人巨噬细胞NLRP3炎症小体形成机制

撰文 | 十一月

细胞的先天免疫系统利用模式识别受体（Pattern recognition receptors，PRRs）来识别异己。模式识别受体触发一系列广泛的免疫反应，消除微生物的威胁。炎症小体是其中一个特殊的类别，标志性特征是在一个大的超分子蛋白质复合体中激活半胱氨酸蛋白酶caspase-1，导致促炎因子IL-1β等的成熟从而诱导的细胞焦亡【1】。在炎症小体中，NLRP3在抗菌防御以及炎症性疾病中发挥着关键作用【2】。NLRP3是高度敏感但非特异性的模式识别受体，可以通过一系列不同的刺激对细胞内稳态的扰动做出反应。K+离子流出被认为是许多NLRP3炎症小体的共同特征，但是也有报道证实NLRP3的激活不依赖于K+离子的外流【3-4】。因此，关于对NLRP3启动是如何促进炎症小体激活的分子机制的了解还非常有限。

近日，德国路德维希马克西米兰大学Veit Hornung研究组发文题为IKKβ primes inflammasome formation by recruiting NLRP3 to the trans-Golgi network，发现了炎症小体启动过程中是由激活的激酶IKKβ诱导NLRP3向反式高尔基网络（trans-Golgi network，TGN）上富集的脂质PI4P募集的这一炎症小体激活的分子机制。

作者们先前的工作曾发现，有丝分裂纺锤体激酶NEK7在小鼠中对于NLRP3炎症小体的激活至关重要【5】。为了研究NEK7在人体系统中的作用，作者们使用了诱导多能干细胞衍生的巨噬细胞模型。在该模型中人类诱导多能干细胞在体外被分化为巨噬细胞，巨噬细胞能够完全激活炎症小体。脂多糖刺激启动后，可以使用不同的毒素激活的NLRP3炎症小体并释放IL-1β和IL-18。为了研究NEK7在诱导的巨噬细胞中NLRP3炎症小体激活中的作用，作者们通过CRISPR-Cas9基因组编辑生成了NEK7缺陷型巨噬细胞克隆。NEK7的敲除既不影响巨噬细胞的分化，也不会导致NLRP3表达水平的改变。但作者们惊讶的发现，NEK7缺陷型巨噬细胞NLRP3炎症小体的响应没有出现明显的变化。该结果说明人类巨噬细胞中存在独立于NEK7的NLRP3炎症小体的激活通路。

进一步地，作者们希望对人类独立于NEK7的NLRP3炎症小体的激活过程进行解析。首先作者们想确定人类细胞中NLRP3激活中的作用是否被其同源物NEK6的功能冗余所掩盖，为此作者们同时敲除了NEK6以及NEK7，与NEK7缺失型诱导巨噬细胞类似，NLRP3炎症小体的激活并不会受到影响。为了确定不依赖于NEK7的NLRP3炎症小体激活的因子，作者们将目光集中在了TAK以及IKK复合体，这是调控促炎信号转导的顶端激酶复合物。当使用小分子阻断TAK复合体的关键激酶活性后，NLRP3 炎症小体对毒素的响应和激活并没有受到影响。但是当删除IKKβ编码基因时，不依赖于NEK7的信号通路则会被阻塞。在小鼠巨噬细胞mmMacs中同时敲除NEK7以及IKKβ编码基因，NLRP3炎症小体的激活完全不能进行。

进一步地在人类诱导多能干细胞中进行检测，确定IKKβ对于NLRP3炎症小体激活的启动非常关键。另外，通过转录抑制，作者们发现NLRP3的激活需要IKKβ参与但并不依赖于转录。在证明了IKKβ的启动器作用后，作者们想知道NEK7是否对NLRP3的激活也起到一定的作用。作者们发现人NEK7会增强NLRP3的激活，IKKβ与NEK7协同驱动NLRP3的激活。在IKKβ尚未完全激活的早期时间点，NEK7可以加速NLRP3的启动；在以后的时间点，IKKβ与NEK7功能冗余。

最后作者们希望揭开IKKβ激活促进NEK7不依赖的NLRP3激活的分子机制。最近有研究表明NLPR3会与反式高尔基体表面PI4P相互作用，这对于炎症小体的形成非常关键【6】作者们发现IKKβ激活后会增加NLRP3对PI4P的招募促进NLRP3启动，并将NLRP3对PI4P的招募建立为炎症小体的启动方式。

图1 工作模型

总的来说，作者们的工作发现与小鼠巨噬细胞中依赖于NEK7的NLRP3炎症小体激活启动的不同，人诱导多能干细胞衍生的巨噬细胞中NLRP3炎症小体激活不依赖于NEK7，是通过激酶IKKβ将NLRP3招募到反式高尔基体网络，为炎症小体的激活提供启动信号（图1）。

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2022.10.021

制版人：十一

参考文献

1. Dinarello, C.A. (2018). Overview of the IL-1 family in innate inflammation and acquired immunity.Immunol. Rev.281, 8–27. https://doi.org/10.1111/imr.12621.

2. Broz, P., and Dixit, V.M. (2016). Inflammasomes: mechanism of assembly, regulation and signalling.Nat. Rev. Immunol.16, 407–420. https://doi.org/10.1038/nri.2016.58

3. Gaidt, M.M., Ebert, T.S., Chauhan, D., Schmidt, T., Schmid-Burgk, J.L., Rapino, F., Robertson, A.A.B., Cooper, M.A., Graf, T., and Hornung, V. (2016). Human monocytes engage an alternative inflammasome pathway.Immunity44, 833–846.

4. Groß, C.J., Mishra, R., Schneider, K.S., Me´ dard, G., Wettmarshausen, J., Dittlein, D.C., Shi, H., Gorka, O., Koenig, P.A., Fromm, S., et al. (2016). K(+) efflux-independent NLRP3 inflammasome activation by small molecules targeting mitochondria.Immunity45, 761–773. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2016.08.010.

5. Schmid-Burgk, J.L., Chauhan, D., Schmidt, T., Ebert, T.S., Reinhardt, J., Endl, E., and Hornung, V. (2015). A genome-wide CRISPR screen identifies NEK7 as an essential component of NLRP3 inflammasome activation.J. Biol. Chem.291, 103–109. https://doi.org/10.1074/jbc.C115.700492.

6. Chen, J., and Chen, Z.J. (2018). PtdIns4P on dispersed trans-Golgi network mediates NLRP3 inflammasome activation.Nature564, 71–76. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0761-3.

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