NLRP1炎性小體的激活機(jī)制

何豪杰，薛 美，馮 力

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所 獸醫(yī)生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室豬消化道傳染病創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，哈爾濱 150069)

天然免疫是生物體免疫系統(tǒng)的第一道防線，在感知和防御病原微生物感染的過程中發(fā)揮著重要作用[1-2]。模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors，PRRs)是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，機(jī)體憑借其識(shí)別病原體、凋亡宿主細(xì)胞和受損衰老細(xì)胞表面特定分子結(jié)構(gòu)[3]。根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的同源性，目前發(fā)現(xiàn)的PRRs可以分為以下五種：Toll樣受體(toll-like receptors，TLRs)、維甲酸誘導(dǎo)基因Ⅰ型受體家族(retinoic acid-inducible gene I-like receptors，RLRs)、核酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)、C-型凝集素受體(C-type lectin receptors，CLRs)和黑色素瘤缺乏因子2樣受體(absent in melanoma 2-like receptors，ALRs)[4-6]。其中細(xì)胞質(zhì)內(nèi)表達(dá)的NLRs在被激活后會(huì)組裝成為一種叫做炎性小體的多聚蛋白復(fù)合體[7]。典型的炎性小體最少由一種NLR家族蛋白、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)和半胱氨酸蛋白酶-1(caspase-1)組成。其中NLR蛋白作為感受器蛋白，受到外源刺激后激活，通過同型蛋白結(jié)構(gòu)域的相互作用與接頭蛋白ASC結(jié)合進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)。隨后通過其C端的CASP活化募集結(jié)構(gòu)域(caspase activating and recruitment domain, CARD)招募并活化caspase-1前體?；罨腸aspase-1將IL-1β前體和IL-18前體加工為其活性形式并且釋放到細(xì)胞外，從而引起炎癥[7]。此外，在經(jīng)典炎性小體通路中活化的caspase-1可以將gasdermin D(GSDMD)切割成N端和C端，進(jìn)一步引起細(xì)胞焦亡[8-10]。NLRP1是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的能形成炎性小體的PRRs，但相對(duì)于同家族的NLRP3，對(duì)于其調(diào)控機(jī)制以及生物學(xué)活性方面的研究一直較少[11]。本文將聚焦NLRP1的激活機(jī)制以及其感知病毒感染的研究進(jìn)行綜述。

1 NOD樣受體的結(jié)構(gòu)與功能

NLRs作為細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的PRRs，廣泛存在于脊椎動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物體內(nèi)，是一類廣泛、復(fù)雜的信號(hào)調(diào)節(jié)因子[12-13]。它能夠直接識(shí)別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)或者損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，與之結(jié)合并通過調(diào)控一系列信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)參與機(jī)體的天然免疫過程，對(duì)激活宿主的防御反應(yīng)十分重要[14]。迄今為止，在人類中已發(fā)現(xiàn)23種NLRs蛋白，而在小鼠體內(nèi)至少有34種NLR旁系同源物[15]。NLRs家族蛋白的結(jié)構(gòu)高度保守，包括一個(gè)中心核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域(central nucleotide-binding oligomerization domain，NACHT)和一個(gè)決定底物特異性的C-末端富含亮氨酸的重復(fù)序列(leucine-rich repeat，LRR)[16]。NACHT結(jié)構(gòu)域擁有著dNTP酶的活性，并介導(dǎo)著ATP依賴的自身寡聚化[15]。LRR結(jié)構(gòu)域主要起到識(shí)別并結(jié)合PAMPs和DAMPs的作用，但大多數(shù)的NLR蛋白尚未通過試驗(yàn)證明這一點(diǎn)[17]。此外，從NLRC4的晶體結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)LRR結(jié)構(gòu)域能夠使NLR蛋白維持在一種自抑制的狀態(tài)[18]。除了NACHT和LRR兩個(gè)結(jié)構(gòu)域外，NLRs還擁有著不同的N末端效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，包括酸性反式激活結(jié)構(gòu)域(acidic transactivation domain, AD)、桿狀病毒抑制劑重復(fù)結(jié)構(gòu)域(baculovirus inhibitor of apoptosis protein repeat domain, BIR)、CARD結(jié)構(gòu)域和pyrin結(jié)構(gòu)域(pyrin domain, PYD)，它們主要與各種適配器分子和下游信號(hào)結(jié)合，介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

基于不同的N末端效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，NLRs被分為5個(gè)亞家族：NLRA、NLRB、NLRC、NLRP和NLRX[19]。NLRA亞家族的N端為AD結(jié)構(gòu)域，目前僅包含一個(gè)成員，即Ⅱ類主要組織相容性復(fù)合物反式激活因子(class Ⅱ major histocompatibility complex transactivator, CⅡTA)。CⅡTA是NLRs中唯一一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，主要誘導(dǎo)Ⅰ類和Ⅱ類主要組織相容性復(fù)合體的表達(dá)，其激活受到一系列翻譯后修飾的動(dòng)態(tài)調(diào)控，如乙酰化、磷酸化和泛素化等[15,20-21]。NLRB亞家族的N端為BIR結(jié)構(gòu)域，目前在人類體內(nèi)的成員也僅有一個(gè)，即神經(jīng)元細(xì)胞凋亡抑制蛋白(neuronal apoptosis inhibitory protein，NAIP)。NAIP可以通過激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路來抑制CASP3、CASP7和CASP9的活性，從而起到阻止細(xì)胞凋亡的作用[22-25]。NLRC亞家族的N端為CARD結(jié)構(gòu)域，包括5位成員，分別是NOD1、NOD2、NLRC3、NLRC4和NLRC5。其中NOD1和NOD2是NLRC亞家族的主要代表成員，分別具有一個(gè)(NOD1)或兩個(gè)(NOD2)N端CARD結(jié)構(gòu)域，能夠識(shí)別細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌肽聚糖基序[26]。它們能與早期核內(nèi)體結(jié)合并寡聚化，從而導(dǎo)致下游的NF-κB和MAPK信號(hào)通路的激活[27]。NLRP是NLRs中最大的亞家族，其N端為PYD結(jié)構(gòu)域，能夠招募ASC作為炎性小體激活的支架蛋白[15]。該亞家族目前包含14種蛋白，其中部分NLRP成員能夠感知來自細(xì)菌、病毒和真菌的PAMPs，形成炎性小體并進(jìn)一步激活caspase-1引起炎癥或細(xì)胞焦亡[27-28]。NLRX亞家族在NLRs中較為特殊，與其他NLR蛋白相比，其N端包含一個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域。NLRX1是NLRX家族的唯一成員，其N端為一個(gè)線粒體靶向序列，允許其靶向線粒體基質(zhì)，并參與線粒體活性氧(reactive oxygen species，ROS)的形成[29]。此外，NLRX1參與對(duì)炎癥反應(yīng)和Ⅰ型干擾素信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，在抗病毒免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。如在丙肝病毒感染中負(fù)調(diào)節(jié)線粒體抗病毒信號(hào)蛋白(mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS)并且通過抑制TRAF6蛋白與NF-κB激酶抑制劑(inhibitor of NF-κB kinase，IKK)的結(jié)合來減弱NF-κB信號(hào)通路[30]。

2 NLRP1的結(jié)構(gòu)

NLRP1是NLRP亞家族的一員，與其他NLRP蛋白相比，NLRP1擁有一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域。以人類NLRP1(hNLRP1)為例，hNLRP1位于LRR之后的C端包含了一個(gè)被稱為Function-to-Find domain(FIIND)的結(jié)構(gòu)域和一個(gè)CARD結(jié)構(gòu)域[31](圖1)。這些結(jié)構(gòu)域使hNLRP1成為相對(duì)分子質(zhì)量最大的NLR家族成員，包含1 473個(gè)氨基酸，相對(duì)分子質(zhì)量為165.9 ku[32]。

雖然hNLRP1同時(shí)擁有一個(gè)CARD和一個(gè)PYD，但已有報(bào)道稱NLRP1的PYD是自我抑制的，并且研究表明hNLRP1的激活只與C端CARD有關(guān)，在ASC不存在的情況下hNLRP1不能誘導(dǎo)pro-caspase-1的活化[33-35]。擁有FIIND結(jié)構(gòu)域是NLRP1的另一個(gè)特征。FIIND由ZU5和UPA兩個(gè)亞結(jié)構(gòu)域組成，并且在翻譯后會(huì)進(jìn)行“自裂解”，從而形成兩個(gè)非共價(jià)相連的多肽鏈[35-36]。hNLRP1的FIIND結(jié)構(gòu)域在F1212和S1213之間進(jìn)行“自裂解”，并且位于1 186位的組氨酸是該自裂解過程所必須的保守氨基酸，這表明FIIND結(jié)構(gòu)域具有蛋白酶的功能[32,35,37]。FIIND結(jié)構(gòu)域在NLRP1與ASC的相互作用中發(fā)揮重要作用，并對(duì)NLRP1炎性小體的形成至關(guān)重要。與其他NLR家族成員類似，NLRP1的LRR結(jié)構(gòu)域具有抑制功能，阻止炎性小體的自激活，直到發(fā)生模式識(shí)別為止，而NACHT結(jié)構(gòu)域是促進(jìn)寡聚化的核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域[38]。

編碼NLRP1的基因存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物中，但NLRP1蛋白結(jié)構(gòu)在不同物種中具有多樣性。小鼠和人類的NLRP1基因和蛋白之間存在顯著的結(jié)構(gòu)差異。在人體內(nèi)，NLRP1基因位于17號(hào)染色體且僅有一個(gè)，盡管目前已發(fā)現(xiàn)多個(gè)剪切變異體；而在小鼠體內(nèi)NLRP1位于11號(hào)染色體上且具有高度多態(tài)性，其中以同源基因NLRP1a、NLRP1b和NLRP1c為研究對(duì)象的報(bào)道最為常見[39]。不同于hNLRP1，這些小鼠同源基因所編碼的NLRP1蛋白缺乏N端的PYD結(jié)構(gòu)域，取而代之的是一個(gè)NR100結(jié)構(gòu)域(圖1)。有研究報(bào)道，炭疽桿菌分泌的關(guān)鍵毒力因子炭疽致死因子(anthrax lethal factor， LF)能在該結(jié)構(gòu)域切割NLRP1b，并引起NLRP1b炎性小體的激活[40]。即使hNLRP1蛋白在不同物種間具有多樣性，但由于目前仍缺乏一種能夠完全復(fù)現(xiàn)hNLRP1蛋白的動(dòng)物模型，因此對(duì)其他動(dòng)物NLRP1蛋白的研究對(duì)奠定NLRP1的生物學(xué)基礎(chǔ)仍至關(guān)重要。

圖1 NLRP1蛋白的結(jié)構(gòu)域(掃描文章首頁OSID碼可查看彩圖)

3 NLRP1的激活機(jī)制

3.1 通過蛋白酶體途徑降解并激活NLRP1

炭疽桿菌產(chǎn)生的重要致病因子炭疽致死毒素由兩部分組成：可作為炭疽疫苗的保護(hù)性抗原蛋白和鋅依賴的金屬蛋白酶致死因子LF。早在20世紀(jì)90年代，LF就被發(fā)現(xiàn)可以引起小鼠巨噬細(xì)胞的死亡，并且N端規(guī)則蛋白酶體途徑的抑制劑可以阻斷由LF誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞死亡[41-42]。2006年，Boyden等[43]成功定位NLRP1基因區(qū)域?yàn)長(zhǎng)F誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞死亡的原因，并且在NLRP1b的5個(gè)高度多態(tài)性的等位基因中，只有NLRP1b1和NLRP1b5對(duì)LF刺激有反應(yīng)。LF可以直接切割mNLRP1特有的NR100結(jié)構(gòu)域的N端區(qū)域，在K44和L45殘基之間發(fā)生裂解，該位點(diǎn)突變會(huì)導(dǎo)致LF無法激活NLRP1[44]。隨后Chavarría-Smith等[34]將煙草蝕紋病毒(tobacco etch virus，TEV)蛋白酶位點(diǎn)引入對(duì)LF不敏感的mNLRP1A和hNLRP1中，發(fā)現(xiàn)TEV蛋白酶成功誘導(dǎo)了它們的裂解和激活。因此即便LF目前僅對(duì)mNLRP1b起到激活作用，但N端規(guī)則仍可以看做是引起NLRP1激活的普遍機(jī)制。然而N端規(guī)則蛋白酶體降解引起NLRP1激活的具體分子機(jī)制仍然有待發(fā)掘。2019年，Chui等[45]通過CRISPR-Cas9技術(shù)篩選LF誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡所需的宿主基因，并發(fā)現(xiàn)了與mNLRP1b N端規(guī)則降解所關(guān)聯(lián)的特定因子——E3連接酶UBR2。同年，Sandstrom所在的小組[46]提出了一個(gè)被稱為“功能降解”的模型來解釋這種蛋白酶體依賴的炎性小體激活機(jī)制，即LF在mNLRP1bN端K44和L45殘基之間切割，暴露了一個(gè)不穩(wěn)定的新N端，而該N端被泛素連接酶UBR2識(shí)別和泛素化，隨后mNLRP1b的N端片段被蛋白酶體降解，但由于FIIND結(jié)構(gòu)域存在“自裂解”阻止了mNLRP1b的C端片段與NLRP1 N端片段的同時(shí)降解，因此具有生物活性的C端UPA-CARD片段被釋放后進(jìn)一步引起了炎性小體的激活。

在病原體與宿主的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中，病原體可能已經(jīng)進(jìn)化出多種機(jī)制以破壞哺乳動(dòng)物的NLR蛋白(包括但不限于LF)，從而逃避天然免疫系統(tǒng)的檢測(cè)[47]。而這種被稱為“功能降解”的激活機(jī)制表明NLRP1 N末端的破壞會(huì)導(dǎo)致炎性小體的激活和免疫反應(yīng)的誘導(dǎo)，因此NLRP1極有可能作為其他哺乳動(dòng)物NLRP蛋白的“誘餌蛋白”來保護(hù)機(jī)體[46, 48]。而除了LF，由志賀氏痢疾桿菌編碼的效應(yīng)蛋白IpaH7.8也可以激活mNLRP1b，并且符合“功能降解”模型[46]。但與LF不同的是，IpaH7.8由于本身就是E3泛素連接酶，可以直接泛素化mNLRP1b，所以不依賴于UBR2和N端規(guī)則途徑。綜上所述，是否存在其他病原體效應(yīng)因子通過“功能降解”模型激活NLRP1(尤其是hNLRP1)仍有待進(jìn)一步探索和發(fā)掘。

3.2 通過抑制DPP9激活NLRP1

DPP9是二肽基肽酶(DPPs)家族的成員[16, 49]。二肽基肽酶是一類重要的胞內(nèi)蛋白酶，能夠從多肽的N末端切割X-脯氨酸二肽。2017年，Okondo等[50]發(fā)現(xiàn)抑制DPP8/9可以誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞的焦亡，而作為DPP9抑制劑的Val-boroPro(VbP，也被命名為Talabostat或PT-100)和1G244均能夠激活NLRP1炎性小體[51-52]。在當(dāng)時(shí)，通過抑制DPP9激活NLRP1炎性小體的分子機(jī)制是令人相當(dāng)困惑的，因?yàn)镈PP9沒有通過發(fā)揮其二肽基肽酶的功能直接切割NLRP1來抑制NLRP1炎性小體的組裝，且VbP等抑制劑也沒有通過“功能降解”模型激活NLRP1[45, 51, 53]。Zhong等[52]通過免疫沉淀試驗(yàn)和質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)hNLRP1與DPP9存在相互作用，并且兩者互作的區(qū)域位于FIIND結(jié)構(gòu)域，而同樣擁有該結(jié)構(gòu)域的其他哺乳動(dòng)物的NLRP1蛋白也被報(bào)道能與DPP9發(fā)生相互作用[54]。隨后的研究則表明，DPP9的結(jié)合及其催化活性是抑制NLRP1炎性小體激活所必需的[52]。因此VbP等小分子抑制劑減緩了DPP9對(duì)NLRP1的抑制作用，并導(dǎo)致下游炎性小體的激活。

2021年兩項(xiàng)背靠背的研究從結(jié)構(gòu)角度研究了NLRP1與DPP9的相互作用，并進(jìn)一步解釋了抑制DPP9激活NLRP1炎性小體的分子機(jī)制。Huang等[55]和Hollingsworth等[56]分別報(bào)道了hNLRP1-DPP9和mNLRP1-DPP9的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。雖然來自不同的哺乳動(dòng)物，但兩者都形成了一種三元復(fù)合物：一個(gè)具有全長(zhǎng)完整結(jié)構(gòu)的NLRP1A，一個(gè)僅有UPA-CARD結(jié)構(gòu)的NLRP1B和DPP9。NLRP1A的UPA亞結(jié)構(gòu)域的第一個(gè)β鏈插入到ZU5折疊中，這使N端和C端片段結(jié)合并處于自抑制狀態(tài)。而NLRP1B的UPA-CARD片段通過其N端結(jié)合到DPP9的底物結(jié)合位點(diǎn)中，因此被DPP9隔離并保持在抑制狀態(tài)。并且兩組研究都表明DPP9除了結(jié)合NLRP1A和NLRP1B外，還需要其催化活性來抑制炎性小體的激活。而小分子抑制劑VbP可以直接在DPP9底物結(jié)合位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和取代NLRP1B，導(dǎo)致具有生物活性的C端UPA-CARD片段被釋放，從而進(jìn)一步引起了炎性小體的激活。

3.3 弓形蟲和部分代謝抑制劑激活NLRP1

弓形蟲(Toxoplasmagondii)是一種專性的胞內(nèi)寄生蟲，可感染各種溫血?jiǎng)游?。弓形蟲依賴的NLRP1激活在人和嚙齒動(dòng)物中均有報(bào)道，并且在大鼠中的研究最為深入[57-59]。Cirelli等[57]發(fā)現(xiàn)能抵抗弓形蟲感染的大鼠具有對(duì)弓形蟲敏感的巨噬細(xì)胞，這種巨噬細(xì)胞在弓形蟲感染后被快速誘導(dǎo)焦亡。而后續(xù)的NLRP1敲低試驗(yàn)也證明弓形蟲誘導(dǎo)的焦亡確實(shí)依賴于NLRP1。

弓形蟲耐藥大鼠具有對(duì)弓形蟲敏感的巨噬細(xì)胞，這表明巨噬細(xì)胞焦亡對(duì)感染具有保護(hù)作用。弓形蟲感染引起炎性小體的激活并不是NLRP1特異的，其也被報(bào)道同時(shí)激活NLRP3炎性小體[60]。有關(guān)弓形蟲誘導(dǎo)NLRP3激活的分子機(jī)制尚未被廣泛研究，有研究報(bào)道稱這可能與弓形蟲分泌的ROP7蛋白有關(guān)[61]。

在Duncan等[62]的報(bào)道中，NLRs家族蛋白的NACHT結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合ATP，這也表明細(xì)胞代謝水平很可能與炎性小體的激活存在一定聯(lián)系。Liao等[63]發(fā)現(xiàn)糖酵解抑制劑2DG(2-deoxyglucose)和電子傳遞鏈抑制劑疊氮化鈉的共同處理可以在HT1080細(xì)胞中特異性激活NLRP1b而不是NLRP3或NLRP6。但是與弓形蟲感染引起的NLRP1激活一致，2DG加疊氮化鈉的處理組合并沒有引起NLRP1直接的N端裂解，這表明它們很可能不是通過“功能降解”模型途徑來激活NLRP1的，具體的分子機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

4 病毒感染引起的NLRP1激活機(jī)制

作為細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的模式識(shí)別受體，NLRP1和其他PRR家族成員一樣起到識(shí)別入侵病原的作用。在檢測(cè)到病原的入侵后，NLRP1會(huì)誘導(dǎo)炎性小體復(fù)合物的形成。這些炎性小體復(fù)合物可以進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡，阻滯病原體的復(fù)制周期，從而保護(hù)宿主。在與外界病原的長(zhǎng)期對(duì)抗中，NLRP1已進(jìn)化出了許多感知和檢測(cè)病原的手段，其中N端具備的不同蛋白酶切割位點(diǎn)可能就是其中之一。如上文提到，LF因?yàn)榭梢蕴禺愋宰R(shí)別和切割mNLRP1b的K44-L45位點(diǎn)而成為首個(gè)被報(bào)道的可以引起NLRP1激活的病原相關(guān)因子。無獨(dú)有偶，2020年，Robinson等[64]發(fā)現(xiàn)人鼻病毒(human rhinovirus，HRV)的3C蛋白酶可以特異性切割hNLRP1 N端的Q130-G131。通過試驗(yàn)不同的病毒以及生物信息學(xué)的預(yù)測(cè)，Tsu等[65]進(jìn)一步確定了NLRP1的Q130-G131是多種小RNA病毒科成員的3C蛋白酶的共同切割位點(diǎn)，如柯薩奇病毒B3型(coxsachievirus B3，CVB3)、人鼻病毒、腸道病毒D68(enterovirus D-68，EV-D68)、脊髓灰質(zhì)炎病毒1型(poliovirus 1)和羅沙病毒A2型(Rosavirus A2)。NLRP1的3C切割位點(diǎn)正在迅速進(jìn)化，在不同靈長(zhǎng)類動(dòng)物甚至是人類群體內(nèi)出現(xiàn)了不同程度的變異[66]。而在近期，冠狀病毒擁有的3C樣蛋白酶(3C-like protease)也被發(fā)現(xiàn)能通過切割NLRP1的N端而激活NLRP1，并且該現(xiàn)象在SARS-CoV-2中也得到證實(shí)[67]。與3C蛋白酶不同的是，3C樣蛋白酶切割的是Q333位點(diǎn)而非Q130位點(diǎn)。上述幾種病毒激活NLRP1的模式非常符合“功能降解”模型，NLRP1被切割而形成的新N端通過蛋白酶體途徑被逐步降解，具有生物活性的C端UPA-CARD片段被釋放逐步形成炎性小體復(fù)合物，進(jìn)而引起細(xì)胞焦亡以保護(hù)宿主受到病毒進(jìn)一步感染。值得注意的是，與NLRP1的C端結(jié)構(gòu)域組成非常相似的人類CARD8炎性小體也被報(bào)道可通過病毒蛋白酶的切割而被激活[68-69]。

近期，Yang等[70]報(bào)道了一種新的獨(dú)立于經(jīng)典蛋白酶體切割途徑的NLRP1激活機(jī)制。該研究表明，雙鏈DNA病毒卡波濟(jì)氏肉瘤病毒(Kaposi’s sarcoma herpesvirus，KSHV)的ORF45蛋白可以以非蛋白酶依賴的方式激活hNLRP1，而位于PYD結(jié)構(gòu)域和NACHT結(jié)構(gòu)域之間的Linker1部分是hNLRP1的自抑制和非蛋白酶依賴性激活所必需的。Linker1和UPA亞結(jié)構(gòu)域之間的相互作用抑制了含有DPP9或非DPP9的自抑制復(fù)合物中hNLRP1的激活。而ORF45與Linker1的結(jié)合取代了UPA，使之從Linker1-UPA復(fù)合物中去除，并誘導(dǎo)hNLRP1的C端結(jié)構(gòu)域的釋放，最后用于炎性小體組裝。ORF45依賴的NLRP1炎性小體的激活在靈長(zhǎng)類動(dòng)物中是保守的，但在mNLRP1b炎性小體中卻沒有觀察到這種現(xiàn)象。

除了感知病毒蛋白酶的切割，NLRP1還被發(fā)現(xiàn)可以通過感知病毒雙鏈RNA(dsRNA)，進(jìn)一步被激活從而組裝成炎性小體[71]。西門立克森林病毒(Semliki forest virus，SFV)在入侵細(xì)胞后生成的dsRNA能夠與hNLRP1的LRR結(jié)構(gòu)域直接相互作用，并導(dǎo)致其NACHT結(jié)構(gòu)域獲得ATP酶活性，但在mNLRP1b中未觀察到此現(xiàn)象。與弓形蟲感染以及2DG和疊氮化鈉等代謝抑制劑一致，dsRNA引起的NLRP1激活并沒有蛋白N端切割降解的過程，但都引起了細(xì)胞內(nèi)代謝水平的失衡，因此要明確dsRNA激活NLRP1的具體機(jī)制有待進(jìn)一步的研究。

5 小結(jié)與展望

雖然NLRP1是最早發(fā)現(xiàn)能組裝成炎性小體的蛋白[11]，但相對(duì)于其他NLRs家族蛋白，對(duì)其生物學(xué)特性還了解甚少。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種NLRP1激活因子，包括LF、IpaH7.8、弓形蟲感染、代謝抑制劑、VbP以及多種病毒的蛋白等。綜合這些因子的激活機(jī)制，可以將它們大致分為三類：第一類可以稱為“直接激活因子”，其本身直接或間接參與修飾和降解NLRP1的N端片段，比如LF、IpaH7.8、小RNA病毒科成員的3C蛋白、冠狀病毒的3C蛋白酶等；第二類則是“間接激活因子”，它們通過干擾細(xì)胞內(nèi)的代謝水平從而引起NLRP1激活，比如弓形蟲感染、部分代謝抑制劑和SFV的dsRNA等；第三類激活因子不同于上述兩類，可稱為“DPP9抑制相關(guān)的激活因子”，如VbP、1G244等DPP9抑制劑。通過對(duì)NLRP1-DPP9三元復(fù)合物的解析，有學(xué)者提出了抑制DPP9導(dǎo)致NLRP1-DPP9三元復(fù)合物的不穩(wěn)定進(jìn)而激活NLRP1的激活模式[55-56]。這種模式的提出為后續(xù)對(duì)NLRP1激活的研究提供了新的方向。無論是“直接激活因子”或“間接激活因子”，都有可能在整個(gè)過程中破壞或占據(jù)了NLRP1和DPP9的結(jié)合面，這都會(huì)促進(jìn)NLRP1的激活(圖2)。

圖2 NLRP1炎性小體的激活模式(掃描文章首頁OSID碼可查看彩圖)

炎癥反應(yīng)失調(diào)在大多數(shù)人類疾病中都有所體現(xiàn)，而NLRP1在參與形成炎性小體后會(huì)促進(jìn)炎癥反應(yīng)，自然與這些疾病的發(fā)生密不可分[72-74]。目前已發(fā)現(xiàn)NLRP1與人類皮膚病和神經(jīng)性疾病均有所聯(lián)系[75-76]，雖然專門針對(duì)NLRP1炎性小體激活的治療方法尚未得到廣泛開發(fā)，但NLRP3抑制劑目前正在被設(shè)計(jì)用于同樣與NLRP1過度激活有關(guān)的疾病，如動(dòng)脈粥樣硬化、阿爾茨海默病和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[77-78]。而隨著對(duì)NLRP1調(diào)控機(jī)制的研究，加深了人們對(duì)這一重要的模式識(shí)別受體的了解，也有助于理解潛在的疾病治療以及相關(guān)的藥物開發(fā)。

回顧NLRP1調(diào)控機(jī)制方面的研究，不難發(fā)現(xiàn)NLRP1可以通過感知各種類型的胞內(nèi)信號(hào)，從而激活炎癥反應(yīng)以保護(hù)宿主。與那些通過相同配體結(jié)合域和相同分子激活模式而適配于不同配體的受體相比，NLRP1感知不同信號(hào)的機(jī)制更為復(fù)雜。正是因?yàn)槿绱?，NLRP1激活通路中還存在許多未解之謎，在這個(gè)領(lǐng)域中仍有大量的問題值得研究。比如，在弓形蟲感染和部分代謝抑制劑作用激活NLRP1通路時(shí)并未引起NLRP1本身的降解，雖已有研究報(bào)道其與細(xì)胞內(nèi)代謝水平的紊亂有關(guān)[62]，但具體機(jī)制仍不得而知，這很可能是一個(gè)目前仍未知的炎性小體激活通路。此外，有報(bào)道稱NLRP6可作為ISG并在抵抗腸道病毒入侵的過程中發(fā)揮重要作用，這提示作為同為NLRs家族一員的NLRP1也可能存在類似的抗病毒作用[79]。進(jìn)一步探索這些可能性并最終定義NLRP1炎性小體在宿主防御中發(fā)揮的作用將是非常有意義的。