炎症小体的激活与组装

炎症小体依赖于一个“两步”活化模型。不过每个炎症小体都有独特的传感器激活和平台关联机制。这些传感器既可以直接与它的激动剂结合，也可以依赖于另一种分子。ASC接头蛋白对于某些炎症小体的组装是必需的，但也可以不参与或完全缺乏于某些炎症小体的组装。不同炎症小体之间的相互作用通过特定的保守结构域发生。各种激活和组装策略可能经进化，演变成能对威胁做出及时的响应。

“两步”激活模型

启动（Priming）和激活是所有炎症小体都需要的两个步骤。首先，启动步骤可以视为一种必要的调节，以避免不必要的激活。它允许炎症小体组装和下游信号所需蛋白的转录上调。一旦启动，传感器将保持在自动抑制但对信号敏感的状态。它们通过直接的配体结合或间接的细胞内事件被不同的PAMPs或DAMPs激活。

第二步激活，是诱导启动后的传感器进行翻译后修饰（PTMs），导致去抑制的构象变化。这是传感器寡聚化和炎症小体平台组装的起点。下文我们详细介绍了NLRP3、NLRC4和CASP-11/4/5炎症小体的独特激活和组装机制。

NLRP3炎症小体

NLRP3炎症小体是最被研究透彻的经典炎症小体。然而，关于NLRP3激活的确切机制仍存在争议 [5, 38]。NLRP3可以被一系列结构上和化学上无关的刺激物激活。这些刺激物可以是无菌的（例如尿酸晶体、β-淀粉样蛋白、胆固醇晶体）、来自微生物（例如造孔毒素、离子通道激活剂）或环境的（例如石棉、二氧化硅）[5]。目前的认知是NLRP3不直接与这些分子结合。相反，它感知下游细胞溶质应激信号，如K+ 外排 [5, 38]、外化线粒体心磷脂和氧化线粒体DNA，后两者在一些研究中被认为是NLRP3的“最终”配体 [39-41]。

NLRP3是一种拥有三个结构域的蛋白，包含LRR、NOD（或NATCH）和PYD结构域（见第4页）。由于NOD和LRR结构域之间的内部相互作用，NLRP3被自动抑制为闭合构象 [42]。NOD结构域的ATP结合和水解允许NLRP3变成开放构象 [43]。此外，PTMs由不同的刺激物驱动，这些刺激物可以靶向NLRP3结构域中的特定残基 [38, 44, 45]。例如PRR配体（如LPS或Pam3CSK4）的刺激，可以在NOD结构域中导致JNK1介导的S198磷酸化以及NLRP3去泛素化 [44]。一旦LRR结构域被暴露，它就与NEK7（NimA相关蛋白激酶7）结合。NEK7对于桥接相邻NLRP3亚单位之间的间隙是必需的，不过，这种相互作用发生的时间和位置尚未完全阐明 [25-27]。NLRP3的激活会使炎症小体开始组装。NLRP3-PYD结构域招募ASC，然后通过其CARD结构域与pro-caspase-1结合。CASP-1受邻近诱导进行自溶性活化，从而使细胞表面形成GSDMD孔，允许IL-1β/IL-18和警报素分泌，最终导致细胞焦亡 [5, 46]。

细胞器在NLRP3炎症小体组装中起关键作用 [5, 47]。启动和激活信号一同协调NLRP3炎症小体成分在线粒体、内质网（ER）和高尔基体的亚细胞定位。至于是否存在多种细胞器的机制去调控NLRP3炎症小体组装则还在研究中 [48]。

NLRP3炎症小体已被发现有不同的启动机制。长时间的TLR刺激（>3小时）可以触发NF-κB介导的新NLRP3分子转录 [44, 49]。短时间的TLR刺激（<1小时）较可能触发MyD88或TRIF介导的NLRP3蛋白PTM [44, 50]。PTM介导的NLRP3启动可能已经进化到允许即时的炎症反应发生。另外，转录介导的启动可以通过上调NLRP3和效应分子的表达，来增强炎症反应。近期也有研究显示，至少在体外的人类单核细胞中，TLR介导的启动对于NLRP3炎症小体的活化并不是必需的 [51]。

重要的是，非经典炎症小体CASP-11/4/5炎症反应也能触发NLRP3炎症小体的激活和组装（见下文）。

NLRC4/NAIP炎症小体

NLRC4感测细胞内细菌分子，如属于运动器官的鞭毛蛋白，或来自细菌III型或IV型分泌系统(T3SS或T4SS)的内杆和针状蛋白。更具体地说，NAIP与其相应的配体直接结合后，再结合NLRC4。另外，人源和鼠源的NAIP表达存在差异。人源基因组只表达一种NAIP，作用于NLRC4上游并与上述激活剂结合 [7, 52]。这种独特的人源NAIP存在两种异构体，且对感知鞭毛蛋白和T3SS蛋白有不同的亲和力 [52]。而小鼠表达多个NAIPs，它们对每个配体都表现出不同的亲和力；例如NAIP1对T3SS针状蛋白具有较高的亲和力，NAIP2对T3SS内杆蛋白具有较高的亲和力，NAIP5和NAIP6对鞭毛蛋白具有较高的亲和力 [8-11]。尽管NAIPs和NLRC4的转录调控仍缺乏文献记载，但最近发现鼠源NAIPs的本底表达至少依赖于IRF8 [53] 。

NAIPs和NLRC4拥有相似的LRR和NOD结构域，其中LRR结构域是令它们处于自抑制状态所必需的 [8, 54-56]。此外，NLRC4还有一个CARD 结构域。一旦配体结合到NAIP的NOD区域，处于自抑制状态的NAIP就会伸展出来，暴露出NOD结构域 [55]。被激活的NAIP通过NOD-NOD相互作用募集NLRC4启动子（promoter），迫使NLRC4开放。而活化的NLRC4利用其暴露出来的NOD表面与其他NLRC4分子发生骨牌反应，形成组装炎症小体平台 [56]。NLRC4的CARD结构域聚集后会使NLRC4聚合化，NLRC4/NAIP复合物然后可以通过直接的CARD-CARD相互作用或通过ASC接头蛋白与pro-caspase-1结合 [15, 56]。

CASP-11和CASP-4/5非经典炎症小体

鼠源CASP-11和人源CASP-4/5同时作为传感器和效应蛋白分子，形成非经典炎症小体。CASP-11是在感染革兰氏阴性细菌小鼠模型中首次被发现能感应细胞内的LPS，且不依赖于细胞表面的LPS受体TLR4 [57, 58]。此外，CASP-11和CASP-4/5会驱动GSDMD介导的细胞死亡和CASP-1依赖性的IL-1β/IL-18分泌 [22]。

LPS的识别和caspase的寡聚化都是被CASP-11/4/5的CARD结构域所介导，它们也是使其自身亚单位进行自催化激活所必需的 [29]。这些活化的caspase会切割GSDMD，最终诱导细胞焦亡的发生。与CASP-1不同，CASP-11/4/5不会将pro-IL-1β和pro-IL-18切割成成熟形态 [59]。当质膜形成GSDMD孔，会释放出作为应激信号的胞浆成分。K+外排会促使NLRP3炎症小体组装和CASP-1介导的IL-1β/IL-18分泌 [38, 60]。不过，关于CASP-11/4/5确切的激活机制仍需要进行深入的研究。

细胞外LPS通过细菌OMV的摄取（见第13页）或细胞内细菌的溶解进入胞质 [57, 61]。之后的事件会涉及鸟苷酸结合蛋白（GBPs）和干扰素反应基因B10蛋白（IRGB10）的参与。GBPs积聚在吞噬体膜上，促使细菌产物（如DNA、LPS）释放到细胞质中 [62]。它们会通过招募IRGB10参与穿透细胞内细菌膜 [63]。GBPs也被认为能促使CASP-11与LPS疏水脂质A的相互作用 [64]。

人源CASP-4/5和鼠源CASP-11的本底表达会因细胞类型而有所不同，它们的表达可在使用各种TLR激动剂(如LPS和Pam3CSK4)和干扰素（IFN-β和IFN-γ）预处理后获得上调 [22, 65-67]。同样，GBPs和IRGB10也受干扰素转录调控 [67]。

既然人类基因存在着两种CASP-11相似的蛋白，这就引申出CASP-4和CASP-5在功能上是否具冗余性的问题。目前有体外实验显示要应答转染的LPS，最低限度也需要CASP-5，但在小鼠感染伤寒沙门氏菌的情况下CASP-5则是必需的 [68]。CASP-4和CASP-5在体内细菌感染中的确切作用还待进一步研究。

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参考资料：

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