PGK1通过非糖酵解依赖性激酶活性磷酸化NLRP3调控炎症小体激活的分子机制

【编辑推荐】本研究揭示糖酵解酶PGK1通过CK2介导的S271磷酸化获得激酶活性，磷酸化NLRP3的S448/449位点并招募USP14去泛素化，独立于代谢功能驱动炎症小体激活。PGK1S271A/S271A 转基因小鼠显著缓解LPS诱导的脓毒症和明矾性腹膜炎，为NLRP3相关疾病提供新靶点。

　　

引言

磷酸甘油酸激酶1（PGK1）作为糖酵解关键酶，近年被发现具有蛋白激酶功能。研究团队发现PGK1通过非糖酵解途径直接调控NLRP3炎症小体激活：脂多糖（LPS）刺激下，蛋白激酶CK2介导PGK1第271位丝氨酸（S271）磷酸化，使其获得结合并磷酸化NLRP3的能力。

PGK1正向调控NLRP3炎症小体激活

骨髓特异性敲除PGK1（PGK1^mKO
）小鼠在LPS诱导的脓毒症模型中存活率显著提高，血清IL-1β水平降低80%。体外实验显示，PGK1缺失的骨髓来源巨噬细胞（BMDM）在尼日利亚菌素刺激下，caspase-1切割和IL-1β成熟明显减弱，但对NLRC4/AIM2炎症小体无影响，证实其对NLRP3的特异性调控。

磷酸化驱动的分子互作机制

通过截短突变鉴定出PGK1的266-276氨基酸序列是与NLRP3结合的关键区域。分子对接显示，磷酸化的S271与NLRP3的Arg772/Arg857/Lys829形成离子键。S271D（磷酸化模拟突变）增强结合，而S271A（磷酸化缺陷突变）则完全阻断相互作用。

CK2介导的磷酸化开关

生物信息学预测结合体外激酶实验证实，CK2特异性磷酸化PGK1的S271位点。CK2抑制剂TBB处理或CK2敲低均显著抑制PGK1-NLRP3结合及后续炎症小体激活。值得注意的是，PGK1^S271A/S271A
小鼠的糖酵解能力和线粒体呼吸功能未受影响，证实其调控作用独立于代谢功能。

NLRP3磷酸化与去泛素化偶联

PGK1作为激酶直接磷酸化NLRP3的S448/449位点，该修饰促进去泛素化酶USP14的招募。质谱分析和突变验证显示，USP14的Lys313与磷酸化NLRP3形成电荷互补。当使用USP14抑制剂WP1130时，NLRP3的K63型泛素化水平显著升高，炎症小体激活被抑制。

治疗潜力验证

在动物模型中，靶向该通路的多种策略均显示保护效果：

1. PGK1^S271A/S271A
   小鼠脓毒症存活率达80%（野生型仅20%）
2. 穿透性肽TAT-10aa-S271D可竞争性抑制PGK1-NLRP3结合
3. CK2抑制剂TBB、NLRP3抑制剂MCC950、USP14抑制剂WP1130均能降低IL-1β水平

讨论与展望

该研究突破性地揭示了代谢酶PGK1的"双功能"调控模式：在炎症反应中，其激酶活性而非糖酵解功能起主导作用。S271磷酸化作为分子开关，使PGK1从代谢酶转变为炎症调控因子。这种信号依赖的功能转换为靶向治疗提供了精确切入点——针对PGK1的NLRP3结合界面设计抑制剂，可能避免对糖酵通路的全局干扰。未来研究需在临床样本中验证该通路在人类炎症疾病中的作用。