Drugging the NLRP3 inflammasome: from signalling mechanisms to therapeutic targets.

慢性炎症相关疾病已然成为全球性的重大健康难题，给世界各国的医疗体系和民众健康带来了沉重的负担。炎症小体之中，NACHT、LRR 和 PYD 结构域蛋白 3（NLRP3）炎症小体尤为突出，它在机体应对感染与组织损伤所引发的炎症反应过程中占据核心地位，并且已经成为多种风湿性疾病、代谢性疾病以及神经退行性疾病的关键调控因素。类似于其他炎症小体传感器，NLRP3 能够构建胞质先天免疫复合物，促使半胱氨酸蛋白酶 caspase - 1 被激活，随后该酶对 gasdermin D（GSDMD）进行切割，最终诱发细胞焦亡，这是一种受到精细调控的裂解性细胞死亡形式。细胞焦亡具有极为强烈的炎症特性，其产生原因一方面在于炎症小体依赖性细胞因子白细胞介素 - 1β（IL - 1β）和白细胞介素 - 18（IL - 18）向细胞外释放，另一方面则是由于大量其他危险信号以及细胞内抗原的存在。

解析人类炎症小体

不同的刺激能够激活各异的炎症小体传感器。对于包含 pyrin 结构域（PYD）的炎症小体（即不存在于黑色素瘤 2（AIM2）和 pyrin 中的 NACHT、LRR 和含有 PYD 结构域的蛋白 3（NLRP3））以及含有 CARD 的炎症小体（NLRC4 和 NLRP1）而言，其激活过程借助同源的 PYD - PYD 和 CARD - CARD 相互作用，来推动凋亡相关的含有 CARD（ASC）的斑点样蛋白的聚集以及胱天蛋白酶 - 1 的活化。而 CARD8 炎症小体则有所不同，它能够避开 ASC，通过 CARD - CARD 相互作用直接激活胱天蛋白酶 - 1。

NLRP3 炎症小体激活的分子驱动机制剖析

NACHT、LRR 和 PYD 结构域含蛋白 3（NLRP3）的激活主要经由三条途径得以实现。其一，典型的 NLRP3 途径涵盖启动与激活两个步骤。在启动阶段，诸如白细胞介素 - 1 受体（IL - 1R）等刺激细胞因子受体以及 Toll 样受体 4（TLR4）等模式识别受体受到刺激后，会致使核因子 - κB（NF - κB）介导 NLRP3、白细胞介素 - 1β 前体（pro - IL - 1β）以及白细胞介素 - 18 前体（pro - IL - 18）的转录水平上调。而在 NLRP3 激活环节，像细菌离子载体、RNA 病毒等病原体相关分子模式，ATP 等损伤相关分子模式，尿酸单钠（MSU）、焦磷酸钙二水合物（CPPD）等医学相关晶体，还有胆固醇以及 β - 淀粉样蛋白（Aβ）、α - 突触核蛋白等蛋白原纤维，均被视作可推动非活性 NLRP3 向诸如分散的反式高尔基体网络等亚细胞细胞器发生易位的因素。钾离子外流被认定为 NLRP3 在这些亚细胞位置所感知的常见上游机制，不过 NLRP3 也可在不依赖钾离子外流的情况下被激活。一旦接收到激活信号，NLRP3 便会与 NEK7 形成复合物，并募集含有 CARD（ASC）的凋亡相关斑点样蛋白以及胱天蛋白酶 - 1 前体，进而组装成 NLRP3 炎症小体，最终激活胱天蛋白酶 1。活化的胱天蛋白酶 1 会将 pro - IL - 1β 和 pro - IL - 18 切割为成熟形式，同时切割 gasdermin D（GSDMD），促使 GSDMD N - 末端区（GSDMD - NT）在质膜上形成孔洞，使得 IL - 1β、IL - 18 以及离子通量得以通过孔洞释放。随后，GSDMD - NT 孔洞的形成会诱导神经损伤诱导的蛋白 1（NINJ1）驱动质膜破裂，造成大量损伤相关分子模式（DAMP）释放到细胞外空间，包括高迁移率族盒 1（HMGB1）、乳酸脱氢酶（LDH）以及 ASC 斑点等。其二，在非经典途径中，鸟苷酸结合蛋白（GBPs）能够检测入侵细胞的革兰氏阴性菌的膜结合液泡，该蛋白可协调胞浆脂多糖（LPS）与胱天蛋白酶 4/5/11 相接触，从而诱导胱天蛋白酶自我激活。活化的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 4/5/11 会切割 GSDMD，进而诱发细胞焦亡并通过降低细胞内钾离子水平来激活 NLRP3 炎症小体。其三，在替代性 NLRP3 途径中，TLR4 受到刺激后，会通过涉及受体相互作用蛋白激酶 1（RIPK1）、Fas 相关死亡结构域蛋白（FADD）以及胱天蛋白酶 - 8 的一种尚未完全明晰的机制，在人单核细胞中激活 TIR 结构域含衔接子诱导干扰素 β（TRIF）衔接子下游的 NLRP3。经由该途径激活的 NLRP3 随后会通过未知机制参与胱天蛋白酶 - 1 介导的 IL - 1β 分泌，此过程独立于 ASC 斑点组装，并且不会诱导焦亡。

CRID3的结合口袋和NLRP3炎症小体激活的模型

a. 由非活性 ADP 结合态向活性 ATP 结合态转变的含 NACHT、LRR 和 PYD 结构域的蛋白 3（NLRP3），此转变过程需要与 NEK7 相结合，同时 NLRP3 的 NACHT 结构域内会发生大的构象变化，该变化能够打开核苷酸结合结构域（NBD）从而允许核苷酸进行交换。CRID3（以黄色显示）与 ADP（以红色显示）可稳定非活性 NLRP3 构象。在活性 NLRP3 复合物中的 ATP 同样以红色表示。各子域依据 NLRP3 结构域组织示意图进行颜色编码。这些结构均基于已报道的 NLRP3 蛋白结构，其 PDB 登录代码分别为 7PZC（非活性 NLRP3，ADP 结合）、6NPY（NLRP3 - NEK7 复合物，ADP 结合）以及 8EJ4 和 8ERT（活性 NLRP3 复合物，ATP 结合）。由于连接体无序，pyrin 结构域（PYD）的相对位置是随机的。

b. 展示从封闭的、无活性的 NLRP3 笼状结构（PDB：7PZC）转变为开放的、具备炎症小体活性的花状 NLRP3 复合物（PDB：8EJ4）过程的示意图。

c. 在 NACHT 中，位于 CRID3 结合口袋两侧的 CRID3 残基与 NLRP3 残基之间的原子相互作用形成于四个 NACHT 亚结构域的交界面处，并且处于延伸的富含亮氨酸重复序列（LRR）结构域（PDB：7PZC）的两侧。NLRP3 结构域的颜色与 a 面板中的颜色相互匹配。

自二十余年前炎症小体被首次发现以来，我们对于炎症小体通路及其在各类疾病中所起作用的认知，正以令人惊叹的速率持续拓展。这些成果催生出全新的研究方向，助力深入探究炎症小体在感染性、炎性、代谢性以及肿瘤性疾病中的机制性效应，并且在转化医学研究领域开拓了崭新的局面。CANTOS 试验中极具开创性的临床发现表明，那些已获批用于类风湿性关节炎及特定炎性疾病治疗的白细胞介素 - 1（IL - 1）靶向疗法，或许对更多慢性疾病具有超乎预期的疗效。

近些年来，随着炎症小体研究逐步走向成熟，来自多个学科领域的研究人员纷纷投身其中。由此，在 NLRP3 调控机制的阐释方面收获了显著成果，结构生物学研究让人们得以从原子层面深度洞悉 NLRP3 的激活机理，同时也确定了基于 CRID3 的抑制剂的结合位点。在此期间，学术界与生物制药企业正全力以赴地研发下一代靶向 NLRP3 抑制剂，致力于优化其效力与药理学特性，其中部分抑制剂已步入各类疾病的临床研究阶段。除了在炎症小体信号传导进程中占据核心地位之外，NLRP3 还被证实于辅助 T 细胞 2（TH2）及选择性活化（M2）巨噬细胞的极化过程中发挥着不依赖炎症小体的作用，而这些细胞在哮喘的病理生理过程中扮演着关键角色。此外，作为转录因子 IRF4 的辅因子，NLRP3 参与到白细胞介素 - 33（IL - 33）的表达与分泌调控之中，进而诱发与特应性皮炎相关的炎症反应。探究 NLRP3 靶向抑制剂在缓解哮喘与特应性皮炎症状方面，能够在多大程度上对这些不依赖炎症小体的作用加以抑制，将会是极具研究价值与意义的探索方向。

名称	货号	规格
NLRP3 (D4D8T) Rabbit mAb	15101S	100ul
NLRP3 (D2P5E) Rabbit mAb	13158T	20μl
Rabbit anti-NLRP3 Polyclonal Antibody	abs151715-50ul	50ul

文献解析|NLRP3 炎症小体相关药物：信号通路解析与治疗靶点探寻

Drugging the NLRP3 inflammasome: from signalling mechanisms to therapeutic targets.