Sci. Immunol. | CDC42新致病变异揭示Pyrin炎症小体激活新机制，为自身炎症疾病诊疗提供新思路

炎症小体（inflammasome）是真核细胞天然免疫的重要组成部分，能够感知病原体感染及细胞内稳态失衡，并激活Caspase-1，促进IL-1β和IL-18等炎症因子释放以及细胞焦亡（pyroptosis）。其中，Pyrin炎症小体主要负责监测细胞骨架稳态，当细菌毒素导致Rho家族小GTP酶失活时，Pyrin被激活，从而启动抗感染免疫反应。然而，如果Pyrin调控失衡，则会引发一系列遗传性自身炎症疾病（autoinflammatory diseases）。

近年来，越来越多研究发现，调控细胞骨架的蛋白不仅参与细胞迁移和形态维持，同时也是Pyrin炎症小体的重要调节因子。例如，WDR1缺陷、PSTPIP1突变以及CDC42 C端突变均可导致Pyrin异常激活。然而，CDC42究竟如何直接调控Pyrin，一直缺乏明确的分子机制。

近日，Hudson Institute of Medical Research、美国国立卫生研究院（NIH）、韩国基础科学研究院（IBS）等研究团队合作，在Science Immunology发表题为An autoinflammatory CDC42 variant M45L demonstrates the mechanism of pyrin inflammasome activation的研究论文。研究团队发现一种新的CDC42 M45L致病变异可导致一种此前尚未被认识的自身炎症综合征，并揭示CDC42能够通过与Pyrin B30.2结构域直接结合促进炎症小体组装。M45L突变显著增强了这一相互作用，使Pyrin处于”预激活（primed）“状态，从而导致炎症反应过度激活。该研究不仅阐明了CDC42调控Pyrin炎症小体的关键机制，也为相关遗传性自身炎症疾病的诊断和精准治疗提供了新的理论依据。

发现新的CDC42相关自身炎症疾病

研究团队首先分析了一个跨越三代的家系。家族中5名患者均携带杂合CDC42 M45L变异，并反复出现发热、腹痛、关节炎、紫红色皮疹、脾肿大及缺铁性贫血等自身炎症症状。全外显子测序显示，该变异是家系中唯一与疾病共分离的候选致病突变。

值得注意的是，与此前报道主要导致发育异常或NOCARH综合征的CDC42突变不同，M45L患者主要表现为持续性的自身炎症，而无明显神经发育异常。患者血清IL-18水平持续显著升高，提示疾病可能由Pyrin炎症小体异常激活驱动。进一步给予IL-1受体拮抗剂Anakinra治疗后，患者症状迅速缓解，再次证明炎症小体信号是疾病发生的重要驱动力。

CDC42 M45L选择性增强Pyrin炎症小体活化

为了验证M45L是否直接影响炎症小体活性，作者利用患者来源PBMC、单核细胞来源巨噬细胞以及多种工程化细胞模型进行了功能研究。

结果发现，在细菌毒素TcdB刺激下，患者细胞释放IL-1β和IL-18明显高于健康对照，而NLRP3炎症小体活化并未受到影响，说明CDC42 M45L主要增强Pyrin炎症小体信号。

进一步ASC speck实验显示，无论是在HEK293T还是THP-1细胞中，CDC42 M45L均能显著促进ASC speck形成及Pyrin炎症小体活化。相比之下，CDC42活性型（Q61L）和失活型（T17N）均不能达到M45L相同的促炎效果，提示M45L的作用机制并非简单来源于CDC42 GTP酶活性的改变，而是一种新的调控模式。

M45L增强CDC42与Pyrin B30.2结构域结合

那么，CDC42 M45L究竟如何增强Pyrin活化？

研究人员通过免疫共沉淀发现，CDC42能够与Pyrin相互作用，而M45L突变显著增强两者结合。进一步利用不同Pyrin截短体分析发现，CDC42主要结合Pyrin的PYD和B30.2两个结构域，但M45L所带来的结合增强几乎完全依赖于B30.2结构域。

AlphaFold结构预测进一步揭示，CDC42第45位甲硫氨酸（Met45）正好嵌入Pyrin B30.2结构域形成的疏水口袋中。M45L突变进一步增强了这一疏水相互作用；而将Met45替换为带负电荷的谷氨酸（M45E）后，则完全破坏了CDC42与Pyrin的共定位及相互作用。

这些结果共同证明，CDC42通过B30.2结构域直接募集Pyrin，而M45L则显著增强这一结合过程。

CDC42作为Pyrin炎症小体组装的”成核因子”

研究进一步提出了一种新的Pyrin炎症小体激活模型。

正常情况下，CDC42与Pyrin仅存在较弱且短暂的结合；当细胞受到TcdB等细菌毒素刺激后，CDC42与Pyrin结合增强，从而促进Pyrin聚集。当聚集达到一定阈值后，ASC被招募形成炎症小体，而CDC42则从复合物中解离。

相比之下，CDC42 M45L在静息状态下便与Pyrin形成更稳定、更强的结合，使Pyrin始终保持”预激活”状态。当再次受到外界刺激时，炎症小体能够更加迅速、高效地组装，从而导致过度炎症反应。

基于这一发现，作者提出CDC42可能充当Pyrin炎症小体组装过程中的”成核因子（nucleating factor）”，负责促进Pyrin分子聚集，而不是炎症小体成熟后的组成部分。这一机制也解释了为何多种影响细胞骨架的遗传疾病最终均表现为Pyrin依赖性的自身炎症。

研究意义

总体而言，本研究首次报道了CDC42 M45L导致的一种新的遗传性自身炎症疾病，并系统阐明了CDC42调控Pyrin炎症小体的分子机制。研究提出，CDC42通过B30.2结构域募集Pyrin作为炎症小体组装的”成核因子”，而M45L突变则增强这一结合，使Pyrin处于易激活状态，从而驱动异常炎症反应。

这一发现不仅丰富了Pyrin炎症小体激活机制的理论框架，也进一步建立了细胞骨架稳态与天然免疫之间的重要联系。同时，研究显示IL-1阻断治疗能够有效缓解M45L患者症状，为CDC42相关自身炎症疾病的精准诊断和治疗提供了新的依据。未来，解析CDC42与其他细胞骨架调控蛋白（如WDR1、PSTPIP1和RhoA）之间的协同作用，以及获得更高分辨率的结构信息，将有助于进一步理解Pyrin炎症小体的调控网络，并推动新型抗炎治疗策略的发展。

澳大利亚莫那什大学及哈德逊医学研究所的Seth L. Masters教授、美国NIH以及韩国翰林大学的Wonyong Lee副教授为论文共同通讯作者。第一作者冯寿雅博士现为哈德逊医学研究所博士后研究员，长期从事炎症小体及自身炎症疾病的研究。Thomas Reygaerts、Samar Ojaimi和William D. Renton对本研究作出了重要贡献。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciimmunol.adz8733

制版人： 十一

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