炎性小體(Inflammasome)是由傳感器、适配器和酶原Proaspase-1組成的多聚蛋白複合物。
炎性小體的組裝是對病原體相關分子模式(PAMP)和損傷相關分子模式(DAMP)的反應。
炎性小體通過引起Caspase-1自我剪切,活化,進而裂解Pro-IL-1β,Pro-IL-18,形成成熟IL-1β,IL-18.
活化的caspase-1也能裂解GasderminD,從而導緻一種特殊的細胞死亡,稱為細胞焦亡(pyroptosis)。
編碼炎性小體組分的基因突變與許多炎症性疾病有關,過去十年的研究強調了炎性小體的适當激活在穩态和疾病發病機制中的重要性。
炎性小體組裝
NLR蛋白家族的所有成員都含有一個中央核苷酸結合域(NBD),而且大多數成員都有一個可變的N-末端結構域和一個C-末端LRR結構域。根據N端pyrin結構域(PYD)或CARD的存在,該家族進一步分為NLRP或NLRC受體。人和小鼠的NLR基因分别編碼22個NLRs和34NLRs。其中,NLRP1、NLRP3和NLRC4是能夠誘導炎性小體形成的平台,可以激活caspase-1。NLRP12、NLRP6和NLRP9B也被認為參與炎性小體,但它們的作用是還沒有很好的确認。
炎性小體組裝需要同類型CARD-CARD或PYD-PYD相互作用,而PYD和CARD結構域都可以被誘導齊聚,這是炎性小體組裝的基礎。
當配體被檢測到時候,傳感器從抑制狀态釋放,并聚集,ASCs它們的PyDs之間的同型相互作用成核。接下來,ASCs通過它的Card結構域相互作用招募propasse-1,合成的多聚炎症體複合物含有傳感器、适配器和酶。NLRP 3、AIM 2和pyrin炎症小體的組裝嚴格依賴于适配器ASC。相反,NLRP1和NLRC4擁有一個CARD域,可以直接招募caspase-1。NLRP1和NLRC 4可以獨立于ASC誘導炎症小體組裝和細胞焦亡。然而,ASC的加入仍然促進了IL-1β和IL-18的有效處理。
由于炎性小體組裝需要同型CARD-CARD和PYD-PYD相互作用,某些PYD純蛋白(POPs)和純CARD蛋白(COPs)可以作為炎症體組裝的主導陰性調節因子。
炎性小體的傳感器
NLRP1
NLRP1是2002發現的第一個炎性小體傳感器蛋白。人NLRP1包含PYD, NBD 和LRR結構域,a ‘function-to find’ 結構域FIIND) 和 C-端 CARD.小鼠NLRP1則包含三個NLRP1旁系同源基因(a–c),,均缺少PYD。NLRP 1也能誘導ASC非依賴的炎性小體組裝。
NLRP3
NLRP3是NLRP3炎性小體的傳感器(适配器ASC(PYCARD)和效應分子
(caspase 1)),由N端PYD結構域,中心NBD結構域,C端LRR結構域組成。
NLRP 3的突變已在自身炎症性疾病中觀察到,如以皮疹和發熱為特征的冷凍相關的周期性綜合征(CAPS)。
NLRP 3最終被發現是一種NLR,它能形成炎症體并感覺到大量的感染性和内源性DAMPs(包括微生物細胞壁組分、核酸、造孔毒素、環境結晶劑(如二氧化矽)和内源性分子,包括ATP和尿酸晶體)。
當NLRP3炎性小體對大量DAMPs反應時,它很能感覺到由這些分子引起的共同的細胞窘迫信号(細胞體積的變化、溶酶體的斷裂、活性氧(ROS)的産生、K流出和Ca2 信号),而不是與所有這些信号觸發因子直接相互作用。
兩步完成NLRP3炎性小體組裝,初始化啟動,組裝。如下圖:
初始化啟動涉及激活MyD88,NF-κB或AP-1通路,從而上調NLRP3和其他炎症組分的表達,Caspase8也參與。在人單核細胞中,包括Toll樣受體4(TLR4)、适配器TRIF(TICAM-1)、RIPK1、Fas相關死亡結構域蛋白(FADD)和caspase-8的軸,被描述為與K 流出物和ASC無關的NLRP3炎性小體激活。
Caspase11(在人類兩個種内同源基因,Caspase4,Caspase5),是炎性的Caspase,結合Caspase1.caspase-11在革蘭氏陰性菌、大腸杆菌和檸檬酸杆菌杆菌感染小鼠後NLRP 3炎症小體活化和細胞焦亡過程中具有重要作用。
NLRP3炎性小體還可以被多種翻譯後修飾信号等調節。
NLRC4
NLRC4通過其CARD結構域,激活Caspase1.後來NLRC4被認為是沙門氏菌感染後炎性小體重要傳感器,NLRC4可以被細菌鞭毛蛋白和鞭毛相關分泌系統的成分激活。
NLRC4并不是這些配體的直接傳感器。相反,NLR家族凋亡抑制蛋白(NAIPS)是NLRC4配體的感受器,因此對NLRC 4炎症體的激活至關重要。
炎症體組裝是由單個活化的NAIPS分子啟動的,它為NLRC4自聚提供了一個平台。
毫不奇怪,NAIPS和NLRC4是宿主防禦鞭毛細菌的重要組成部分。
除了IL-1β和IL-18成熟,NLRC4介導的稀薄焦亡,引起感染上皮細胞脫落,有助于控制沙門氏菌感染期間,病原體負載。
除了細胞焦亡和IL-1β,IL-18成熟,NLRC4活化和成熟也影響細胞生物學的其它方面,例如釋放前列腺素和白三烯等。
AIM2
AIM2是ALR家族中高度保守的成員,它包含一個N端PYD和一個C端造血幹擾素誘導核蛋白(HIN 200)結構域。當PYD和HIN200結合時,形成PYHIN結構域。AIM2缺乏核定位結構域,并通過PYD與ASC進行交互。AIM2的HIN200的結構域,結合dsDNA(不依賴結合特定序列),但需要80bp長度。AIM2炎性小體的激活是由緻病源和宿主來源的胞質dsDNA誘導的。因為其不是結合特定序列,因而可能在炎症性疾病,結合宿主DNA。
AIM2作為腫瘤抑制因子,是通過調節AKT,而不是他的炎性小體的功能。
Pyrin
Pyrin最初被描述為與家族性地中海熱(FMF)相關的蛋白質,FMF是一種以發作性發熱和關節炎症為特征的自身炎症性疾病。2012年被認定為一種炎性因子感受器。在人類中,Pyrin由N端PYD、中央B盒和coiled-coil結構域以及C端b30.2/SPRY結構域組成。
最近的研究表明Pyrin炎症在細胞骨架蛋白質的修飾上組裝。毒素由多種細菌物種(如艱難梭菌)生産(TCDB),副溶血性弧菌(Vops),肉毒梭菌(C3),伯克霍爾德氏菌和百日咳杆菌(PT),在Rho的開關I區域内誘導共價修飾家庭成員。
這些修飾包括糖基化、腺苷酰化和ADP-核糖基化,并導緻吡喃類炎性小體的組裝。
Pyrin感知細胞骨架修飾引起的共同應力信号,而不是直接與誘導劑相互作用,這與NLRP3的作用方式類似。
與其他炎性小體類似,細胞機制可以在靜息條件下阻止Pyrin的激活。在穩态狀态下,pyrin在s 242上磷酸化,并與14-3-3-3蛋白結合,誘導炎性小體的組裝。
炎性小體與疾病
自身免疫性疾病系統性紅斑狼瘡(SLE)
炎性小體由兩個起始和活化信号組成。病原體相關分子圖譜(PAMPs)或内源性損傷相關分子圖譜(DAMPs),導緻TLRs和NFκB激活,介導NLRP3炎性小體形成。功能性NLRP3炎性小體由鉀外排、ROS産生、溶酶體破裂、線粒體應激等多種二次信号形成。AIM2感知dsDNA。最後,在NLRP3或AIM2炎性小體的平台上産生caspase1、IL-1β、IL-18,進而活化初始T細胞,分化為Th1和Th17,分泌細胞因子,誘發自身免疫性疾病。
神經退行性疾病
ASC斑點的原始效應。小膠質細胞釋放到細胞外間隙的ASC顆粒能夠被周圍的小膠質細胞攝取并激活。另一方面,ASC斑點可以與澱粉樣b斑結合,促進其聚集。這些現象維持了AD期間大腦中的炎症反應。
靶向炎性小體的藥物
IL-1β/IL-1R
NLRP3
炎性小體感知外界病原體(PAMPs)和損傷(DAMPs),進而傳遞信号給免疫系統,是炎症的啟動者,是天然免疫與獲得性免疫的橋梁。
參考文獻
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