병리학적 조건 하에서, 인플라마좀 센서는 인플라마좀을 형성하여 인플라마좀 경로를 활성화시킵니다. 고전적 인플라마좀 경로에서 카스파제-1은 효과 분자로 작용하여 인터루킨-1β(IL-1β)를 활성화시키고 세포 밖으로 분비합니다. 비고전적 경로에서 카스파제-11은 카스파제-1을 활성화시켜 IL-1β를 세포 밖으로 분비합니다. 고전적 인플라마좀과 비고전적 인플라마좀 경로는 gasdermin D(GSDMD)를 GSDMD-C말단과 GSDMD-N말단으로 절단합니다. GSDMD-N말단이 형성한 원형질막에 세공을 통해 IL-1β는 세포 밖으로 분비됩니다. 세포 밖으로 분비된 사이토카인은 파골세포 형성의 조절을 증가시켜 류마티스 관절염과 같은 염증성 골 손실을 일으킵니다. 본 연구는 in vitro 실험을 통해 카스파제-1/11-GSDMD 경로가 대장균 자극에 의한 파골세포 분화를 감소하여 염증성 골 손실을 억제하기 위한 표적이 될 수 있는지 검증하는 것입니다.
첫번째로, 카스파제-1/11이 결손된 마우스 세포에서 IL-1β의 분비가 감소하였음에도 대장균 자극에 의한 파골세포 분화가 증가하는 것을 확인했습니다. 카스파제-1/11결손 마우스 세포에서 IκB의 인산화가 증가한 것을 확인했습니다. RNA-seq 분석을 통해 GAPDH의 발현이 카스파제-1/11 결손 마우스에서 증가한 것을 확인했습니다. 본 연구는 카스파제-1/11 결손 마우스 세포에서 GAPDH의 발현이 증가함에따라 미토콘드리아 활성산소와 미토콘드리아 분열이 증가하는 새로운 기전을 발견했습니다. 미토콘드리아 활성산소와 미토콘드리아의 분열이 증가함에 따라 p38 인산화가 증가하여 c-Fos와 NFATc1의 발현이 증가했습니다. In vitro 실험결과와 일치하게, LPS자극을 준 in vivo 실험에서 카스파제-1/11 결손마우스에서 WT 마우스보다 골 손실이 증가한 것을 확인했습니다.
카스파제-1 혹은 GSDMD가 결손되었을 때 대장균 자극에 의한 파골세포 분화가 감소하는 것을 확인했습니다. 카스파제-1 결손 마우스 세포에서 IκB 인산화와 IL-1β의 분비가 감소했습니다. 카스파제-1 결손 마우스 세포에 IL-1β를 대장균과 함께 처리했을 때 파골세포의 분화가 일부만 증가함에 따라 대장균 자극에 의한 파골세포 분화 과정에서 카스파제-1이 IL-1β의 분비만 관여하는 것이 아님을 확인했습니다. 카스파제-1 결손 마우스 세포에서 GAPDH 발현과 p38 인산화가 감소하는 것을 확인했으며, 미토콘드리아 활성산소와 미토콘드리아 분열도 감소함을 확인했습니다. GSDMD 결손 마우스 세포에서 IL-1β의 분비가 WT 마우스 세포보다 감소하는 것을 확인했고, IL-1β를 대장균과 함께 처리했을 때 파골세포의 분화가 WT과 비슷한 수준으로 증가하였습니다. GSDMD 결손 마우스와 WT 마우스 세포에서 IκB 인산화에는 차이가 없었지만 p38 인산화는 GSDMD 결손 마우스 세포에서 감소하였습니다. 대장균에 의해 유도된 파골세포 분화가 GSDMD 결손 마우스 세포에서 감소하는 것은 미토콘드리아 활성산소와 미토콘드리아 분열이 감소했기 때문임을 확인했습니다.
이러한 결과를 통해 카스파제-1/11-GSDMD 경로가 미토콘드리아 활성산소와 미토콘드리아 분열을 조절하는 것을 확인했습니다. 따라서, 카스파제-1을 특이적으로 저해하거나 GSDMD를 저해하는 것이 염증성 골 손실의 표적이 될 수 있음을 확인했습니다.