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为探究炎症信号促进 ATP 释放的机制，研究人员开展了关于 NLRP3 炎症小体激活后 ATP 释放的研究。结果发现 Gasdermin D（GSDMD）介导早期 ATP 释放，且先于细胞焦亡发生，还能诱导单核细胞迁移。该研究揭示了 ATP 释放作为早期危险信号的重要意义。
在人体的免疫系统中，炎症反应就像一场精心策划的 “战争”，而细胞在其中扮演着至关重要的角色。细胞焦亡（pyroptosis）作为一种特殊的细胞死亡方式，与炎症反应紧密相连。细胞焦亡由 gasdermin（GSDM）蛋白的裂解触发，随后其 N 端结构域在质膜上寡聚化形成孔道，导致细胞肿胀、膜破裂并释放细胞内容物。Gasdermin D（GSDMD）在这个过程中起着关键作用，它被 caspase - 1/-4/-5/-11 切割后，不仅介导白细胞介素（IL）-1β 和 IL-18 的释放，还促使 ninjurin 1（NINJ1）诱导质膜破裂，最终引发细胞焦亡。
细胞外三磷酸腺苷（eATP）同样在生理和免疫过程中发挥着不可或缺的作用，它参与神经传递、细胞死亡、血管舒张等多种生理活动，更是被视为一种危险信号，能够调节免疫反应的多个环节，如炎症、趋化作用、抗原呈递等。然而，目前对于炎症信号如何促进 ATP 释放，人们的了解还十分有限。在这样的背景下，来自阿根廷布宜诺斯艾利斯大学、西班牙穆尔西亚生物医学研究所等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cell Reports》上。
为了深入探究 NLRP3 炎症小体激活后 ATP 释放的机制，研究人员采用了多种实验技术。在样本方面，使用了来自小鼠的骨髓来源巨噬细胞（BMDMs），包括野生型、P2X7R 缺陷型、Casp1/11 缺陷型、Gsdmd 缺陷型等不同基因背景的小鼠，以及来自人类健康志愿者的血液单核细胞衍生的巨噬细胞；细胞系方面，用到了 THP - 1 细胞、HEK293T 细胞等。在实验方法上，通过测量细胞外 ATP 浓度、检测细胞死亡相关指标（如 YO - PRO - 1 摄取、乳酸脱氢酶（LDH）释放）、ELISA 测定 IL - 1β 释放，以及利用重组系统研究蛋白表达对 ATP 释放的影响，还有单核细胞迁移实验等技术手段，全面地对研究问题进行探索。
研究结果如下：
- NLRP3 炎症小体激活诱导 GSDMD 介导的 ATP 释放：尼日利亚菌素（nigericin）激活 LPS 刺激的 BMDMs 的 NLRP3 炎症小体后，引发了剂量和时间依赖性的 ATP 释放，且该释放依赖于 NLRP3 和 caspase - 1 的活性。GSDMD 缺陷的 BMDMs 在 NLRP3 炎症小体激活后无法积累 eATP，而 NINJ1 缺陷的 BMDMs 仍能释放 ATP，这表明 GSDMD 而非 NINJ1 参与了细胞焦亡过程中的 ATP 释放。
- eATP 在早期细胞焦亡过程中被水解：细胞外的 eATP 可被 ecto - 核苷酸酶水解为 eADP 和无机磷酸盐。研究发现，LPS 刺激的巨噬细胞在激活 NLRP3 炎症小体后，具有较高的 ecto - ATPase 活性，这使得 eATP 能够快速降解，从而避免过度的 ATP 信号传导。
- 依赖 NLRP3 激活的 ATP 释放先于细胞溶解性死亡：通过研究 YO - PRO - 1 摄取的动力学，发现 ATP 释放早于 YO - PRO - 1 摄取、IL - 1β 释放和 LDH 释放。当 NINJ1 依赖的 LDH 释放开始时，eATP 浓度已开始下降，这意味着质膜破裂阶段并非 ATP 释放的主要时刻。
- ATP 通过不同的 GSDMs 释放：在表达 GSDMD 或其 N 端结构域的 HEK293T 细胞重组系统中，转染 GSDMD N 端结构域的细胞在各个时间点的 eATP 水平均升高，且在 4 小时时，ATP 释放显著增加，而 LDH 释放较少。同样，GSDMA、 - B、 - C、 - E 的 N 端片段在转染 4 小时后也能显著释放 ATP，这表明 ATP 可在细胞溶解性死亡发生前通过各种 GSDM 孔道渗透。
- GSDMD 诱导的 ATP 释放促进单核细胞迁移：利用重组的强力霉素诱导系统，研究发现 GSDMD 依赖的 ATP 释放能够刺激 THP - 1 单核细胞迁移，且这种迁移可被 apyrase 抑制，说明释放的核苷酸是刺激迁移的关键因素。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了在 NLRP3 诱导的细胞焦亡过程中，ATP 在 GSDMD 使质膜初始通透化的早期阶段就被释放出来，作为一种早期且短暂的危险信号，在细胞溶解性死亡发生前诱导单核细胞迁移。尽管体外实验中观察到的 eATP 浓度相对较低，但在体内环境下，高丰度的 BMDMs 可能会使 eATP 浓度达到微摩尔级别，足以激活 P2 受体。此外，eATP 水解产生的 eADP 可能会激活 P2Y1、P2Y12 和 P2Y13 受体，进而引发具有炎症相关性的细胞反应。同时，巨噬细胞表达的 ecto - 核苷酸酶可将 eATP 转化为腺苷，激活 P1 受体，对炎症起到调节作用。这表明 eATP 动力学在炎症反应中起着精细的调节作用，早期以 eATP 和 eADP 的积累引发促炎阶段，后期腺苷发挥抗炎作用。然而，该研究也存在一定的局限性，例如 ATP 通过 GSDMD 孔道运输的精确结构基础尚未明确，其他可能通过 GSDMD 孔道释放的分子及其生物学相关性也未进行研究。但总体而言，这项研究为深入理解炎症反应中 ATP 释放的机制提供了重要的依据，为相关疾病的治疗和干预提供了新的潜在靶点和思路。
