病毒感染时nlrp3炎性小体激活和调控机制研究进展

中山大学学(自然科学、医学版第35卷第3 JOUＲNALOFTHEGＲADUATESVO2014SUNYATSENUNVE(NATUＲALSCIENCES、MEN *时NLＲP3炎性小体激活和调控机制研究进展*中山大学中山医学院，广州【内容提要】炎性小体是一种多蛋白复合物，它能够通过caspase-1的激活来诱导炎性因子IL-1β和IL-18的成熟与分泌并引起炎症反应。在炎性小体的激活过程中NLＲs的成员起着重要的作用，其中研究最为广泛的是NLＲP3炎性小体。大量的实验显示 时，包括甲型流感IAV、水泡性口炎VSV和脑心肌炎EMCV等，可激活NLＲP3炎性小体产生免疫应答。本文将对时NLＲP3炎性小体的激活和调控机制作一综述。【】NLＲ3;炎性小体;;炎性小体是一组胞质蛋白复合物，它是胱天蛋白酶caspase-1的活化平台，能够促进炎性因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌。机体为了对以及细胞内损伤所引起的代谢或细胞压力的改变产生快速应答通过表达种系编码的模式识别受体pattern-病原相关分子模式(pathogen-associatedmoleculartrs，s，比如细菌细胞壁成分或ＲNA［1］。NLＲs作为一种PＲＲs，可以识别PAMPs以及相关分子模式damage-associatedmolecularts，s，其被激活后可以形成炎性小体，活化caspase-1引起炎症反应。NOD样受体(nucleotideoligomerizationandbinding-likes，s成员超过20种，均含有一个保守的NOD结构域［2］，其中研究最为广泛的是NLＲP3炎性小体。各种病原体以及内源性的刺激能够导致NLＲP3炎性小体蛋白复合物的，该复合物包括细胞质受体NLＲP3，含有CAＲD结构域的凋亡蛋白ASC和效应分子caspase-1［2］。机体为了防御的，激活或调控炎性小体，可能导致过度的炎症反应和细胞，对机体造成［3］，因此本文将重点讨论包括甲型流感病毒(influenzaA IAV)、水疱性口炎(vesicularstomatitis ，V炎(encephalomyocarditis ，V在内的不同 时，NLＲP3炎性小体*收稿日期:201407 ，女，籍贯湖南省，中山大学基础医学院免疫学专业2013级 ENLＲP3分子结构的中段为NLＲ各成员共有的特征性结构，即的核苷酸寡聚结构域H;其C端是一个亮氨酸重复序列leucinerichregion，LＲＲ)，其功能是为病原或细胞内物质之间相互作用提供支架，感受和识别PAMP或其他配体;N端是效应结构域，由热蛋白结构域pyrinPYD)组成，功能是将NLＲP3受体分子和下游衔接蛋白及效应分子连接起来。接受信号以后NLＲP3，ASC和caspase-1三种成促进pro-IL-18的成熟和分泌，进而发挥生物学活性［4］。在激活过程中，ASC起着重要的中介作用，NLＲP3分子N端的PYD结构域借助同型互作动员并吸引ASC的N端PYD，同L炎性小体的激活机制包含两种信号:第一信号为识别TLＲs配体、IL-1受体和TNF受体后pro-IL-1β、pro-IL-18和NLＲ3的转录表达;第二信号为炎性小体的寡聚化和激活，进而导致pro-IL-1β和pro-IL-18的剪切成熟和分泌［4］。第二信号包含一系列的PAMPs和s。目前已有几个重要的第二信号:细菌毒素和ATP所致的细胞膜破坏，钾离子外流和孔隙形成［5］;二氧化硅，明矾，β样淀粉蛋白或尿酸晶体等微粒活化剂所致的溶酶体不稳定而释放组织蛋白酶B到胞浆内［2］。最近的一项研究表明脂质体能够通过线粒体活性氧reactiveoxygens，S和M2瞬时受体电位通道介导的钙离子内流激活NLＲP3炎性小体［6］。除了双信号这一机制外，还存在着很多其它相关的机制和信号分子。最近有报道显示dＲNA依赖的蛋白激酶(douletrandedＲNAdependentproteinkinae，PKＲ)通过与包括NLＲ3在内的炎性小体成分的物理结合，在炎性小体的激活方面有着重要作］。另一项研究鸟酸结合蛋白(guanylatebindingprotein5，GB5)，一种干扰素诱导的GBP成员，也能与NLＲ3的PYD结构域结合促进NLＲ3炎性小体的寡］。已有研究证实NLＲ3炎性小体的激活需要把线粒体上的ASC转移至内质网上的NLＲ3］，据此另有提出了一种微管驱动的空间聚合模型使得ASC和NLＲ3得以接近，这种机制主要依赖胞内低浓度的NAD+和微管内肿瘤抑制因子SIＲ2依赖的脱乙酰作用1］。NLＲ3炎性小体募集到线粒体上也需要线粒体抗蛋白MAVS的辅助［11］，MAVS作为一种线粒体的外膜蛋白还能介导I型干扰素的产生［12］。另外，电压依赖的阴离子通道VDAC能使钙离子进入线粒体，它对于NLＲP3炎性小体的激活也很重2时NLＲP3炎性小体激活机大量实验证实多种均能激活NLＲP3炎性小体，包括N如IV、呼吸合胞(Ｒespiratory ，ＲSV)、VSV、EMCV、丙型肝炎(eV和 (WestNi，V)等，以及DNA痘带状疱疹和腺等。这些能从不同的层面来激活NLＲP3炎性小体［13］。 ＲNA介导的激活gTD等人最初了ＲNA介导的NLＲ炎性小体活化方式［14］。随后开始有大量的研究者着手于ＲNA或其类似物对NLＲP3炎性小体的激活，如用dsＲNApolyIC)或ssＲNA转染到人或小鼠的细胞系里或者人的巨噬细胞中来激活NLＲP1］。同样的，从轮状或雀麦花叶中提取的dsＲNA以及IV中的ssＲNA也能激活NLＲ1。在小鼠体内转入polyIC)或纯化的IAVssＲNA也能诱导IL-1β的分泌，且这种炎症反应是依赖NLＲ3所产生的［14］。ＲNA并非与NLＲP3直接相互作用，它主要从两方面来激活NLＲP3炎性小体。首先，ＲNA被TLＲs或NLＲs识别，通过NF-kB介导的信号通调IL-1β、IL-18和NLＲP3的表达，然后启动NLＲP3炎性小体的激活［17］。近期的PKＲ也有可能发挥了一定的作用。之前我们已经认识到PKＲ识别胞内的ＲNA后，使转录抑制因子eIF2a磷酸化，蛋白无法完成转录而抑制的［18］。最近有表明细胞在多种刺激，如poly(IC刺激后，PK通过自磷酸化，直接与NLＲP3在内的多种炎性小体发生相互作用，调节NLＲP3炎性小体的激活［7］。StasakovaJ等人［19］发现缺乏抑制蛋白NS1的突变株IAV能增强炎性小体的激活，而使用PKＲ抑制剂2-氨基嘌呤处理后炎性小体的激活减弱，说明PKＲ在炎性小体激活发挥着重要作用。然而，另有学者研究PKＲ在炎性小体的激活中不起作用，他们发现使用各种NLＲP3的激活剂刺激后PKＲ缺陷的杂合子小鼠Pkr在炎性小体的激活或是IL-1β的产生方面与PK缺陷的纯合子小鼠(Pkr－/－)无差异［20］。以上关于 时PKＲ对炎性小体激活的作用还需更深入的ＲNA激活炎性小体还存在另一种作用方式。Poeck等人［21］的研究VSV时，ＲIG-I，一种胞质溶胶中识别双链ＲNA的ＲLＲ成员，识别ＲNA后除了与MAVS相互作用还能与ASC和caspase-1结合从而启动不依赖NLＲP3的炎性小体的激活。但是作者也发现EMCV借助另外一个ＲLＲ成员，即MDA5识别ＲNA后，激活炎性小体是依赖于NLＲP3的。近期也有学者［22］了在正常人和IAV患者的支气管上皮细胞上ＲIG-I能与caspase-1以及ASC相互作用来调节炎性小体的激活。此外该研究还发现在支气管上皮细胞中ＲIG-I能在转录水平调节pro-IL-1β和NLＲP3，说明ＲIG-I发挥了启动和激活炎性小体的双重作用，即前面提过的NLＲP3炎性小体激活机制的第一信号和第二信号。他们也证实了在支气管上皮细胞中IAV后NLＲP3炎性小体的激活依赖ＲIG-I。然而，也有一些需要通过激活ＲIG-I来产生IFN-a/β，但他们激活炎性小体并 ＲOSＲOS的产生是另一种公认的介导NLＲ3激活的机制。有研究证明了用ＲOSN-乙酰-L-半胱氨酸或是APDC能够抑制IAV所引起的NLＲP3的激活［16］。另一项究在HCV的细胞中加入ＲOS的另一种清除剂吡咯烷二硫基甲酸盐也能抑制NLＲP3炎性小体的激活［24］。而在ＲSV和脑炎(Japaneseencephalitis，V 时，同时存在钾离子外流机制和ＲOS产生机制来激活NL炎性有关ＲOS产生后激活NLＲP3炎性小体的具体机制，Ｒongbin等人［26］的研究发现ＲOS激活NLＲ3炎性小体依赖于TXNIP这一中介，TIP又称硫氧还蛋白结合蛋白\维生素D3上调蛋白1thioredoxin-bindingprotein2vitaminD3upregulatedprotein1，TBP-2\VDUP-1一般情况下TXNIP与硫氧还蛋白in，X以复合物的形式存在，而在细胞内产生了大量的ＲOS后，TＲX被氧化，从而使得TXNIP从复合物上解离，进而与NLＲP3相结合，导致NLＲP3炎性小体的激活。 除常见机制外，能通过自身的 分引起的胞质离子的改变而激活NLＲ3。白虽然不是所必须的，但它们能够辅助进入细胞，还能使得胞内的离子或小分子从高浓度的细胞器内向低浓度的胞质中流动2］。如IAV的2蛋白能使酸化的体内氢离子释放，导致NLＲ3炎性小体的激活2］。还有EMCV、脊髓灰以及肠71型的2B蛋白能够使胞质的NLＲ3以为并以钙离子介导的方式激活炎性小体2］。另外ＲSV的SH 白也是通过使内的离子而激活NLＲ3［30］。以上五种均可通过的白这一共同的机制来激活NLＲP3炎性小体除以上三种主要机制外，有些中还存在其他的机制介导NLＲP3炎性小体的激活。学者［31］研究发现登革 时能通过其单核/巨噬细胞的重要受体CLEC5A来激活NLＲP3炎性小体;Ichinohe等人［32］则在流感和EMCV时线粒体融合蛋白2在NLＲP3炎性小体的激活方面发挥重要作用。3时NLＲP3炎性小体的调NLＲ3炎性小体的激活就如同一把双刃剑，激活缺乏时机体对外界不能产生免疫应答，病原体无法清除从而导致机体损伤。而当激活过度时，大量的炎性因子同样会对机体组织造成病理损伤。Kumar3］的研究NV时NLＲ3炎性小体具有保护作用他们发现NV后ASC缺陷的小鼠中细胞因子减少，但随后中枢神经系统的炎症反应和的增加，率也升高。同样的，Thomas1］对NLＲ3，capae1和ASC进行敲除后IAV发现小鼠率增加，中性粒细胞和单核细胞浸润肺组织减少，支气管肺泡液和中的IL1β和IL18也减少。这些结果都说明了NLＲ3炎性小体在 后能起到一定的保护作用。然而Chritopher［34］的研究也发现IAV小鼠后能通过受体相互作用蛋白激酶2(2介导的线粒体自噬负调NLＲP3炎性小体，从而使得IL-18的产生和炎性细胞的浸润减少以及小鼠的和率下降。由此可见时机体存在着不同的机制正调或负调NLＲP3炎性小体的激活，我们有必要深入研究这些机制，以期找到综上所述，在 时，NLＲ3炎性小体发挥着重要的作用。炎性小体的激活缺乏导致和率增高，而过度的激活同样导致免疫介导的病理损伤和。因此，深入研究 时NLＲ3炎性小体的激活和调控机制，有利于我们从分子水平上控制炎症，为一些的治疗提供新的思路和。［1］JanewayCAJr．andＲ．MedhtovInateieecononAnnuＲevImmunol202．20:1976［2］CasselSLS．Joly，andFSSutterwala，TheNLＲPinflmeAsensorofmmundangersgnsmainImmunology200921(4):p1948［3］KimJJ．andEKJoNLＲ3InflsandosProtectionagainstBacterialcin．JKeMedSci328:p141523［4］LkniM．andVMDixiInflsomesguardiansofcytosolicnciyInflsomesininnatemmuniy200．227:p955［5］PeleginPandASupenantPannex1CouptoMtxandNiiinducedInterleukin1betaＲeleasethroughaDyeUpakindependentPahayJournalofBiologicalChemistry200．282(4):p238694［6］Zhong，Z，etal．，TＲPlinksoxidativestresstoNLＲ3inflsoaan．atreCommunications201．4:p1［7］LuB，etl．NovelroleofPKＲininfl soactivationandHMGB1leseNature212．488(7413):p6704．［8］yAＲ．，etal，GBP5PrmoteNLＲInfl omsmandImmnitinM Scence2012336(6080):p4815．［9］ou，Ｒ，etal，AroleformoiinNLＲPinflomacivtionNaue2010469(7329):p2215．［10］MsaaT，etalMicrotubuldrivenspatialaangmnofmnimeactivationoftheNLＲinfl meNaurImmunology201314(5):p4540［11］SubaananN，etal，TheAdaptorMAVSPrmoteNLＲMooaLocalizationand omAtonCel201．153(2):p3481［12］Kwi，，etal．，IPS1，anadaptortriggeringＲIGIandMda5 mdatypeIinterferonnduconNauImmunology20056(10):p9818［13］LpfrCandTDKneaihexpandingroleofLＲinantiviralmmyＲevews201．255:p134［14］KannegantiT，CriticalroleforCryopyrin/al3inactivationofcaspase1inresponsetoviralinfectionanddoublestrandedA．JBiolhembichem2006．281:p365608．［15］ＲnahakaJ，etal，ＲecognitionofcytomNresultsincathepsindependentinfl activationandapoptosisinhumanmsJImmunol2011186:p3085092［16］n，I．，TheNＲ3infl soeiteinvivoinnateiitytoinfluenzaAthroughrecognitionofviralNA．mmunty200．30:p55665［17］e，T．，etl，InflserecognitionofinfluenzaisessentialforadaptiveiueresponesJExpeMtsschrm200．206:p797［18］yM，MhilinkeePKＲminautophosphorylation，and2ahsubstrateecgiton．Cell2005．122:p9013［19］tsvaJ，InfluenzaAmuaneswithalteredNS1proteinfunctionprovokecaspase1activationinriryhumanacrpges，resultinginfastapoptosisandreleaseofhighlevelsofinterleukins1betaand8JGenVol200．86:p1855［20］eYLFranchi，andGNunez，TheproteinkinasePKＲiscriticalforLPSinducediSproductionbutdispensableforinfomactivationinmaophag．EurJmmuno，2013．p11472kHCAＲ signalingforinterleukin1betardutionNammuno011:p639［22］et，J．，TypeIINtriggersＲIGI/TLＲ3/NＲ3dependentinfl oeactivationininfluenzaAinfecteds．PLoSPathog2013．9:pe ［23］IkegmeS．，etl．BothＲIGIandMDA5Ahelicasescontributetotheinductionofalpha/betainterferonineslesinfectedhumancells．JVirol2010．2010:p3729［24］e，D，etl，HptiCactivatesinterleukin1betaviacaspase1infl mxJGenVol201．93:p2356［25］Se aJ，TLＲ2/MyD88/NFkappaBpathway，reactiveoxygenspecespotssieffluxactivatesNLＲP/ASC omduringrespiratorysyncytialneconPLoSONE，2012．7:p5［26］ZhouＲ．，etl．，Thioredoxinin ctingproteinlinksoxidativestresstoinflmen．tmmunol201011(2):p1360［27］GonaezMEandLrsoVrponsFEBSLett2003552(1):p28［28］IchnoheT，I．Pang，andAIwasakiInfluenzactivatesinfl mviaitsintracellularM2ionlNammunol201011:p4040［29］Ito，M，YYiandTIchinohe，elmcrviroporin2BactivatesNLＲ mePLoSPathog212．8:pe ［30］TriantafilouK．，etl．，HumanrespiratorysyncytialviroporinH:aviralrecognitionptyusedbythehosttosignalinfl omacaionThorax201368:p665［31］WuM，CLEC5Aiscriticalfordengueinducedinfl omactivationinhumancropaesBlood2013．121:p956．［32］IchinoheT，etalMiocodaprotei