中高度表達。將可被GZMA切割的GSDMB導入小鼠癌細胞可促進小鼠中的腫瘤清除。這些結果確定gasdermin介導的細胞焦亡是一種細胞毒性淋巴細胞殺傷機制，這可能增強抗腫瘤免疫反應。相關研究結果近期發表在Science期刊上，論文標題為“Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells”。
細胞焦亡的促炎性質提示著這種類型的淋巴細胞殺傷作用是免疫原性的，可提高免疫反應。GSDMB在多種健康組織（特別是消化道系統）中的存在表明除了癌症之外，這種GZMA-GSDMB軸可能也在對微生物感染的免疫反應中發揮著重要作用。GZMA在體外表現出較低的細胞毒性，但是在體外表現出較大的促炎性。這種看似矛盾的現象似乎可以通過這項研究中的發現---GZMA介導的細胞焦亡殺傷作用需要GSDMB，但是GSDMB並不在之前用於研究GZMA的細胞中表達---來加以很好的解釋。再者，IFN-γ可轉錄啟動GSDMB表達也支持了GSDMB在細胞毒性淋巴細胞介導的殺傷作用中發揮的功能。這就對人們在理解IFN-γ在 針對腫瘤等疾病的免疫反應中所發揮的多種作用提供了新的見解。
重要的是，這項研究發現GSDMB作用於顆粒酶下游，這突顯了諸如caspase之類的蛋白裂解酶以及顆粒酶本質上並不是細胞死亡執行蛋白（cell death executor protein）。相反，這些酶切割包括gasdermin在內的多種下游底物，這接著可以啟動特定的細胞死亡程序。表達多種死亡執行分子的靶細胞可能對相同的蛋白裂解活性（比如顆粒酶的蛋白裂解活性）作出不同的反應。這提示著不同的靶細胞，即便當它們被相同類型的細胞毒性淋巴細胞類似地識別時，也可能經歷不同類型的細胞死亡。因此，在未來對淋巴細胞介導的免疫反應的研究應當更多地關注靶細胞內的死亡執行相關事件，而不是細胞表面分子，比如PD-1。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Zhiwei Zhou et al. Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz7548.
