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本文聚焦 NLRP3 炎性小体，详细阐述其激活的分子机制，涵盖转录、翻译后修饰、时空调控等过程，还探讨相关疾病及治疗策略，为深入理解炎性反应和开发靶向疗法提供全面参考，值得关注该领域的科研人员阅读。
NLRP3 炎性小体激活概述：分类和结构
炎性小体作为胞质蛋白复合物，在宿主对感染微生物和损伤刺激的免疫反应中发挥关键作用。NLRP3（NACHT、富含亮氨酸重复序列和 pyrin 结构域蛋白 3）炎性小体在先天免疫和炎症反应中的角色与机制已被深入研究。它可被多种刺激激活，如病原体相关分子和损伤相关分子，激活过程涉及启动、许可和组装等步骤，最终促使促炎细胞因子 IL-1β 和 IL-18 成熟，以及细胞焦亡的发生。过度激活的 NLRP3 炎性小体与糖尿病、癌症和神经退行性疾病等多种炎症性疾病的发病机制相关。
NLRP3 炎性小体激活途径分为经典、非经典和替代途径。经典途径可被众多病原体和危险刺激激活，进而激活 caspase-1，促使 IL-1β、IL-18 和 IL-37 成熟，并诱导细胞焦亡；非经典途径由细胞质脂多糖（LPS）激活，依赖小鼠的 caspase-11（人类的 caspase-4 和 caspase-5），导致 gasdermin D（GSDMD）裂解和细胞焦亡；替代途径则绕过启动步骤，由细胞外 LPS 与 TLR4 结合激活，且不依赖 K?外流、ASC 斑点形成或细胞焦亡，似乎是单核细胞中 NLRP3 炎性小体激活的独特途径。
NLRP3 炎性小体主要由传感器（NLRP3）、衔接蛋白（ASC）和效应器（caspase-1）组成。NLRP3 属于 NLR 蛋白家族，包含 N 端 pyrin 结构域（PYD）、NACHT 结构域和 C 端富含亮氨酸重复序列（LRR）结构域。ASC 含有 N 端 PYD 和 C 端 caspase 募集结构域（CARD），caspase-1 则由 N 端 CARD、中央大催化结构域（p20）和 C 端小催化亚基结构域（p10）构成。
NLRP3 炎性小体的启动（转录激活）
在所有 NLRs 中，NLRP3 具有独特性，其基础表达不足以在静止细胞中激活炎性小体。信号 1（启动）是 NLRP3 炎性小体激活后续组装阶段的准备阶段，直接调节 NLRP3 表达至关重要。例如，LPS 激活 TLR4 可引发信号级联反应，激活 NF-κB，从而上调无活性的 NLRP3、pro-IL-1β 和 pro-IL-18 的表达。FADD 和 caspase-8 在 NF-κB 介导的 NLRP3 转录中起辅助作用，TLR2 也可通过早期 MyD88–IRAK1 依赖途径促进 NLRP3 炎性小体激活，提供启动信号。此外，多种信号和潜在结合位点可调节 NLRP3，如 SREBP2 通过脂质或糖酵解代谢调节 NLRP3，芳基烃受体可抑制 NLRP3 转录，代谢应激可诱导 NLRP3 表达，而缺氧和自噬则下调其表达。
NLRP3 炎性小体激活的第二信号
在启动后，多种刺激可激活 NLRP3 炎性小体复合物组装的途径，导致成熟的 IL-1 和 IL-18 释放以及细胞焦亡，但具体机制尚不清楚。这些途径包括细胞内离子稳态的扰动、线粒体扰动和溶酶体失稳。
- 细胞内离子稳态的扰动：K?外流似乎是激活 NLRP3 炎性小体的常见机制，多种 NLRP3 激动剂可通过破坏质膜对 K?的通透性，降低胞质 K?浓度来激活炎性小体。此外，K?外流常与 Ca2?或 Na?信号的流入相关，共同激活 NLRP3 炎性小体并维持细胞离子稳态。细胞内 Cl?浓度的变化也与 NLRP3 激活有关，Cl?外流可作为 K?外流–线粒体活性氧（mtROS）轴的下游信号，促进 IL-1β 合成。
- 线粒体稳态的扰动：持续的线粒体功能障碍、过量的 mtROS 生成和线粒体 DNA（mtDNA）易位可能激活 NLRP3 炎性小体，但具体机制尚不清楚。一些特定的 NLRP3 激动剂、高浓度化学物质或病理条件与线粒体功能障碍相关的炎性小体激活机制有关。mtROS 在 NLRP3 炎性小体激活中的作用存在争议，不同研究结果表明其在不同情况下可能是必需的或非必需的。此外，细胞内的 mtDNA 可作为危险信号激活 NLRP3 炎性小体，形成正反馈回路。
- 溶酶体稳态的扰动：吞噬受挫导致的溶酶体损伤和组织蛋白酶释放到胞质中对 NLRP3 炎性小体激活至关重要。多种损伤相关分子，如尿酸、胆固醇晶体、碳纳米材料等，可触发溶酶体功能障碍，进而激活 NLRP3 炎性小体。酪氨酸激酶抑制剂、抗菌肽 LL-37 等也可通过破坏溶酶体稳态激活 NLRP3 炎性小体。
NLRP3 炎性小体激活的许可（PTM）调节
越来越多的证据表明，翻译后修饰（PTM）在 NLRP3 炎性小体的激活中起着关键作用，这些修饰包括磷酸化、泛素化、乙酰化、SUMO 化、瓜氨酸化、ISG 化和棕榈酰化等，它们参与维持 NLRP3 炎性小体的自抑制状态或激活炎性小体的组装。
- NLRP3 炎性小体的磷酸化或去磷酸化：NLRP3 的磷酸化由多个位点和酶调节，对许可步骤至关重要。例如，AKT 磷酸化 NLRP3 的 S5（小鼠为 S3）可抑制其寡聚化和降解，而 PP2A 去磷酸化 S5 则促进 NLRP3 组装。BTK 可在多个位点磷酸化 NLRP3，对其激活具有双重调节作用。此外，还有多种激酶和磷酸酶参与 NLRP3 的磷酸化调节，它们在不同细胞类型和刺激条件下发挥着重要作用。
- NLRP3 炎性小体的泛素化或去泛素化：泛素化和去泛素化参与调节 NLRP3 炎性小体的组成和功能。E3 泛素连接酶如 HUWE1、MARCH5 等可促进 NLRP3 的泛素化，影响炎性小体的组装和激活；而 BRCC3、USP30 等去泛素化酶则可促进 NLRP3 炎性小体的激活。此外，还有许多调节分子参与 NLRP3 的泛素化调节，它们共同构成了复杂的调控网络。
- NLRP3 炎性小体的乙酰化或去乙酰化：赖氨酸乙酰化由赖氨酸乙酰转移酶（KATs）介导，可被赖氨酸去乙酰化酶逆转，在炎性小体调节中起关键作用。例如，KAT5 介导的 NLRP3 乙酰化可促进其激活，而 SIRT6 可抑制 ASC 的乙酰化，从而抑制内皮细胞焦亡。此外，在多种疾病中，NLRP3 和 ASC 的乙酰化状态与炎性小体的激活密切相关。
- NLRP3 炎性小体的 SUMO 化：SUMO 化涉及将小泛素样修饰蛋白（SUMO）转移到底物上，调节 NLRP3 炎性小体的活性。线粒体锚定蛋白连接酶可使 NLRP3 发生 SUMO 化，抑制其激活，而 SENP6 和 SENP7 可逆转这种修饰，增强其激活。此外，TRIM28 可促进 NLRP3 的 SUMO 修饰，抑制其泛素化和降解。
- NLRP3 炎性小体的瓜氨酸化：瓜氨酸化由肽酰精氨酸脱亚氨酶（PADs）介导，可将蛋白质中的精氨酸残基转化为瓜氨酸。PAD4 可促进 NLRP3 炎性小体的组装，而抑制 PAD2 和 PAD4 可影响 NLRP3 炎性小体的激活和 IL-1 的释放。
- NLRP3 炎性小体的 ISG 化：ISG 化是一种 PTM，通过类似泛素的酶促级联反应将干扰素刺激基因 15（ISG15）共价连接到靶蛋白上。在 SARS-CoV-2 感染和 I 型干扰素应答中，ISG15 和 HERCs 的表达上调，促进 NLRP3 的 ISG 化，抑制其 K48 连接的泛素化和蛋白酶体降解，从而增强 NLRP3 炎性小体的激活。
- NLRP3 炎性小体的棕榈酰化：棕榈酰化是蛋白质的一种翻译后修饰，在 NLRP3 定位于反式高尔基体网络（TGN）和微管组织中心（MTOC）的过程中起重要作用。多种棕榈酰转移酶如 zDHHC1、zDHHC5 等可介导 NLRP3 的棕榈酰化，促进炎性小体的激活，而 disulfiram 等药物可抑制 NLRP3 的棕榈酰化，从而抑制炎性小体的激活。
NLRP3 炎性小体的相互作用调节
许多分子可通过与 NLRP3 炎性小体的组件相互作用来激活或抑制它，但这些分子如何调节炎性小体组件的 PTM 尚不清楚。
- NLRP3 炎性小体激活的正性相互作用调节因子：NEK7 与 NLRP3 的相互作用对炎性小体的激活至关重要，它可直接靶向 NLRP3 启动子区域，调节其组装。此外，TXNIP、DDX3X、A?AR 等分子也可通过与 NLRP3 或其他炎性小体组件相互作用，促进 NLRP3 炎性小体的激活。在感染过程中，SARS-CoV-2 N 蛋白、PRRSV-2 nsp2 等病毒蛋白可直接与 NLRP3 相互作用，增强炎性小体的激活。
- NLRP3 炎性小体激活的负性相互作用调节因子：Sorcin、NEDD4 等分子可与 NLRP3 炎性小体相互作用，抑制其激活。此外，HECTD3、HAX-1、PPARγ 等分子可通过阻碍 NLRP3 与其他组件的相互作用，抑制 NLRP3 炎性小体的激活。雌激素受体 α 可通过直接与 GSDMD 相互作用，抑制 NLRP3 炎性小体的激活和细胞焦亡。
NLRP3 炎性小体的时空和顺序调节
近期的结构和功能研究表明，NLRP3 炎性小体复合物的组装在细胞器接触位点通过炎性小体组件的时空相互作用得以促进，起始于 MTOC，在 ER - 高尔基体边界处形成复合物。
- ER - 线粒体相互作用和 MTOC：NLRP3 炎性小体复合物在与线粒体相关的内质网膜（MAMs）中组装，乙酰化 α - 微管蛋白和动力蛋白依赖的线粒体运输对 MAMs 的形成和线粒体 ASC 与定位在 ER 的 NLRP3 的组装至关重要。此外，微管亲和调节激酶 4 和 polo 样激酶 1 等分子可调节 NLRP3 在 MTOC 的定位和炎性小体的组装。
- 反式高尔基体网络：高尔基体在 NLRP3 聚集和炎性小体组装中起支架作用。NLRP3 可被招募到分散的 TGN（dTGN），与磷脂酰肌醇 - 4 - 磷酸相互作用，导致 NLRP3 聚集、ASC 聚合和 caspase - 1 信号级联反应。此外，糖原合酶激酶 3β、HDAC6 等分子可调节 NLRP3 在 dTGN 和 MTOC 之间的转运，影响炎性小体的组装。
非编码 RNA 介导的 NLRP3 炎性小体调节
非编码 RNA（ncRNAs）在细胞和分子过程中发挥重要作用，包括调节 NLRP3 炎性小体的激活。例如，LncZFAS1 可通过干扰 miR590 - 3p 和促进 TXNIP 的泛素化，负向调节 NLRP3 炎性小体的激活；miR - 369 - 3p 可靶向 BRCC3，下调 NLRP3 的表达，抑制其激活。此外，circRNAs 如 circRNA HECTD1、hsa_circ_0043621 等也可通过调节 NLRP3 的表达，影响炎性小体的激活和相关疾病的发生发展。
其他：mRNA 稳定性、自噬和未知
- NLRP3 炎性小体的免疫代谢调节：不同的免疫代谢途径，如糖酵解、氧化磷酸化和脂质代谢，可能影响 NLRP3 炎性小体的激活，但具体机制尚不清楚。例如，糖酵解酶丙酮酸激酶 M2 和醛缩酶 A（ALDOA）可促进 NLRP3 炎性小体的激活，而抑制丙酮酸脱氢酶激酶可抑制炎性小体的激活。此外，一些免疫代谢物如衣康酸、果糖等也可调节 NLRP3 炎性小体的激活。
- mRNA 稳定性：METTL3 等 m?A 甲基转移酶可通过调节 mRNA 的稳定性，影响 NLRP3 炎性小体的激活。例如，METTL3 可促进 USP8 mRNA 的降解，稳定转移相关肺腺癌转录本 1，从而促进肝巨噬细胞的焦亡和炎症。此外，脂肪量和肥胖相关蛋白等可通过抑制 m?A 修饰，降低 NLRP3 触发的焦亡和炎性小体激活。
- YAP/β - catenin 途径：KAT5 和 STUB1 等蛋白可通过调节 YAP/β - catenin 信号通路，影响心肌细胞的焦亡和 NLRP3 介导的心肌缺血再灌注损伤的发病机制。
- ER 应激：ER 应激与 NLRP3 炎性小体的激活密切相关，在多种炎症性疾病中起重要作用。例如，在 S. pneumoniae 感染的细胞中，ER 应激因子激活转录因子 - 3 参与 NLRP3 炎性小体的激活和 IL - 1β 的分泌。此外，一些分子如 FXR、Sestrin2 等可负向调节 ER 应激介导的 NLRP3 炎性小体激活。
- 自噬：自噬在调节 NLRP3 炎性小体中起重要作用。例如，在急性胰腺炎模型中，PINK1 和 parkin 介导的线粒体自噬可抑制 NLRP3 炎性小体的激活，减轻炎症细胞浸润和胰腺损伤。此外，USP5、ABHD8 等分子可通过促进 NLRP3 的自噬降解，负向调节炎性小体的激活。
NLRP3 靶向治疗炎症性疾病的简要概述
NLRP3 在罕见的自身炎症综合征（如 CAPS）中起关键作用，其基因突变可导致家族性寒冷自身炎症综合征（FCAS）、Muckle - Wells 综合征（MWS）和新生儿多系统炎症性疾病（NOMID）等。此外，NLRP3 的异常激活还与多种慢性炎症、退行性疾病和癌症相关。目前，针对 NLRP3 的治疗策略主要包括直接 NLRP3 抑制剂、间接 NLRP3 调节剂和 IL - 1 阻断疗法。
- 直接 NLRP3 抑制剂：多种小分子 NLRP3 直接抑制剂正在进行临床前或早期临床试验，它们通过结合 NLRP3 的 NACHT 结构域，干扰炎性小体组装所需的构象变化或寡聚化步骤。例如，MCC950、OLT1177 等抑制剂在实验模型中显示出抑制 IL - 1β 产生和减轻疾病症状的效果。
- 间接 NLRP3 抑制剂：一些试剂和小分子可调节 NLRP3 炎性小体激活的上游信号通路，从而间接抑制 NLRP3 的激活。例如，glyburide 可抑制 ATP 敏感的 K?通道，减少 ASC 聚集和 IL - 1β 分泌；β - 羟基丁酸（BHB）可抑制 K?外流，降低 ASC 寡聚化和 IL - 1β、IL - 18 的释放。
- IL - 1 阻断疗法：Anakinra、Rilonacept 和 Canakinumab 等药物可通过阻断 IL - 1 的作用，减轻炎症反应，在治疗 CAPS、痛风、类风湿关节炎等多种疾病中显示出一定的疗效。
结论
本文对 NLRP3 激活的复杂许可机制进行了详细阐述，但仍有许多问题有待解决。例如，K?外流激活 NLRP3 复合物组装的具体机制尚不清楚，不同 PTM 在不同组织、细胞类型和疾病状态下的功能也有待进一步研究。未来需要综合多学科的研究方法，深入探讨 NLRP3 炎性小体激活的调控机制，开发更有效的靶向治疗策略，以改善 NLRP3 相关疾病的临床结局。
