NLRPs炎性小體的構(gòu)成和功能探究,免疫學(xué)論文

NLRPs炎性小體的構(gòu)成和功能探究,免疫學(xué)論文本文關(guān)鍵詞語:核苷酸結(jié)合寡聚化構(gòu)造域樣受體蛋白家族;炎性小體;激活機制;調(diào)控機制;炎性小體是一種新近發(fā)現(xiàn)的細胞免疫信號復(fù)合體，可被多種病原體和體內(nèi)免疫平衡改變產(chǎn)生的危險信號活化，啟動一系列炎癥信號級聯(lián)，引發(fā)細胞焦亡和局部炎癥，在抗炎和抗腫瘤經(jīng)過中發(fā)揮重要作用。當前已發(fā)現(xiàn)的炎性小體包括核苷酸結(jié)合寡聚化構(gòu)造域樣受體蛋白家族(NLRPs)、神經(jīng)元焦亡抑制蛋白-NOD樣受體C(NAIP-NLRC)、Pyrin和黑色素瘤2基因(AIM2)炎性小體等，華而不實NLRPs炎性小體是最為經(jīng)典的一類。本文就NLRPs炎性小體的構(gòu)成和功能、激活途徑、激活調(diào)控因子及其在臨床相關(guān)疾病中的意義作一綜述。1、NLRPs炎性小體的構(gòu)造和功能炎性小體是一種存在于細胞質(zhì)內(nèi)的多聚復(fù)合體[1]。功能性炎性小體的激活的起點是形式辨別受體(PRRs),它能感悟病原體相關(guān)的分子形式(PAMPs)、危險相關(guān)分子形式(DAMPs)及引起體內(nèi)平衡改變的分子進程(HAMPs)[2]。被PAMPs、DAMPs或HAMPs激活的PRRs會招募焦亡相關(guān)斑點樣蛋白(ASC),該接頭蛋白包括一個熱蛋白域(PYD)和一個半胱天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)激活和募集域(CARD)。ASC將上游的PRRs與相對應(yīng)的caspase1結(jié)合，活化的caspase1可水解促炎因子白細胞介素(IL)-1β和IL-18的前體，促進其成熟[3]。除此之外，含有CARD的PRRs,可跳過接頭蛋白ASC作用，直接與caspase1結(jié)合構(gòu)成無ASC的炎性小體復(fù)合物[4]?；罨腸aspase1/4/5/11進一步水解并激活細胞焦亡關(guān)鍵蛋白GasderminD(GSDMD)所產(chǎn)生的GSDMD-N端，導(dǎo)致細胞膜孔洞構(gòu)成、細胞腫脹和細胞質(zhì)內(nèi)容物包括大量促炎因子的釋放，引起強烈的組織炎性反響[5]。2、NLRP1炎性小體人類NLRP1是第一個被發(fā)現(xiàn)介入組裝炎性小體的蛋白。不同于人類NLRP1,小鼠NLRP1具有3個亞型：NLRP1a、NLRP1b和NLRPc。除小鼠NLRP1b能被炭疽桿菌分泌的炭疽毒素特異性激活外，人類NLRP1和小鼠NLRP1b已被證實還能由剛地弓形蟲、福氏志賀菌感染和毒素釋放所激活[6]。2.1、小鼠NLRP1炎性小體小鼠NLRP1b由感悟功能構(gòu)造域(FIIND)、核酸結(jié)合域(NBD)、富亮氨酸重復(fù)域(LRR)和CARD構(gòu)成，其激活是通過一系列的蛋白水解經(jīng)過來介導(dǎo)完成的。上游構(gòu)造域在經(jīng)過自我水解后將NLRP1b裂解為2個通過非共價鍵結(jié)合的片段，此時的NLRP1b尚處于自我抑制狀態(tài)。炭疽毒素中的致死因子可將NLRP1b裂解為N端和C端，其N端很快被泛素化降解，釋放的C端片段含有CARD,可啟動炎性小體的組裝[7]。有研究證實，通過人為影響NLRP1b泛素化降解的關(guān)鍵酶，包括E3連接酶UBR4、泛素化激活酶UBA6等的活性，抑制NLRP1bN端的降解及NLRP1b炎性小體活化[8]。N端的降解和C端的釋放可能是多種誘導(dǎo)激活劑對NLRP1b炎性小體激活的統(tǒng)一機制。2.2、人NLRP1b炎性小體人類NLRP1的激活較小鼠NLRP1b的激活更為復(fù)雜。有報道稱，PYD內(nèi)A54T、A66V和M77T等點突變，以及PYD或LRR的缺失可導(dǎo)致細胞IL-1β的產(chǎn)生增加，在NLRP1的PYD和LRR缺失的人類生殖細胞系中，發(fā)生了NLRP1的自我抑制狀態(tài)被毀壞和NLRP1炎性小體過度激活的情況[9]。有研究證實，上述基因突變或構(gòu)造缺失導(dǎo)致的NLRP1炎性小體的激活與自愈性掌跖癌和角化病的個體易感性相關(guān)[10]。3、NLRP3炎性小體與NLRP1炎性小體不同，NLRP3炎性小體不一定含有CARD,通常不帶有CARD的NLRP3需要結(jié)合ASC完成激活。傳感蛋白NLRP3能感悟體內(nèi)多種刺激，包括病原體、微生物毒素、核酸、三磷酸腺苷(ATP)和化學(xué)藥物。NLRP3炎性小體的激活會導(dǎo)致質(zhì)膜孔和離子流的構(gòu)成、溶酶體破裂和線粒體功能障礙，進而毀壞細胞構(gòu)造和功能，發(fā)揮去除“危險細胞〞和擴大局部炎性反響的作用[5]。3.1、NLRP3炎性小體激活NLRP3的激活通常分為經(jīng)典激活途徑和非經(jīng)典激活途徑。在NLRP3炎性小體的經(jīng)典激活途徑中，細胞外的危險分子通過一系列受體信號轉(zhuǎn)換成為細胞內(nèi)信號，通過PRRs辨別PAMPs或DAMPs,啟動NLRP3炎性小體的組裝[11]。華而不實Toll樣受體(TLRs)、NOD樣受體(NLRs)和細胞因子受體[如白細胞介素1受體(IL-1R)和腫瘤壞死因子受體(TNFRs)]等信號感悟受體及下游基因表示出蛋白[如髓樣分化蛋白(MyD88)、核因子-κB(NF-κB)、焦亡信號調(diào)控激酶(ASK)、脂肪酶合成酶相關(guān)蛋白(FADD)、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子互作蛋白(TIFA)]等介入了PAMPs和DAMPs的信號傳遞經(jīng)過[12]。NLRP3在結(jié)合PAMPs或DAMPs后，激活組裝構(gòu)成NLRP3-ASC-caspase1復(fù)合體，成為NLRP3炎性小體?；罨腸aspase1(cleaved-caspase1)能促進IL-1前體的成熟并裂解GSDMD,GSDMD的N端插入細胞質(zhì)膜構(gòu)成質(zhì)膜孔，使細胞發(fā)生焦亡，并釋放出大量成熟的促炎因子，產(chǎn)生強烈的炎性反響[5]。NLRP3的非經(jīng)典激活途徑由進入細胞內(nèi)的細菌脂多糖(LPS)啟動。革蘭陰性菌分泌的含LPS的外膜囊泡能通過網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進入細胞內(nèi)。鳥苷酸結(jié)合蛋白(GBP)和免疫相關(guān)鳥苷三磷酸酶(IRG)可毀壞含有病原體的液泡，釋放LPS[13]。LPS成分脂質(zhì)A與小鼠caspase11或人類caspase4/5結(jié)合，裂解GSDMD,產(chǎn)生質(zhì)膜孔和鉀離子流，觸發(fā)NLPR3炎性小體的激活。有研究報道顯示，進入細胞質(zhì)的LPS能促使caspase11裂解膜通道蛋白泛連接蛋白1(Panx1),引發(fā)ATP釋放和細胞焦亡[14]。然而，Panx1缺陷小鼠固然缺少caspase11-Panx1軸，但在LPS的刺激下仍能產(chǎn)生不依靠嘌呤能離子通道型受體7(P2X7R)的鉀離子外流和NLRP3的激活。這提示存在一種不依靠P2X7R的鉀通道來調(diào)節(jié)NLRP3的非經(jīng)典激活[15]。腸道沙門菌、變形桿菌通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可導(dǎo)致細胞線粒體功能障礙，釋放活性氧(ROS)和線粒體DNA(mtDNA),誘導(dǎo)NLRP3炎性小體的活化[16]。由鈣離子通道激活導(dǎo)致的細胞外鈣離子內(nèi)流，以及以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)為主的細胞器釋放入細胞質(zhì)的鈣離子，也能促進NLRP3與ASC的連接活化[17]。3.2、NLRP3炎性小體激活的調(diào)控機制激酶NIMA相關(guān)蛋白激酶7(MEK7)是NLPR3炎性小體激活經(jīng)過中的重要蛋白酶。NEK7能直接與NLRP3的NBD和LRR結(jié)合，促進NLRP3蛋白的低聚化。僅NEK7和NLRP3的結(jié)合缺乏以直接啟動NLRP3炎性小體的激活，但是能為NLRP3炎性小體的激活提供有利條件[18]。NLRP3的激活遭到多種蛋白質(zhì)翻譯后修飾的調(diào)控。例如，小鼠E3連接酶TRIM可通過泛素化對NLRP3產(chǎn)生負調(diào)控作用，而E3連接酶Pellino2可促進人和小鼠巨噬細胞中NLRP3的激活[19]。除了泛素化降解對于NLRP3激活的調(diào)控，蛋白激酶A能通過對NBD的磷酸化修飾抑制NLRP3的激活，而蛋白激酶D對NBD的磷酸化作用卻能促進NLRP3的激活[20]。4、NLRP6炎性小體NLRP6傳感蛋白構(gòu)造與NLRP3類似，由LRR、NBD和PYD構(gòu)成，但NLRP6主要在腸組織細胞中高表示出，發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用。組織正常代謝產(chǎn)物和微生物代謝產(chǎn)物均可調(diào)節(jié)小鼠腸組織內(nèi)的NLRP6活性。膽汁酸衍生物牛磺酸是NLRP6的天然沖動劑，而體內(nèi)組胺和多胺精胺是小鼠NLRP6的抑制劑，共同介入維持小鼠腸道NLRP3炎性小體活化水平的穩(wěn)定[21]。當前，這些能夠調(diào)節(jié)NLRP6活性的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生機制，以及能否與腸道菌群種類相關(guān)尚不清楚。革蘭陽性菌的磷壁酸(LTA)可同時招募caspase1和caspase11到炎性復(fù)合體中，激活NLRP6,促進IL-18的產(chǎn)生。有研究提出，LTA是小鼠巨噬細胞中NLRP6的同源配體，以革蘭陽性菌的LTA刺激小鼠細胞或直接以革蘭陽性菌感染巨噬細胞，均能誘導(dǎo)NLRP6的激活和IL-18的產(chǎn)生[22]。對人源NLRP6的PYD構(gòu)造分析進一步證實，其能自行組裝構(gòu)成大型絲狀復(fù)合物，通過PYD-PYD作用吸引ASC,并募集caspase1和caspase11[23]。有研究在敲除小鼠NLRP6基因后，觀察到基因敲除后的小鼠在應(yīng)對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和鼠傷寒桿菌的感染時，其存活率較對照組明顯提高[24]。也有研究指出，NLRP6可能是NF-κB和MAPK信號通路的負性調(diào)控因子。這些發(fā)現(xiàn)提示NLRP6在體內(nèi)不僅為炎性小體的傳感蛋白，可以能在病原體宿主防御中發(fā)揮重要作用[25]。5、NLRP9b炎性小體NLRP9b主要在小鼠小腸和大腸上皮細胞中表示出，介入腸道屏障功能的維持和腸道免疫調(diào)節(jié)。小鼠NLRP9b能特異性辨別輪狀病毒雙鏈RNA和DEAH-box解旋酶9(DHX9)構(gòu)成的復(fù)合物并與之結(jié)合構(gòu)成功能性炎性小體。與NLRP6類似，NLRP9b不能直接辨別dsRNA,必須通過RNA解旋酶的作用[26],能夠揣測NLRP9b和NLRP6在辨別RNA的經(jīng)過中可能需要其他傳感器的配合，啟動一系列信號級聯(lián)反響。與野生型小鼠相比，腸上皮細胞中NLRP9b或其他NLRP9b炎性小體成分缺失的小鼠對輪狀病毒的易感性加強，且人為敲除NLRP9b會導(dǎo)致小鼠在感染輪轉(zhuǎn)病毒后IL-18分泌受限，揭示小鼠NLRP9b的細胞特異性對抗輪狀病毒感染中的重要性[27]。當前研究僅發(fā)現(xiàn)輪狀病毒是NLRP9b炎性小體的激活物，對于NLRP9b炎性小體的其他激活產(chǎn)物，以及能否依靠DHX9或其他的呈遞環(huán)節(jié)仍在進一步探尋中。6、NLRPs與相關(guān)疾病NLRPs炎性小體介入多數(shù)疾病的發(fā)生和發(fā)展，并有望成為重要的藥物研發(fā)靶點。最近1項研究表示清楚，非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者肝臟中NLRP3和GSDMD水平明顯升高，而通過高脂誘導(dǎo)NLRP3-/-和GSDMD-/-小鼠，可明顯改善NASH小鼠模型的炎異常感覺和狀態(tài)態(tài)[28]。也有研究利用NLRP3敲除小鼠證明，可通過抑制由LPS激活TLRs并活化NLRP3這一信號通路所介導(dǎo)的肝臟炎癥水平，同時改善了纖維化程度[29]。也有研究表示清楚，P2X7受體和NLRP3這一信號通路在NASH的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，為將來針對P2X7受體/NLRP3的基因治療提供了理論根據(jù)[30]。NLRPs的活化與酒精性肝炎(ALD)的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。在ALD小鼠模型中，NLRP3水平明顯增加，通過腺病毒直線切割NLRP3-/-小鼠的GSDMD,會導(dǎo)致ALD小鼠模型的炎癥水平加強[31]。除此之外，肝臟切除術(shù)后NLRP3的活化會導(dǎo)致IL-33釋放，誘導(dǎo)肝竇內(nèi)中性粒細胞聚集，進而引起肝臟缺血再灌注損傷[32]。有研究證實，NLRP3介入了中樞神經(jīng)系統(tǒng)[33]和心血管系統(tǒng)[34,35]疾病的發(fā)生和發(fā)展，對其深切進入的研究可為臨床相關(guān)疾病的靶向治療提供新的途徑。7、結(jié)語近年來，人們發(fā)現(xiàn)了大量炎性小體的激活因子和調(diào)節(jié)因子，通過人為調(diào)控NLRPs等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白的表示出，以及翻譯后的蛋白質(zhì)修飾來控制炎性小體的激活水平。然而，很多關(guān)于炎性小體的重要問題仍沒有答案:，十分是焦亡相關(guān)分子caspase8對GSDMD的切割作用引發(fā)的炎性小體激活后細胞焦亡發(fā)生機制，以及caspase對細胞焦亡的平衡作用[36]?？傊?，充分認識NLRPs炎性小體調(diào)控炎性反響和細胞焦亡的途徑，以及進一步研究NLRPs炎性小體調(diào)控和激活機制對炎性相關(guān)疾病靶向藥物的開發(fā)至關(guān)重要。參考又獻[1]CHENKW,MONTELEONEM,BOUCHERD,etal.NoncanonicalinflammasomesignalingelicitsgasderminD-dependentneutrophilextracellulartraps[J]SciImmunol,2021,3(26):eaar6676.[2]LISTONA.MASTERSSL.Homeostasis-alteringmolecularprocessesasmechanismsofinflammasomeactivation[J].NatRevImmunol,.2021,17(3):208-214.[3]SHIJ,GAOW,SHAOF.Pyroptosis:gasdermin-mediatedprogrammednecroticcelldeath[J]TrendsBiochemSci,2021,42(4):245-254.[4]DECARVALHOR,LIMA-JUNIORDS,DASILVAM,etal.LeishmaniaRNAvirusexacerbatesLeishmaniasisbysubvertinginnateimmunityviaTLR3-mediatedNL_RP3inflammasomeinhibition[J].NatCommun,2022,10(1):5273.[5]DINGJ,SHAOF.Snapshot:thenoncanonicalinflammasome[]Cell,2021,168(3)-544.[6]YIYS.Rolesofginsenosidesininflammasomeactivation[J].JGinsengRes2022,43(2):172-178.[7]SANDSTROMA.MITCHELLPS,GOERSL,etal.Functionaldegradation:amechanismofNLRP1inflammasomeactivationbydiversepathogenenzymes[J]Science,2022,364(6435):eaau1330.[8]YANGJ,LIUZ.XIAOTS.Post-translationalregulationofinflammasomes[J]CellMolImmunol,2021,14(1):65-79.[9]ZHONGFL,ROBINSONK,TEOD,etal.HumanDPP9repressesNLRP1inflammasomeandprotectsagainstautoinflammatorydiseasesviabothpeptidaseactivityandFIINDdomainbinding[J].JBiolChem,2021,293(49):18864-18878.[10]ZHONGFL,MAMAIO,SBORGIL,etal.GermlineNL.RP1mutationscauseskininflammatoryandcancersuscepibilitysyndromesviainflammasomeactivation[J].Cell,2021,167(1):187-202.[11]ERSHAIDN,SHARONY,DORONH,etal.NLRP3inflammasomeinfibroblastslinkstissuedamagewithinflammationinbreastcancerprogressionandmetastasis[J].NatCommun,2022,10(1):4375.[12]XUEY,ENOSITUIPULOTUD,TANWH,etal.Emergingactivatorsandregulatorsofinflammasomesandpyroptosis[J]TrendsImmunol,2022,40(11):1035-1052.[13]REDEKERC,BRISCOEWH.Interactionsbetweenmutantbacteriallipopolysaccharide(LPS-Ra)surfacelayers:surfacevesicles,membranefusion,andeffectofCa2+andtemperature[J].