病毒感染時nlrp3炎性小體激活和調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

中山大學(xué)學(xué)(自然科學(xué)、醫(yī)學(xué)版第35卷第3 JOUＲNALOFTHEGＲADUATESVO2014SUNYATSENUNVE(NATUＲALSCIENCES、MEN *時NLＲP3炎性小體激活和調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展*中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院，廣州【內(nèi)容提要】炎性小體是一種多蛋白復(fù)合物，它能夠通過caspase-1的激活來誘導(dǎo)炎性因子IL-1β和IL-18的成熟與分泌并引起炎癥反應(yīng)。在炎性小體的激活過程中NLＲs的成員起著重要的作用，其中研究最為廣泛的是NLＲP3炎性小體。大量的實(shí)驗(yàn)顯示 時，包括甲型流感IAV、水泡性口炎VSV和腦心肌炎EMCV等，可激活NLＲP3炎性小體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。本文將對時NLＲP3炎性小體的激活和調(diào)控機(jī)制作一綜述?！尽縉LＲ3;炎性小體;;炎性小體是一組胞質(zhì)蛋白復(fù)合物，它是胱天蛋白酶caspase-1的活化平臺，能夠促進(jìn)炎性因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌。機(jī)體為了對以及細(xì)胞內(nèi)損傷所引起的代謝或細(xì)胞壓力的改變產(chǎn)生快速應(yīng)答通過表達(dá)種系編碼的模式識別受體pattern-病原相關(guān)分子模式(pathogen-associatedmoleculartrs，s，比如細(xì)菌細(xì)胞壁成分或ＲNA［1］。NLＲs作為一種PＲＲs，可以識別PAMPs以及相關(guān)分子模式damage-associatedmolecularts，s，其被激活后可以形成炎性小體，活化caspase-1引起炎癥反應(yīng)。NOD樣受體(nucleotideoligomerizationandbinding-likes，s成員超過20種，均含有一個保守的NOD結(jié)構(gòu)域［2］，其中研究最為廣泛的是NLＲP3炎性小體。各種病原體以及內(nèi)源性的刺激能夠?qū)е翹LＲP3炎性小體蛋白復(fù)合物的，該復(fù)合物包括細(xì)胞質(zhì)受體NLＲP3，含有CAＲD結(jié)構(gòu)域的凋亡蛋白ASC和效應(yīng)分子caspase-1［2］。機(jī)體為了防御的，激活或調(diào)控炎性小體，可能導(dǎo)致過度的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞，對機(jī)體造成［3］，因此本文將重點(diǎn)討論包括甲型流感病毒(influenzaA IAV)、水皰性口炎(vesicularstomatitis ，V炎(encephalomyocarditis ，V在內(nèi)的不同 時，NLＲP3炎性小體*收稿日期:201407 ，女，籍貫湖南省，中山大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)專業(yè)2013級 ENLＲP3分子結(jié)構(gòu)的中段為NLＲ各成員共有的特征性結(jié)構(gòu)，即的核苷酸寡聚結(jié)構(gòu)域H;其C端是一個亮氨酸重復(fù)序列l(wèi)eucinerichregion，LＲＲ)，其功能是為病原或細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)之間相互作用提供支架，感受和識別PAMP或其他配體;N端是效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，由熱蛋白結(jié)構(gòu)域pyrinPYD)組成，功能是將NLＲP3受體分子和下游銜接蛋白及效應(yīng)分子連接起來。接受信號以后NLＲP3，ASC和caspase-1三種成促進(jìn)pro-IL-18的成熟和分泌，進(jìn)而發(fā)揮生物學(xué)活性［4］。在激活過程中，ASC起著重要的中介作用，NLＲP3分子N端的PYD結(jié)構(gòu)域借助同型互作動員并吸引ASC的N端PYD，同L炎性小體的激活機(jī)制包含兩種信號:第一信號為識別TLＲs配體、IL-1受體和TNF受體后pro-IL-1β、pro-IL-18和NLＲ3的轉(zhuǎn)錄表達(dá);第二信號為炎性小體的寡聚化和激活，進(jìn)而導(dǎo)致pro-IL-1β和pro-IL-18的剪切成熟和分泌［4］。第二信號包含一系列的PAMPs和s。目前已有幾個重要的第二信號:細(xì)菌毒素和ATP所致的細(xì)胞膜破壞，鉀離子外流和孔隙形成［5］;二氧化硅，明礬，β樣淀粉蛋白或尿酸晶體等微?；罨瘎┧碌娜苊阁w不穩(wěn)定而釋放組織蛋白酶B到胞漿內(nèi)［2］。最近的一項(xiàng)研究表明脂質(zhì)體能夠通過線粒體活性氧reactiveoxygens，S和M2瞬時受體電位通道介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流激活NLＲP3炎性小體［6］。除了雙信號這一機(jī)制外，還存在著很多其它相關(guān)的機(jī)制和信號分子。最近有報(bào)道顯示dＲNA依賴的蛋白激酶(douletrandedＲNAdependentproteinkinae，PKＲ)通過與包括NLＲ3在內(nèi)的炎性小體成分的物理結(jié)合，在炎性小體的激活方面有著重要作］。另一項(xiàng)研究鳥酸結(jié)合蛋白(guanylatebindingprotein5，GB5)，一種干擾素誘導(dǎo)的GBP成員，也能與NLＲ3的PYD結(jié)構(gòu)域結(jié)合促進(jìn)NLＲ3炎性小體的寡］。已有研究證實(shí)NLＲ3炎性小體的激活需要把線粒體上的ASC轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的NLＲ3］，據(jù)此另有提出了一種微管驅(qū)動的空間聚合模型使得ASC和NLＲ3得以接近，這種機(jī)制主要依賴胞內(nèi)低濃度的NAD+和微管內(nèi)腫瘤抑制因子SIＲ2依賴的脫乙酰作用1］。NLＲ3炎性小體募集到線粒體上也需要線粒體抗蛋白MAVS的輔助［11］，MAVS作為一種線粒體的外膜蛋白還能介導(dǎo)I型干擾素的產(chǎn)生［12］。另外，電壓依賴的陰離子通道VDAC能使鈣離子進(jìn)入線粒體，它對于NLＲP3炎性小體的激活也很重2時NLＲP3炎性小體激活機(jī)大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)多種均能激活NLＲP3炎性小體，包括N如IV、呼吸合胞(Ｒespiratory ，ＲSV)、VSV、EMCV、丙型肝炎(eV和 (WestNi，V)等，以及DNA痘帶狀皰疹和腺等。這些能從不同的層面來激活NLＲP3炎性小體［13］。 ＲNA介導(dǎo)的激活gTD等人最初了ＲNA介導(dǎo)的NLＲ炎性小體活化方式［14］。隨后開始有大量的研究者著手于ＲNA或其類似物對NLＲP3炎性小體的激活，如用dsＲNApolyIC)或ssＲNA轉(zhuǎn)染到人或小鼠的細(xì)胞系里或者人的巨噬細(xì)胞中來激活NLＲP1］。同樣的，從輪狀或雀麥花葉中提取的dsＲNA以及IV中的ssＲNA也能激活NLＲ1。在小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)入polyIC)或純化的IAVssＲNA也能誘導(dǎo)IL-1β的分泌，且這種炎癥反應(yīng)是依賴NLＲ3所產(chǎn)生的［14］。ＲNA并非與NLＲP3直接相互作用，它主要從兩方面來激活NLＲP3炎性小體。首先，ＲNA被TLＲs或NLＲs識別，通過NF-kB介導(dǎo)的信號通調(diào)IL-1β、IL-18和NLＲP3的表達(dá)，然后啟動NLＲP3炎性小體的激活［17］。近期的PKＲ也有可能發(fā)揮了一定的作用。之前我們已經(jīng)認(rèn)識到PKＲ識別胞內(nèi)的ＲNA后，使轉(zhuǎn)錄抑制因子eIF2a磷酸化，蛋白無法完成轉(zhuǎn)錄而抑制的［18］。最近有表明細(xì)胞在多種刺激，如poly(IC刺激后，PK通過自磷酸化，直接與NLＲP3在內(nèi)的多種炎性小體發(fā)生相互作用，調(diào)節(jié)NLＲP3炎性小體的激活［7］。StasakovaJ等人［19］發(fā)現(xiàn)缺乏抑制蛋白NS1的突變株IAV能增強(qiáng)炎性小體的激活，而使用PKＲ抑制劑2-氨基嘌呤處理后炎性小體的激活減弱，說明PKＲ在炎性小體激活發(fā)揮著重要作用。然而，另有學(xué)者研究PKＲ在炎性小體的激活中不起作用，他們發(fā)現(xiàn)使用各種NLＲP3的激活劑刺激后PKＲ缺陷的雜合子小鼠Pkr在炎性小體的激活或是IL-1β的產(chǎn)生方面與PK缺陷的純合子小鼠(Pkr－/－)無差異［20］。以上關(guān)于 時PKＲ對炎性小體激活的作用還需更深入的ＲNA激活炎性小體還存在另一種作用方式。Poeck等人［21］的研究VSV時，ＲIG-I，一種胞質(zhì)溶膠中識別雙鏈ＲNA的ＲLＲ成員，識別ＲNA后除了與MAVS相互作用還能與ASC和caspase-1結(jié)合從而啟動不依賴NLＲP3的炎性小體的激活。但是作者也發(fā)現(xiàn)EMCV借助另外一個ＲLＲ成員，即MDA5識別ＲNA后，激活炎性小體是依賴于NLＲP3的。近期也有學(xué)者［22］了在正常人和IAV患者的支氣管上皮細(xì)胞上ＲIG-I能與caspase-1以及ASC相互作用來調(diào)節(jié)炎性小體的激活。此外該研究還發(fā)現(xiàn)在支氣管上皮細(xì)胞中ＲIG-I能在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)pro-IL-1β和NLＲP3，說明ＲIG-I發(fā)揮了啟動和激活炎性小體的雙重作用，即前面提過的NLＲP3炎性小體激活機(jī)制的第一信號和第二信號。他們也證實(shí)了在支氣管上皮細(xì)胞中IAV后NLＲP3炎性小體的激活依賴ＲIG-I。然而，也有一些需要通過激活ＲIG-I來產(chǎn)生IFN-a/β，但他們激活炎性小體并 ＲOSＲOS的產(chǎn)生是另一種公認(rèn)的介導(dǎo)NLＲ3激活的機(jī)制。有研究證明了用ＲOSN-乙酰-L-半胱氨酸或是APDC能夠抑制IAV所引起的NLＲP3的激活［16］。另一項(xiàng)究在HCV的細(xì)胞中加入ＲOS的另一種清除劑吡咯烷二硫基甲酸鹽也能抑制NLＲP3炎性小體的激活［24］。而在ＲSV和腦炎(Japaneseencephalitis，V 時，同時存在鉀離子外流機(jī)制和ＲOS產(chǎn)生機(jī)制來激活NL炎性有關(guān)ＲOS產(chǎn)生后激活NLＲP3炎性小體的具體機(jī)制，Ｒongbin等人［26］的研究發(fā)現(xiàn)ＲOS激活NLＲ3炎性小體依賴于TXNIP這一中介，TIP又稱硫氧還蛋白結(jié)合蛋白\維生素D3上調(diào)蛋白1thioredoxin-bindingprotein2vitaminD3upregulatedprotein1，TBP-2\VDUP-1一般情況下TXNIP與硫氧還蛋白in，X以復(fù)合物的形式存在，而在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生了大量的ＲOS后，TＲX被氧化，從而使得TXNIP從復(fù)合物上解離，進(jìn)而與NLＲP3相結(jié)合，導(dǎo)致NLＲP3炎性小體的激活。 除常見機(jī)制外，能通過自身的 分引起的胞質(zhì)離子的改變而激活NLＲ3。白雖然不是所必須的，但它們能夠輔助進(jìn)入細(xì)胞，還能使得胞內(nèi)的離子或小分子從高濃度的細(xì)胞器內(nèi)向低濃度的胞質(zhì)中流動2］。如IAV的2蛋白能使酸化的體內(nèi)氫離子釋放，導(dǎo)致NLＲ3炎性小體的激活2］。還有EMCV、脊髓灰以及腸71型的2B蛋白能夠使胞質(zhì)的NLＲ3以為并以鈣離子介導(dǎo)的方式激活炎性小體2］。另外ＲSV的SH 白也是通過使內(nèi)的離子而激活NLＲ3［30］。以上五種均可通過的白這一共同的機(jī)制來激活NLＲP3炎性小體除以上三種主要機(jī)制外，有些中還存在其他的機(jī)制介導(dǎo)NLＲP3炎性小體的激活。學(xué)者［31］研究發(fā)現(xiàn)登革 時能通過其單核/巨噬細(xì)胞的重要受體CLEC5A來激活NLＲP3炎性小體;Ichinohe等人［32］則在流感和EMCV時線粒體融合蛋白2在NLＲP3炎性小體的激活方面發(fā)揮重要作用。3時NLＲP3炎性小體的調(diào)NLＲ3炎性小體的激活就如同一把雙刃劍，激活缺乏時機(jī)體對外界不能產(chǎn)生免疫應(yīng)答，病原體無法清除從而導(dǎo)致機(jī)體損傷。而當(dāng)激活過度時，大量的炎性因子同樣會對機(jī)體組織造成病理損傷。Kumar3］的研究NV時NLＲ3炎性小體具有保護(hù)作用他們發(fā)現(xiàn)NV后ASC缺陷的小鼠中細(xì)胞因子減少，但隨后中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)和的增加，率也升高。同樣的，Thomas1］對NLＲ3，capae1和ASC進(jìn)行敲除后IAV發(fā)現(xiàn)小鼠率增加，中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞浸潤肺組織減少，支氣管肺泡液和中的IL1β和IL18也減少。這些結(jié)果都說明了NLＲ3炎性小體在 后能起到一定的保護(hù)作用。然而Chritopher［34］的研究也發(fā)現(xiàn)IAV小鼠后能通過受體相互作用蛋白激酶2(2介導(dǎo)的線粒體自噬負(fù)調(diào)NLＲP3炎性小體，從而使得IL-18的產(chǎn)生和炎性細(xì)胞的浸潤減少以及小鼠的和率下降。由此可見時機(jī)體存在著不同的機(jī)制正調(diào)或負(fù)調(diào)NLＲP3炎性小體的激活，我們有必要深入研究這些機(jī)制，以期找到綜上所述，在 時，NLＲ3炎性小體發(fā)揮著重要的作用。炎性小體的激活缺乏導(dǎo)致和率增高，而過度的激活同樣導(dǎo)致免疫介導(dǎo)的病理損傷和。因此，深入研究 時NLＲ3炎性小體的激活和調(diào)控機(jī)制，有利于我們從分子水平上控制炎癥，為一些的治療提供新的思路和。［1］JanewayCAJr．a(chǎn)ndＲ．MedhtovInateieecononAnnuＲevImmunol202．20:1976［2］CasselSLS．Joly，andFSSutterwala，TheNLＲPinflmeAsensorofmmundangersgnsmainImmunology200921(4):p1948［3］KimJJ．a(chǎn)ndEKJoNLＲ3InflsandosProtectionagainstBacterialcin．JKeMedSci328:p141523［4］LkniM．a(chǎn)ndVMDixiInflsomesguardiansofcytosolicnciyInflsomesininnatemmuniy200．227:p955［5］PeleginPandASupenantPannex1CouptoMtxandNiiinducedInterleukin1betaＲeleasethroughaDyeUpakindependentPahayJournalofBiologicalChemistry200．282(4):p238694［6］Zhong，Z，etal．，TＲPlinksoxidativestresstoNLＲ3inflsoaan．a(chǎn)treCommunications201．4:p1［7］LuB，etl．NovelroleofPKＲininfl soactivationandHMGB1leseNature212．488(7413):p6704．［8］yAＲ．，etal，GBP5PrmoteNLＲInfl omsmandImmnitinM Scence2012336(6080):p4815．［9］ou，Ｒ，etal，AroleformoiinNLＲPinflomacivtionNaue2010469(7329):p2215．［10］MsaaT，etalMicrotubuldrivenspatialaangmnofmnimeactivationoftheNLＲinfl meNaurImmunology201314(5):p4540［11］SubaananN，etal，TheAdaptorMAVSPrmoteNLＲMooaLocalizationand omAtonCel201．153(2):p3481［12］Kwi，，etal．，IPS1，anadaptortriggeringＲIGIandMda5 mdatypeIinterferonnduconNauImmunology20056(10):p9818［13］LpfrCandTDKneaihexpandingroleofLＲinantiviralmmyＲevews201．255:p134［14］KannegantiT，CriticalroleforCryopyrin/al3inactivationofcaspase1inresponsetoviralinfectionanddoublestrandedA．JBiolhembichem2006．281:p365608．［15］ＲnahakaJ，etal，ＲecognitionofcytomNresultsincathepsindependentinfl activationandapoptosisinhumanmsJImmunol2011186:p3085092［16］n，I．，TheNＲ3infl soeiteinvivoinnateiitytoinfluenzaAthroughrecognitionofviralNA．mmunty200．30:p55665［17］e，T．，etl，InflserecognitionofinfluenzaisessentialforadaptiveiueresponesJExpeMtsschrm200．206:p797［18］yM，MhilinkeePKＲminautophosphorylation，and2ahsubstrateecgiton．Cell2005．122:p9013［19］tsvaJ，InfluenzaAmuaneswithalteredNS1proteinfunctionprovokecaspase1activationinriryhumanacrpges，resultinginfastapoptosisandreleaseofhighlevelsofinterleukins1betaand8JGenVol200．86:p1855［20］eYLFranchi，andGNunez，TheproteinkinasePKＲiscriticalforLPSinducediSproductionbutdispensableforinfomactivationinmaophag．EurJmmuno，2013．p11472kHCAＲ signalingforinterleukin1betardutionNammuno011:p639［22］et，J．，TypeIINtriggersＲIGI/TLＲ3/NＲ3dependentinfl oeactivationininfluenzaAinfecteds．PLoSPathog2013．9:pe ［23］IkegmeS．，etl．BothＲIGIandMDA5Ahelicasescontributetotheinductionofalpha/betainterferonineslesinfectedhumancells．JVirol2010．2010:p3729［24］e，D，etl，HptiCactivatesinterleukin1betaviacaspase1infl mxJGenVol201．93:p2356［25］Se aJ，TLＲ2/MyD88/NFkappaBpathway，reactiveoxygenspecespotssieffluxactivatesNLＲP/ASC omduringrespiratorysyncytialneconPLoSONE，2012．7:p5［26］ZhouＲ．，etl．，Thioredoxinin ctingproteinlinksoxidativestresstoinflmen．tmmunol201011(2):p1360［27］GonaezMEandLrsoVrponsFEBSLett2003552(1):p28［28］IchnoheT，I．Pang，andAIwasakiInfluenzactivatesinfl mviaitsintracellularM2ionlNammunol201011:p4040［29］Ito，M，YYiandTIchinohe，elmcrviroporin2BactivatesNLＲ mePLoSPathog212．8:pe ［30］TriantafilouK．，etl．，HumanrespiratorysyncytialviroporinH:aviralrecognitionptyusedbythehosttosignalinfl omacaionThorax201368:p665［31］WuM，CLEC5Aiscriticalfordengueinducedinfl omactivationinhumancropaesBlood2013．121:p956．［32］IchinoheT，etalMiocodaprotei