Nat Immunol | 蒋争凡团队发现统一的诱导细胞焦亡或凋亡组装平台

炎症应答及细胞死亡是天然免疫反应的关键效应机制，构成了机体感知外源性病原体与内源性危险或损伤信号的首道防线。炎症小体响应各种刺激并启动炎症应答，最后导致裂解性的细胞死亡（焦亡），在免疫防御中发挥重要作用。 NLRP3（Nod-like receptor family pyrin domain containing 3）是一个细胞内的模式识别受体，当其被 各种各样的内、外源性 危险信号激活后导致炎症小体形成、促炎 性 细胞因子释放及细胞焦亡发生（图1）。已有大量 研究发现 NLRP3炎症小体在免疫应答及 多种 炎症性疾病中的重要作用，然而有关NLRP3激活及调控仍 存在诸多问题有待解答 ，尤其是NLRP3如何解除自抑制而启动活化。 近期通过冷冻电镜分别解析的未活化和激活的 NLRP3结构【1-3】，显著深化了 人们 对NLRP3激活机制的结构与功能认知，同时也产生了新的问题。NLRP3蛋白从未活化状态转变到激活 状态 ，首先需要解除自抑制，包括破坏LRR结构域介导的分子间作用力及NACHT亚结构域 介导 的分子内作用力。目前对NLRP3如何解除自抑制仍不清楚，是否存在特定的变构调节因子 也 不明确。因此， 活化过程中 NLRP3 自抑制 构象 如何解除是领域内亟待解决的关键科学问题 。

图 1. NLRP3 的 双信号激活 和炎症小体的组装 【 4】 。 细胞中经典的 NLRP3炎症小体激活需要两个信号。启动信号（ 第一信号 ）激活转录因子NF-κB，上调包括NLRP3 、caspase-1 和IL-1β在内的炎症小体组分表达。激活信号（ 第二 信号）导致NLRP3 活化及 炎症小体组装。 尼日利亚菌素 是一种K + 离子载体，可导致细胞内K + 浓度降低。细胞外ATP激活质膜上的P2X7受体，随后触发K + 外流。各种颗粒物质在 被 吞噬后损害溶酶体并导致K + 外流。其 它 离子流事件，如Ca 2+ 动员、Na + 内流和Cl − 外流 都 能参与NLRP3 的激活。此外，某些细胞代谢物的异常累积、活性氧、线粒体功能障碍 和 线粒体 DNA 的胞质释放也可激活 NLRP3。 活化 的NLRP3发生寡聚化并招募ASC，后者激活caspase-1。活 化的 caspase-1将IL-1β、IL-18和GSDMD切割为活性形式。 当细胞质膜被 GSDMD孔 洞 透化后，细胞经历一种称为焦亡的裂解性死亡过程，导致促炎细胞因子和 其它 损伤相关分子的释放。

近日 ，北京大学生命科学学院蒋争凡课题组在Nature Immunology发表了题为AMBRA1 allosterically activates NLRP3 by releasing its autoinhibition的研究工作，为这个关键科学问题的解决提供了重要线索。他们发现AMBRA1（activating molecule in Beclin1-regulated autophagy protein 1）作为互作支架蛋白变构激活NLRP3的机制，解释了NLRP3如何从自抑制的闭合构象转变为激活的开放构象，并提示了保守而统一的诱导细胞死亡（凋亡、焦亡）组装平台。

首先，该研究利用质谱技术筛选到AMBRA1蛋白与NLRP3炎症小体复合物存在相互作用，并验证了AMBRA1是NLRP3炎症小体的组分。通过在人单核细胞系THP-1和小鼠骨髓来源巨噬细胞系中的功能学研究， 发现 AMBRA1缺失导致由尼日利亚菌素、ATP、二氧化硅颗粒和咪喹莫特等经典激动剂引发的NLRP3炎症小体的激活受损。在内毒素休克、结肠炎及脓毒症小鼠模型中，髓系细胞谱系特异性敲除 Ambra1 缓解NLRP3 活化导致 的炎症反应。其次，该研究对AMBRA1调控NLRP3炎症小体的具体机制进行了探究。内源性的免疫共沉淀实验 表明 NLRP3与AMBRA1之间存在着激活信号诱导的相互作用。通过构建不同的AMBRA1和NLRP3截短突变体，发现AMBRA1与NLRP3的结合依赖于AMBRA1的WD40 β-propeller区域以及NLRP3的NACHT（present inNAIP,CIITA,HET-E andTP1）和LRR（ leucine-rich repeat ）结构域。结构预测和突变分析表明AMBRA1主要通过WD40 β-propeller结构中的一段N端螺旋区与NLRP3的NACHT 结构域中的 HD2（helical domain 2）亚结构域及trLRR（transition LRR）发生互作 。 该互作 有助于解除 NLRP3分子内和分子间自抑制作用力 并 破坏NLRP3的闭合构象。利用ATP沉降实验和荧光共振能量转移技术， 验证了 NLRP3 与 AMBRA1的互作促进 前者 结合ATP及构象开放为活化状态。因此，该研究揭示了AMBRA1作为结构性互作支架蛋白变构激活NLRP3的分子机制。为 确定 AMBRA1调控NLRP3的作用 并 探索AMBRA1作为治疗靶点的可行性，该研究从合成文库中筛选了靶向AMBRA1的N端螺旋区的纳米抗体，验证 了 纳米抗体具备干扰AMBRA1-NLRP3相互作用及抑制NLRP3炎症小体活化的效果。这些结果不仅强调了AMBRA1的N端螺旋区对于介导NLRP3-AMBRA1互作的重要性， 同时揭示了通过靶向该互作界面而治疗多种 NLRP3异常活化 相关 疾病的应用潜力。

重要的是， 凋亡小体支架蛋白Apaf1（apoptotic protease activating factor 1） 既 有与NLRP3同源的 NACHT 结构域 ，又有 与AMBRA1相似的WD40 β-propeller结构， 类似于NLRP3-AMBRA1复合体。以往的研究表明Apaf1 具有效应蛋白与调控蛋白的双重功能 ，表现为在静息时 Apaf1通过 N-端的 WD40 β-propellers 与C-端 NACHT 结合形成自抑制的闭合构象；而细胞凋亡信号诱导线粒体释放的细胞色素c结合到Apaf1- WD40 β-propellers区域 ，打开其自抑制的闭合构象并与dATP或ATP结合（图2，下），这个过程与该研究发现的 AMBRA1-NLRP3 复合物促进NLRP3自抑制解除并结合、水解ATP非常相似（图2，上）。 因此，AMBRA1-NLRP3复合物及其协同作用可与Apaf1的结构组成和活化机制类比，提示了NLRP3炎症小体与Apaf1凋亡小体活化的进化保守性。

更重要的是，几乎所有的NOD样受体（NOD-like Receptors，NLRs），包括NODs, NLRPs及IPAF家族蛋白都具有类似的结构组成（特别是 NACHT结构域 ）及自抑制的未活化构象，因此NLRs都被称为Apaf1样家族蛋白。该研究的结果 暗示了 其它 NLRs 的活化也需要 依赖额外的 （未知） 包含β-propeller结构的伴侣蛋白进行调控 ，在活化过程中帮助解除它们的自抑制状态 。

综上所述，该研究发现了AMBRA1是NLRP3的支架伴侣蛋白，通过互作解除NLRP3的自抑制从而推动NLRP3的构象开放，解决了领域内关于如何解除NLRP3自抑制构象这个关键科学问题。不仅细胞中AMBRA1蛋白缺失 极大 减弱了NLRP3的激活，条件性敲除 Ambra1 小鼠也 显著 减轻了NLRP3介导的炎症反应，揭示了AMBRA1调控NLRP3活化的生理重要性。阻断AMBRA1-NLRP3相互作用的纳米抗体成功抑制了NLRP3炎症小体的活化， 表明 AMBRA1蛋白可作为潜在的药理靶点，并为开发针对NLRP3相关炎症性疾病的疗法提供了新的途径。 此外，该研究发现了含有 β-propeller区域的AMBRA1伴侣蛋白在调控NLRP3方面的重要作用， 提示 了NLR s家族蛋白（介导细胞焦亡） 与Apaf1 （介导细胞凋亡） 的 激活 机制的 保守性与统一 性（图2）。

图2. NLRP3 与Apaf 1 采取保守激活机制的示意图。 N LRP3 需要A MBRA1 的 β- propeller 结构 作为其变构调节元件，与之结合后解除N LRP3 的自抑制，促进N LRP3 结合A TP 及构象转变激活（上）；相似的是，Apaf 1 需要细胞色素C（Cyt c ）结合其W D40 β- propeller结构域后解除自抑制，促进Apaf 1 结合dA TP /ATP及构象转变激活（下）。

北京大学生科院 2 026 届博士潘明慧 为 论文 的第一作者，生科院/北大-清华生命科学联合中心的蒋争凡教授为通讯作者。 清华大学生命学院/ 北大-清华生命科学联合中心的 李丕龙教授和周杰博士对纳米抗体的筛选与验证作出了重要贡献。

https://doi.org/10.1038/s41590-026-02644-x

制版人： 十一

参考文献

1. Andreeva, L. et al. NLRP3 cages revealed by full-length mouse NLRP3 structure control pathway activation.Cell184 , 6299-6312 e6222, (2021).

2. Hochheiser, I. V. et al. Structure of the NLRP3 decamer bound to the cytokine release inhibitor CRID3.Nature604 , 184-189, (2022).

3. Xiao, L., Magupalli, V. G. & Wu, H. Cryo-EM structures of the active NLRP3 inflammasome disc.Nature613 , 595-600, (2023).

4. Pan, M., Yang, J. & Jiang, Z. Inflammasomes and their roles in autoimmune diseases.Rheumatol.Autoimmun. 4 , 197–217, (2024).

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