NLRP3 炎性小体研究新进展

NLRP3 炎性小体是一种分子量约为700Kda 的大分子多蛋白复合体,能被多种病原相关的分子模式或损伤相关的分子模式 活化,对固有免疫系统免疫功能的发挥具有极其重要的作用。但如果其被过度激活则可通过活化的半胱天冬酶-1 持续地将 pro-IL-1茁和pro-IL-18 剪切为成熟的IL-1茁和IL-18,进而激活下游信号转导通路,产生大量的炎性介质,引起机体发生严重的炎 症反应,最终促进多种炎症性疾病的发生与发展,如Muckle-Wells综合征、2 型糖尿病、非酒精性脂肪肝、动脉粥样硬化、炎症性肠 病和阿尔兹海默病等。因此,对NLRP3 炎性小体进行深入的研究不仅有助于阐释固有免疫系统如何有效地发挥其免疫功能,而 且作为系列炎症反应的核心,NLRP3 炎性小体还可能成为多种炎症性疾病防治的新靶点。我们就NLRP3 炎性小体的结构与功 能,激活与调控,分布与疾病的近期研究作一综述。     

炎性小体研究进展

炎性小体是由胞浆内模式识别受体组装的多蛋白复合体,是宿主先天免疫系统的重要组成部分。在细胞应对外界危险信号时,炎性小体能激活半胱天冬酶-1,通过调节白介素-1β和白介素-18等促炎性细胞因子的成熟与释放,参与先天性免疫防御。炎性小体活性异常与人类先天性和获得性炎症性疾病密切相关,炎性小体在免疫应答中具有重要作用。综述了炎性小体的组成、功能、激活方式及其与疾病的相关性。     

NLRP3炎性小体激活调控机制及其在类风湿性关节炎中的潜在作用

NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor family pyrin domain containing 3,NLRP3)炎性小体是一种多蛋白复合物,在非特异性免疫中发挥重要作用,可以通过K+外流、溶酶体损伤、线粒体功能障碍和活性氧生成等途径被激活,产生具有生物活性的白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-18和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α),从而导致细胞死亡,激活适应性免疫。NLRP3基因多态性、表达水平、激活状态都与类风湿性关节炎的疾病进程关系密切,并且NLRP3炎性小体异常激活驱动的慢性炎症在类风湿性关节炎发生发展中发挥重要作用。本文就NLRP3炎性小体的分子结构、基本生物学功能及其与类风湿性关节炎疾病进程之间的相关性作一综述,以期为防治该类自身免疫性疾病提供新思路。     

炎性小体中ASC斑点形成机理及调控机制北大核心CSCD

在一系列微生物感染及内外源性刺激物的作用下,细胞质中多种蛋白复合物组装成炎性小体,其主要功能是活化半胱天冬酶-1,引起一系列促炎细胞因子的分泌和半胱天冬酶-1依赖性的细胞死亡。凋亡相关斑点样蛋白(ASC)是炎性小体中连接胞浆内受体和半胱天冬酶-1的接头蛋白,在炎性小体活化中ASC聚集成大分子的二聚体,被称为ASC斑点(ASC-speck)。ASC斑点的形成对半胱天冬酶-1的活化至关重要,调控ASC斑点的形成是炎性小体相关疾病的治疗和预防的新途径。本文从ASC斑点形成的分子机理,以及磷酸化、泛素化和去泛素化、离子通道等方面,对近年来ASC斑点的调控机制相关的研究进展进行综合评述,总结了ASC斑点的形成机理及主要调控机制,最后结合作者相关研究成果和观点对该领域的研究前景进行了展望。     

炎性体与器官移植

炎性体是指存在于细胞质内能够激活半胱天冬酶-1（caspase-1）的大分子复合物,活化的caspase-1通过酶切白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-18（IL-18）前体分子而生成具有生物学活性的IL-1β和IL-18.近来研究发现,炎性体分子NLRP1、NLRP2、NLRP5、CARD8、CASP5的基因型与移植的临床结果相关,心脏移植排斥反应时ASC和IL-1β的表达升高,缺血再灌注损伤中NLRP3炎性体激活增加IL-1β分泌,表明炎性体的激活与移植排斥反应和缺血再灌注损伤密切相关,但诱导炎性体活化的配体和参与的炎性体分子有待进一步研究.     

NLRP3炎症小体及其相关通路与动脉粥样硬化研究进展

动脉粥样硬化所导致的心血管病是人类致死致残的重要原因。炎症因素作为重要危险因素已得到研究者共识,越来越多的证据表明炎症参与了从早期内皮功能障碍到晚期斑块破裂的AS形成的各个阶段。CANTOS研究作为测试AS炎症假说的第一个大规模临床试验,为寻找IL-1β介导的炎症性AS的潜在治疗靶点提供依据。Nod样受体蛋白3炎症小体作为固有免疫系统的一种识别受体,可引起半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶1激活,产生和释放成熟的促炎因子白细胞介素1-β,参与炎症反应发生发展。本文对胆固醇结晶,氧化低密度脂蛋白,血流动力学改变,斑块内细胞代谢方式变化等对NLRP3炎症体激活机制以及NLRP3炎症小体的激活途径和临床治疗方法进行综述,以期通过对NLRP3及其相关通路的研究,为临床动脉粥样硬化治疗提供新思路。     

阿尔茨海默病与炎性调控

阿尔茨海默病 （AD） 是毁灭性的神经退行性损伤疾病,其特点是细胞外聚积β淀粉样蛋白（Aβ）形成淀粉样斑块和细胞内异常高度磷酸化 tau 蛋白导致神经纤维缠结(neurobrillary tangles）.基于上述特点提出的β淀粉样蛋白假说和tau的高度磷酸化假说,仍不能完全解释其发病机理和神经元的退行性损伤.目前,炎症小体在阿尔茨海默病的病理过程中引起的炎症和组织损伤引起高度关注.因此研究AD患者中炎症小体如何激活、组装、并诱发细胞炎性介质的高表达,可能对深入研究AD病理机制和治疗靶点的突破提供一种新的解释,本文主要针对这一研究领域的进展加以简要的概述介绍.     

NLRP3炎性小体在肌肉骨骼系统疾病中的作用

炎性小体是先天性免疫系统的受体和传感器,在许多疾病的发生和进展中起着关键的病理作用。近期研究表明,NOD样受体家族核苷酸结合寡聚化结构域样受体3 (NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎性小体参与了对公共健康具有高度影响的疾病的发生,如肌肉骨骼系统疾病。肌肉骨骼系统疾病是主要由工作和周围环境引起或加重的肌肉、关节、骨骼等运动系统疾病,以及相关神经、循环系统损伤的疾病。NLRP3小体的激活可以诱导炎症及引发焦亡,造成机体进一步损伤。因此,以NLRP3炎性小体为切入点,开展对肌肉骨骼系统疾病的预防和治疗具有重要意义。研究炎症性疾病中NLRP3炎性小体活动的机制及作用已然成为新的研究方向。本文对NLRP3炎性小体的激活途径及机制进行了概述,并分析了NLRP3炎性小体在肌少症、骨质疏松症和关节炎等肌肉骨骼系统疾病中的作用,以期为肌肉骨骼系统疾病的治疗提供理论依据。     

结核分枝杆菌感染对NLRP3炎性小体活化的调控作用研究进展

结核病(tuberculosis,TB)是一种主要由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)感染引起的世界范围内影响广泛的细菌性疾病.巨噬细胞通过细胞表面表达的多种受体感知进而吞噬Mtb.Mtb侵染巨噬细胞时,ESX-1等分泌系统会激活以NLRP3为代表的炎性小体,并促进下游IL-1...     

慢性PM2.5暴露对C57BL/6J小鼠肺组织炎症和NLRP3炎性小体活性的影响

目的 研究慢性PM2.5暴露对小鼠肺炎症和NLRP3炎性小体活性的影响,为防治PM2.5所致肺损伤提供新靶点。方法 雄性C57BL/6J小鼠通过不同剂量气管滴注法进行PM2.5染毒,剂量为2,10mg/(kg·bw),对照组小鼠滴注生理盐水。小鼠连续滴注20次,每3d染毒1次后,取血和肺组织。三组小鼠进行血细胞计数;用免疫荧光染色法检测肺组织巨噬细胞水平;用试剂盒测定肺组织中白细胞介素(interleukin,IL)-1β,IL-18水平及caspase-1活性;用实时定量PCR法检测肺组织NLRP3炎性小体相关mRNA表达水平。结果 两个剂量PM2.5染毒均能明显降低单核细胞百分比(P<0.01),增加中性粒白细胞百分比(P<0.01);导致肺炎症发生;增加肺组织caspase-1活性(P<0.01)及NLRP3和ASC的mRNA表达(P<0.01)。与对照组相比,两个剂量组小鼠肺组织IL-1β和IL-18水平均显著增高(P<0.01)。结论 慢性PM2.5暴露可能通过激活肺组织NLRP3炎性小体导致肺炎症发生。     

NLRP3炎症体与炎症性疾病

炎症体是胱天蛋白酶的活化平台,并促进一些前炎症细胞因子如IL-1β、IL-18和IL-33的成熟,启动机体的先天性免疫防御功能。炎症体的激活和失调与人类先天及后天的炎症性疾病都密切相关。通过对NLRP1、NL-RP3、IPAF和AIM2炎症体调节机制的研究,可为家族性周期性自身炎症反应、痛风、II型糖尿病等的治疗提供新的靶点。主要就NLRP3炎症体的组成、分布和调节机制及与NLRP3炎症体相关的炎症性疾病进行了简要介绍。     

NLRP3炎症小体与自身免疫性疾病的相关性研究进展

炎症小体是存在于细胞内由激活自身免疫应答的多种蛋白质组成的复合体,可诱导半胱天冬蛋白酶(caspase)-1自我剪切,caspase-1能够调控白细胞介素(IL)-1β、IL-18的产生,并进而刺激炎症小体的形成和分泌,调控机体的自身免疫应答反应。NLRP3炎症小体属于NOD样受体家族,是一种胞内模式识别受体,主要存在于巨噬细胞和树突状细胞,发挥激活机体免疫炎症的关键作用。病原相关分子模式及损伤相关分子模式与NLRPs结合,启动固有免疫应答,从而导致自身免疫性疾病的发生和发展。本文通过分析归纳近年来炎症小体与自身免疫性疾病的相关性的研究进展,以期为以炎症小体为作用靶点,防治自身免疫性疾病的研究提供指导。     

Cathepsin B links oxidative stress to the activation of NLRP3 inflammasome

Oxidative stress-mediated activation of NLRP3 inflammasome in microglia is critical in the development of neurodegerative diseases such as Alzheimer's disease (AD), Parkinson disease (PD). However, the mechanism underlying oxidative stress activates NLRP3 inflammasome remains exclusive. Here we demonstrated cathepsin B (CTSB) as a regulator of the activation of NLRP3 inflammasome by H₂O₂·H₂O₂ induced IL-1β secretion in NLRP3 inflammasome-dependent manner·H₂O₂ treatment increased CTSB activity, which in turn activated NLRP3 inflammasome, and subsequently processed pro-caspase-1 cleavage into caspase-1, resulting in IL-1 β secretion. Genetic inhibition or pharmacological inhibition of CTSB blocked the cleavage of pro-caspase-1 into caspase-1 and subsequent IL-1 β secretion induced by H₂O₂. Importantly, CTSB activity, IL-1β levels and malondialdehyde (MDA) were remarkably elevated in plasma of AD patients compared to healthy controls, while glutathione was significantly lower than healthy controls. Correlation analyses showed that CTSB activity was positively correlated with IL-1β and MDA levels, but negatively correlated with GSH levels in plasma of AD patients. Taken together, our results indicate that oxidative stress activates NLRP3 through upregulating CTSB activity. Our results identify an important biological function of CTSB in neuroinflammation, suggesting that CTSB is a potential target in AD therapy.     

Expression of NLRP3 inflammasome proteins in ExpiCHO-S mammalian cells reveals oligomerization properties that are highly sensitive to solution conditions

The NLRP3 inflammasome is a key intracellular component of the innate immune response. It is a three-protein complex essential for the production of mature interleukin 1-β. The complex, which is comprised of three proteins, NLRP3, ASC, and pro-caspase-1, has been implicated in the physiological response to pathogenic elements of cardiovascular disease and Alzheimer's disease. Investigations into the properties of the three proteins can be aided by larger-scale recombinant expression to produce adequate amounts. In the current study, a variety of NLRP3 inflammasome proteins were expressed in the ExpiCHO-S mammalian cell system with a particular focus on ASC. ASC fusion proteins with glutathione-S transferase, maltose-binding protein, and SUMO increased solubility and aided in determining the stability and oligomerization propensity of individual ASC domains and full-length ASC. ASC oligomerization was highly sensitive to protein concentration, ionic strength, and mutation. These observations provided strategic ways to enhance protein purification and characterize ASC oligomerization. The ExpiCHO-S expression system consistently produced high-yield recombinant NLRP3 inflammasome proteins which led to a further understanding of ASC oligomerization.     

NLRP3炎症体与痛风的研究进展

痛风是由于机体血尿酸过饱和形成针状尿酸盐(Monosodium urate,MSU)沉积在关节腔导致的炎症。IL-1β是急性痛风性关节炎进程中重要的细胞因子,与炎症的产生以及炎症的级联放大反应有关,IL-1β的产生与细胞中炎症小体NLRP3复合体密切相关。研究者认为NLRP3炎症体是痛风性关节炎反应进程中的关键环节,痛风也被称为NLRP3炎症体相关疾病。本文综述了NLRP3炎症体与痛风的关系、相关机制,以及靶向NLRP3炎症体的小分子抑制剂,为今后寻找结构新颖、高效低毒的抗痛风新药的研究提供参考。     

Crystal Structure of NLRP3 NACHT Domain With an Inhibitor Defines Mechanism of Inflammasome Inhibition

The NLRP3 inflammasome assembles in response to a variety of pathogenic and sterile danger signals, resulting in the production of interleukin-1β and interleukin-18. NLRP3 is a key component of the innate immune system and has been implicated as a driver of a number of acute and chronic diseases. We report the 2.8 Å crystal structure of the NLRP3 NACHT domain in complex with an inhibitor. The structure defines a binding pocket formed by the four subdomains of the NACHT domain, and shows the inhibitor acts as an intramolecular glue, which locks the protein in an inactive conformation. It provides further molecular insight into our understanding of NLRP3 activation, helps to detail the residues involved in subdomain coordination within the NLRP3 NACHT domain, and gives molecular insights into how gain-of-function mutations de-stabilize the inactive conformation of NLRP3. Finally, it suggests stabilizing the auto-inhibited form of the NACHT domain is an effective way to inhibit NLRP3, and will aid the structure-based development of NLRP3 inhibitors for a range of inflammatory diseases.