《Cellular & Molecular Immunology》：The NLRP3 inflammasome at the crossroads of innate immune signaling and cell death
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NLRP3炎症小体是先天免疫的核心信号通路，通过激活促炎细胞因子和诱导细胞焦亡来协调宿主防御和炎症反应。越来越多的证据表明，NLRP3在先天免疫和细胞死亡的广泛网络中发挥作用。NLRP3与其他模式识别受体（PRR）通路之间的相互作用，包括Toll样受体（TLR
NLRP3炎症小体是先天免疫的核心信号通路，通过激活促炎细胞因子和诱导细胞焦亡来协调宿主防御和炎症反应。越来越多的证据表明，NLRP3在先天免疫和细胞死亡的广泛网络中发挥作用。NLRP3与其他模式识别受体（PRR）通路之间的相互作用，包括Toll样受体（TLR）、DNA感应cGAS–STING信号通路以及RNA感应RIG-I/MDA5–MAVS信号通路，塑造了病原体感染期间炎症反应的强度和持续时间。此外，NLRP3与其他炎症小体和程序性细胞死亡通路之间存在着大量的交互作用（crosstalk），反映了细胞应激和炎症信号传导的整合性。在本综述中，我们总结了关于介导这些相互作用的分子机制的最新进展，重点关注共享的信号组分、细胞器动力学、翻译后修饰和反馈调节回路。我们进一步讨论了这些信号网络如何促进感染性和炎症性疾病的发生发展，并强调了关键的未解问题和新兴的研究领域，这些可能为靶向炎症小体相关病理的治疗方法的开发提供指导。
NLRP3炎症小体信号与其他先天免疫感应通路的交互作用
Toll样受体信号在NLRP3启动中的作用
Toll样受体（TLRs）是一类由种系编码的模式识别受体（PRRs），作为抵抗入侵病原体的关键第一道防线。TLRs是I型跨膜蛋白，包含负责配体识别的胞外N端富含亮氨酸重复序列（LRR）结构域、一个跨膜结构域和一个介导下游信号传导的保守胞内Toll/白介素-1受体（TIR）结构域。TLRs strategically定位于质膜或内涵体区室，能够识别细胞外和细胞内的微生物产物。质膜TLR主要识别微生物膜组分，内涵体TLR则专门感应微生物核酸。配体结合诱导TLR受体构象变化和二聚化，随后通过四种主要衔接蛋白启动信号复合物组装：髓样分化初级反应蛋白88（MyD88）、TIR结构域包含衔接蛋白（TIRAP）、含TIR结构域诱导干扰素-β的衔接蛋白（TRIF）和TRIF相关衔接分子（TRAM）。这些信号网络最终激活核因子kappa B（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应，诱导促炎基因表达。
NLRP3炎症小体激活是一个两步过程，涉及启动信号（信号1）和激活信号（信号2）。在激活步骤之前，需要启动信号激活NF-κB信号以许可NLRP3激活。启动信号通常由TLR信号提供。TLR诱导的NF-κB激活促进NLRP3转录，从而增加NLRP3蛋白丰度并促进后续炎症小体激活。此外，NF-κB激活还诱导pro-IL-1β转录。除促进NF-κB依赖性转录外，还提出了多种TLR信号促进NLRP3炎症小体激活的非转录机制。急性TLR刺激激活IRAK1，这是NLRP3对ATP立即响应所必需的。TLR信号还促进NLRP3去泛素化并激活JNK1磷酸化NLRP3。
cGAS–STING信号与NLRP3炎症小体之间的交互作用
环状GMP–AMP合酶（cGAS）–干扰素基因刺激因子（STING）通路是哺乳动物细胞检测胞质双链DNA（dsDNA）的核心机制。cGAS结合dsDNA并催化合成2′3′-环状GMP–AMP（2′3′-cGAMP）。cGAMP被内质网驻留的跨膜衔接蛋白STING感应，诱导STING寡聚化和激活。激活的STING易位至高尔基体，招募并激活TANK结合激酶1（TBK1），进而磷酸化干扰素调节因子3（IRF3）驱动I型干扰素产生，同时促进NF-κB激活。
除了作为cGAS–STING通路中的第二信使外，cGAMP还作为炎症小体启动和激活的介质。胞质递送2′3′-cGAMP通过STING依赖性I型干扰素信号诱导NLRP3和pro-IL-1β表达，并在LPS预处理的巨噬细胞和树突状细胞中促进caspase-1激活和IL-1β/IL-18分泌。此外，近期研究表明，胞质DNA通过cGAS–STING通路激活人髓系细胞中的NLRP3炎症小体，涉及STING向溶酶体的转运、溶酶体破裂和钾离子外流。相反，NLRP3炎症小体信号也调节cGAS–STING通路，例如caspase-1切割cGAS或钾离子外流抑制cGAS活性。
RIG-I/MDA5–MAVS信号与NLRP3炎症小体之间的交互作用
维甲酸诱导基因I（RIG-I）样受体（RLRs）是检测病毒RNA的主要胞质监视系统。激活的RIG-I和黑色素瘤分化相关基因5（MDA5）通过CARD–CARD相互作用与线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）结合。MAVS经历高阶寡聚化形成具有朊病毒样特性的丝状信号组装体。MAVS招募TRAF家族成员和TBK1/IKKε激酶，驱动IRF3/IRF7磷酸化和I型干扰素表达，同时激活NF-κB通路。
MAVS还被报道为NLRP3炎症小体的关键调节因子。早期研究显示MAVS与NLRP3相互作用并介导其线粒体锚定，促进炎症小体激活。然而，后续研究未能在Nlrp3激活方面重现这些缺陷，而是发现通过RIG-I/MDA5信号激活MAVS可促进NLRP3炎症小体激活，其中MAVS诱导的质膜透化引发的钾离子外流至关重要。
NLRP3炎症小体与其他炎症小体通路的交互作用
NAIP–NLRC4与NLRP3炎症小体之间的交互作用
NLR家族凋亡抑制蛋白（NAIP）–NLR家族CARD结构域包含蛋白4（NLRC4）炎症小体是一种受体-衔接蛋白型炎症小体，检测递送至宿主细胞胞质的细菌毒力因子。NAIP蛋白作为传感器蛋白检测病原体相关分子模式并招募NLRC4启动炎症小体组装。鼠伤寒沙门氏菌感染后，NAIP–NLRC4和NLRP3协同协调宿主抗菌免疫。NLRP3和NAIP–NLRC4炎症小体在沙门氏菌感染中发挥协同作用。超分辨显微镜显示NLRP3和NLRC4可被整合到同一ASC环内的单个炎症小体复合物中。NLRC4介导炎症小体激活的早期阶段，而NLRP3在后期时间点发挥作用。
NLRP1与NLRP3炎症小体之间的交互作用
NLRP1是最早被鉴定的炎症小体传感器之一。人NLRP1通过多种机制激活，包括肠道病毒蛋白酶切割和UVB诱导的核毒性应激。人NLRP1在启动和激活阶段均影响NLRP3信号。NLRP1炎症小体激活导致caspase-1依赖性IL-1β加工和释放，进而通过IL-1受体调节NF-κB信号。此外，NLRP1还能感应尼日利亚霉素（nigericin），一种典型的NLRP3刺激物，通过钾离子外流激活ZAKα-核毒性应激通路。
NLRP6与NLRP3炎症小体之间的交互作用
NLRP6主要在肠上皮细胞中表达，参与黏膜稳态、抗菌防御和宿主-微生物群相互作用。NLRP6通过内溶酶体破裂激活，无菌性内溶酶体损伤也能激活NLRP6炎症小体。NLRP6还对NF-κB和MAPK信号发挥非炎症小体依赖性效应。NLRP6通过抑制NF-κB和ERK激活来限制NLRP3炎症小体启动，充当负反馈调节因子。
NLRP11与NLRP3炎症小体之间的交互作用
NLRP11是一种灵长类特异性NLR。NLRP11被招募至ASC斑点，通过其PYD促进ASC寡聚化，作为NLRP3炎症小体高效组装的许可因子。此外，NLRP11还参与非经典炎症小体激活，与LPS和caspase-4形成复合物。
NLRP12与NLRP3炎症小体之间的交互作用
NLRP12在调节NF-κB信号中发挥双重作用。NLRP12通过其NACHT结构域与IRAK1相互作用抑制IRAK1自身磷酸化，并通过与NF-κB诱导激酶（NIK）相互作用促进NIK降解，从而抑制经典和非经典NF-κB信号。由于NF-κB信号为NLRP3炎症小体激活提供关键启动信号，NLRP12间接调节NLRP3活性。NLRP12也能启动炎症小体组装，多种病原体刺激NLRP12相关反应。在特定条件下，NLRP12与NLRP3和ASC在单一高阶信号平台（PANoptosome）内结合。
AIM2与NLRP3炎症小体之间的交互作用
AIM2检测胞质dsDNA，包含N端PYD和C端HIN-200结构域。AIM2和NLRP3炎症小体在感染过程中可同时被激活。鸟苷酸结合蛋白（GBPs）和IRGB10协调暴露细菌DNA和LPS，分别激活AIM2炎症小体和非经典NLRP3炎症小体。
NLRP3炎症小体与细胞死亡通路的交互作用
Caspase-8和FADD在NLRP3启动中的作用
Caspase-8传统上被视为外源性凋亡的关键组分，但也参与促生存信号。Caspase-8缺陷在B细胞中减弱TLR2、TLR3和TLR4下游的NF-κB信号。Caspase-8和FADD通过促进NLRP3炎症小体激活所需的转录启动事件来发挥作用。Ripk3?/?Casp8?/?骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）在LPS刺激后产生较低水平的pro-IL-1β。
凋亡下游的NLRP3炎症小体激活
内在和外在凋亡通路均可激活NLRP3炎症小体。BH3模拟物诱导内在凋亡，SMAC模拟物和TAK1抑制剂与TNF联合诱导外在凋亡，均导致NLRP3依赖性caspase-1激活。Pannexin-1是凋亡驱动NLRP3激活的关键介质，而非GSDMD。
坏死性凋亡下游的NLRP3炎症小体激活
坏死性凋亡也能激活NLRP3炎症小体。联合使用SMAC模拟物、LPS和泛caspase抑制剂诱导坏死性凋亡，导致NLRP3、RIPK3和MLKL依赖性caspase-1激活和IL-1β成熟。MLKL寡聚化并转位至质膜，引起钾离子外流，这是坏死性凋亡激活NLRP3炎症小体的关键机制。
Caspase-8缺陷树突状细胞中的NLRP3炎症小体激活
在树突状细胞中，caspase-8缺陷使单独的LPS启动即可触发NLRP3激活。此反应依赖RIPK1、RIPK3和MLKL，与坏死性凋亡相关信号一致。
IAP缺失促进caspase-8介导的NLRP3激活
凋亡抑制蛋白（IAPs）缺失促进NLRP3依赖性caspase-1激活和IL-1β加工。cIAP1、cIAP2和XIAP在基础条件下冗余性地抑制NLRP3炎症小体激活。IAP缺失还触发NLRP3非依赖性IL-1β加工通路，其中caspase-8负责IL-1β切割。
NLRP3炎症小体促进凋亡
在某些条件下，NLRP3炎症小体有助于凋亡信号。在肾小管上皮细胞（TECs）中，TNFα和放线菌酮处理诱导的外源性凋亡部分依赖NLRP3和ASC。NLRP3炎症小体促进上皮细胞中caspase-8激活，但巨噬细胞中无此效应。
NLRP3炎症小体与PANoptosis
PANoptosis被提议为一种由PANoptosome复合物协调的程序性细胞死亡形式，同时诱导焦亡、凋亡和坏死性凋亡。ZBP1感应流感病毒，激活NLRP3炎症小体并驱动PANoptosome组装。LPS和ATP长时间刺激诱导caspase-1、caspase-3、caspase-7和caspase-8切割，伴随IL-1β分泌和NLRP3/ASC依赖性细胞死亡。
GSDMD缺失使NLRP3信号转向凋亡
GSDMD是焦亡的执行者和炎症小体下游IL-1β分泌的关键介质。在GSDMD缺陷细胞中，LPS加尼日利亚霉素处理诱导凋亡而非焦亡，此反应依赖NLRP3和ASC。在GSDMD缺失时，caspase-1被释放以驱动caspase-9激活，进而激活caspase-3和caspase-7触发凋亡。
其他扰动使NLRP3信号转向凋亡
Caspase-1缺陷也可将炎症小体驱动的细胞死亡转向凋亡。Caspase-8与ASC的PYD相互作用，在caspase-1缺失时被招募至NLRP3-ASC斑点。
内在凋亡在NLRP3炎症小体激活中的作用
早期研究提出线粒体凋亡释放氧化线粒体DNA激活NLRP3。然而，后续研究表明，缺乏线粒体外膜透化关键执行因子的Bak?/?Bax?/?BMDMs在多种NLRP3激活剂刺激下未显示caspase-1激活或IL-1β加工缺陷，表明内在凋亡激活并非NLRP3炎症小体激活的普遍要求。NLRP3刺激物抑制内在凋亡，但单独抑制内在凋亡或线粒体ATP产生不足以激活NLRP3炎症小体。
结论与展望
NLRP3炎症小体被公认为整合多种先天免疫和细胞死亡通路输入的中枢信号枢纽。多个共同主题出现：其他先天免疫和细胞死亡通路可在NLRP3两步激活过程的任一步骤或两个步骤与NLRP3信号交汇；NLRP3响应包括钾离子外流和溶酶体破裂在内的共同细胞危险信号；多种炎症小体传感器可功能协同并共享下游组分；NLRP3炎症小体激活许可一系列下游反应。未来研究需阐明病原体如何协调地参与多种先天免疫通路，以及NLRP3交互作用在无菌性炎症中的相关性。由于NLRP3信号与其他通路的紧密互联性，可能需要联合或情境依赖性方法有效治疗炎症小体驱动的疾病。
