细胞也会“主动赴死”。当病原体入侵或细胞内部出现危险信号时，部分细胞会启动一套受到精密调控的死亡程序：Gasdermin（GSDM）家族蛋白被激活后，在细胞膜上聚集并组装形成跨膜孔道，最终导致细胞肿胀、破裂。这种程序性死亡方式被称为细胞焦亡（pyroptosis），是机体先天免疫防御的重要组成部分。

2015年，邵峰院士在内的3个不同课题组率先鉴定GSDMD系哺乳动物细胞焦亡的执行蛋白。由此人们逐渐认识到，焦亡真正的“最后一击”正是由GSDM-类蛋白在细胞膜上打孔完成。然而，GSDM并非动物特有的“专利”。从细菌、真菌到人类，这一家族跨越了漫长的生命演化历程。在微生物中，结构相对简单的原始GSDM可能参与抵抗噬菌体或真菌病毒的群体防御。然而，这些原始GSDM如何被激活，又如何在膜上组装形成孔道，长期以来一直缺乏系统的结构与功能解释。

近日，基础医学院冯友军团队联合武汉大学泰康医学院何正国团队、复旦大学生命科学学院甘建华团队以及浙江大学基础医学院冯钰团队，在Science Advances发表题为“Mechanism and plasticity of primitive pyroptosis”的研究论文。研究团队综合运用微生物遗传学、生物化学、脂质体重构和冷冻电镜等技术，解析了细菌和真菌原始GSDM膜孔的高分辨率结构，揭示了不同原始GSDM共有的激活机制及其显著的结构可塑性，并进一步探索了通过工程化改造将其用于清除耐药病原体的潜力。

一把“分子剪刀”，打开成孔蛋白的“安全锁”

研究人员选择了两套在进化上跨度较大的原始GSDM系统：一套来自细菌Runella zeae，由细菌GSDM（bGSDM）及其配对蛋白酶bCasp组成；另一套来自真菌Podospora anserina，由真菌GSDM蛋白HET-Q1及其配对蛋白酶HET-Q2组成（图1）。虽然这两种GSDM的氨基酸序列相似度很低，但它们采用了相似的启动逻辑。

在未被激活时，GSDM末端的一小段抑制肽如同一道“安全锁”，限制其与细胞膜结合。配对蛋白酶则像一把精准的“分子剪刀”：bCasp切割bGSDM，HET-Q2切割HET-Q1，从而移除抑制肽，释放具有活性的N端成孔结构域。被解除封印的GSDM随即从细胞质转向细胞膜，多分子协同组装形成环状膜孔，导致膜完整性丧失和细胞裂解。研究团队还在人工脂质体中成功重构了这一过程，并结合遗传学与生物化学实验，进一步验证了原始GSDM的膜成孔活性（图1）。

图1.原始GSDM的激活与成孔过程

同一种“打孔器”，却能组装出大小悬殊的膜孔

冷冻电镜结果显示，两类GSDM虽然遵循相似的成孔原理，却形成了尺寸差异显著的膜孔。细菌Runella zeae的bGSDM膜孔分辨率为3.25Å，由46个蛋白单体组装而成，内径约297Å，是目前已解析结构中尺寸最大的GSDM膜孔之一；真菌HET-Q1膜孔的分辨率则达到2.68Å，仅由20个蛋白单体组成，内径约129Å，是目前已知由最少单体组装而成的GSDM膜孔之一（图2）。

尽管两种膜孔在直径和亚基数量上存在显著差异，其基本组装逻辑却高度相似：多个活化的GSDM分子通过彼此紧密结合，围绕膜孔中心排列成环。同时，结构指导的突变实验进一步证实，相邻GSDM分子间的特定作用界面是孔洞组装和细胞毒性产生的关键。

图2.原始GSDM孔结构

把古老的“自毁程序”改造成抗耐药病原体新工具

原始GSDM可能是微生物古老的“自毁装置”：当病毒入侵时，感染细胞通过自我牺牲阻断病毒继续扩散，从而保护整个微生物群体。基于这一机制，研究团队提出了一个大胆的设想：能否反向利用这套程序，让耐药病原体从内部启动“自毁”程序？

作为概念验证，研究人员将工程化的bGSDM和fGSDM引入病原体。结果显示，这些蛋白能够在细菌内膜上形成孔洞，显著降低携带黏菌素耐药基因mcr-1的鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌的存活率；经精细调控的fGSDM/HET-Q1还可有效清除多重耐药白色念珠菌（图3）。

图3.工程化改造后的原始GSDM可诱导耐药病原体从内部“自毁”

这些结果表明，原始GSDM有望被开发为一类可编程的膜裂解效应器。与依赖特定受体或核酸序列的抗菌手段不同，GSDM直接破坏病原体赖以生存的脂质膜，其膜孔尺寸、组装方式和激活条件也具有进一步工程化改造的潜力。不过，研究也发现，纯化后的GSDM蛋白在细胞外不能直接杀伤上述细菌，说明其发挥作用需要进入病原体细胞的内部。因此，如何实现安全递送、精准靶向和条件性激活，仍是未来推动该策略从概念验证走向实际应用所面临的重要挑战。

该研究获得国家重点研发计划、深圳市医学研究专项（D2502006）、国家自然科学基金杰出青年科学基金项目及国家自然科学基金耐药重点专项等项目资助。广西大学博士毕业生粟智、浙江大学医学院附属第二医院黄曼主任和复旦大学甘建华教授为论文共同第一作者。浙江大学周龙教授、浙江大学博士毕业生何召祥、中科院上海免疫与感染研究所陈昌斌教授、中科院上海免疫与感染研究所王园园老师、南京师范大学生命科学学院张元炜老师以及深圳市第三人民医院曲久鑫主任等为本研究作出重要贡献。同时感谢浙江大学毛旭明教授提供酵母实验材料。本研究还得到了浙江大学基础医学院冷冻电镜中心和浙江大学良渚实验室的技术支持。浙江大学冯友军教授、武汉大学何正国教授、复旦大学甘建华教授和浙江大学冯钰教授担任该项目的通讯作者。