牛磺酸转运通过调控离子稳态成为NLRP3炎症小体激活的关键代谢检查点

《Cell Reports》推荐：为解决NLRP3炎症小体过度激活引发的炎症性疾病机制不明问题，研究人员开展牛磺酸代谢调控离子稳态的主题研究，发现NLRP3激活触发VRAC介导的牛磺酸外排，通过抑制Na+/K+-ATPase活性破坏离子平衡从而放大炎症反应，阻断牛磺酸转运可恢复离子稳态并抑制IL-1β释放，为结核相关免疫重建炎症综合征等疾病提供了新的治疗靶点。

　　

炎症反应是机体防御病原体入侵的重要机制，但过度激活则会引发多种自身免疫性疾病和感染相关病理损伤。NLRP3炎症小体作为细胞内重要的多蛋白复合物，在感知病原体或危险信号后激活caspase-1，促进白细胞介素-1β（IL-1β）和IL-18等促炎因子的成熟释放，并引发细胞焦亡（pyroptosis）。尽管代谢重编程已被证实是炎症小体激活的核心特征，但大多数研究集中于能量代谢和脂质代谢领域，氨基酸代谢特别是牛磺酸代谢的调控作用仍知之甚少。

由Peter Rossi-Smith和Rachel P.J. Lai等学者在《Cell Reports》发表的研究，通过非靶向代谢组学技术发现牛磺酸代谢通路是NLRP3炎症小体激活过程中最显著受抑制的代谢途径。研究人员在人和小鼠巨噬细胞中证实，NLRP3激活后迅速引起牛磺酸通过体积调节性阴离子通道（VRAC）外排，导致细胞内牛磺酸浓度急剧下降。这一过程破坏了钠钾泵（Na⁺/K⁺-ATPase）活性，引起钾离子外流、钠钙内流等离子失衡现象，进而放大炎症信号通路。通过抑制剂阻断VRAC或牛磺酸转运体（TauT），或直接补充牛磺酸，均可恢复离子稳态，显著抑制IL-1β释放和细胞焦亡。研究还发现结核相关免疫重建炎症综合征（TB-IRIS）患者血浆牛磺酸水平显著升高，且与炎症小体激活标志物呈正相关，临床样本验证了该通路的病理重要性。

本研究主要采用非靶向代谢组学（LC-MS/MS）分析炎症激活巨噬细胞的代谢变化；利用电感耦合等离子体三重四极杆质谱（ICP-QQQ MS）精确测定细胞内外的钠、钾、钙、氯离子浓度；通过CRISPR基因编辑构建VRAC关键亚基LRRC8A敲除的THP-1细胞系；采用蛋白质免疫印迹分析caspase-1和GSDMD的活化 cleavage；并对63例HIV-TB患者队列的血浆样本和全血转录组进行多组学关联分析。

Taurine metabolism is suppressed upon NLRP3 activation

研究人员首先通过LC-MS/MS代谢组学技术发现，在人源巨噬细胞中，ATP或尼日利亚霉素（nigericin）激活NLRP3炎症小体后，牛磺酸和其前体亚牛磺酸（hypotaurine）的细胞内水平显著降低，而甲硫氨酸和半胱氨酸等前体氨基酸变化不明显。通路富集分析显示牛磺酸代谢是受影响最显著的通路。在NLRP3基因敲除细胞中，牛磺酸流失现象明显减弱，且IL-1β分泌完全被抑制，证明该过程依赖NLRP3。在小鼠巨噬细胞中同样观察到这一现象，但AIM2或NLRC4炎症小体激活时未出现牛磺酸代谢改变，表明该效应具有炎症小体类型特异性。

Rapid egress of taurine following NLRP3 inflammasome activation

通过时序监测发现，在NLRP3激活后10分钟内，细胞内牛磺酸浓度从17μM骤降至检测限以下，而细胞外牛磺酸相应升高。这种快速流失现象在单纯ATP或尼日利亚霉素刺激时仅部分出现，表明NLRP3激活是牛磺酸外排的主要驱动因素。

Taurine efflux modulates ionic fluxes and is required for IL-1β secretion

机制研究表明，VRAC抑制剂DCPIB处理可完全阻断ATP或尼日利亚霉素引起的牛磺酸外排，并显著抑制IL-1β分泌和乳酸脱氢酶（LDH）释放。利用CRISPR构建的LRRC8A敲除细胞系进一步证实，VRAC缺失不仅抑制牛磺酸外排，还完全阻断了氯离子外流、钾离子外流、钠钙内流等离子失衡现象。有趣的是，牛磺酸转运体（TauT）抑制剂P4S和I4AA也能部分抑制牛磺酸外排并恢复离子稳态，表明TauT可能参与逆向转运。两种转运体的抑制均以剂量依赖方式降低IL-1β释放。

Taurine pathway metabolites modulate Na⁺/K⁺-ATPase activity

研究人员发现牛磺酸和亚牛磺酸预处理可显著降低IL-1α和IL-1β的分泌，并减轻细胞毒性。进一步机制探索表明，NLRP3激活后钠钾泵活性显著降低，而牛磺酸补充或转运抑制可恢复其活性。使用钠钾泵特异性抑制剂乌本苷（ouabain）处理后，牛磺酸的抗炎作用几乎完全消失，证明钠钾泵功能完整性是牛磺酸发挥保护作用的关键。Western blot结果显示牛磺酸处理对caspase-1和GSDMD的cleavage仅有轻微抑制作用，表明其主要通过调控炎症小体组装上游的离子稳态而非直接抑制下游效应分子来发挥作用。

Taurine metabolism is associated with inflammation in tuberculosis

临床相关性分析发现，在结核相关免疫重建炎症综合征（TB-IRIS）患者中，血浆牛磺酸水平在症状发作期显著升高，且全血转录组中VRAC关键基因LRRC8A表达上调。体外实验表明，热灭活结核杆菌（而非毒力因子RD1缺失突变株）可诱导巨噬细胞牛磺酸外排和IL-1β分泌，且该过程可被DCPIB抑制。牛磺酸补充或转运抑制能有效降低结核杆菌诱导的IL-1β产生，效果甚至优于已知的NLRP3抑制剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）。

研究结论表明，牛磺酸转运是NLRP3炎症小体激活的关键代谢调控节点。该研究首次揭示了氨基酸代谢通过调控离子稳态影响炎症小体活化的新机制，突破了传统认知中主要关注能量代谢的模式。牛磺酸外排通过VRAC和TauT等通道导致细胞内离子失衡，抑制钠钾泵功能，从而形成正向反馈环路放大炎症信号。在结核相关免疫重建炎症综合征患者中的验证表明，该通路具有重要临床意义，为开发靶向牛磺酸转运的抗炎疗法提供了理论基础。需要注意的是，牛磺酸对钠钾泵的直接或间接调控机制（如是否通过活性氧途径）仍需进一步探索，且在感染性疾病中需平衡抗炎效果与宿主防御功能。该研究为理解代谢-免疫互作提供了新视角，对治疗NLRP3相关炎症性疾病具有重要启示意义。