炎症小体信号通路的负调控-于馨.pdf

炎症小体信号通路的负调控*于馨张彩*(山东大学药学院免疫药理与免疫治疗研究所，济南 250012)摘要炎症小体(inflammasomes)活化后产生的 IL-1 和 IL-18 等促炎因子对天然免疫和适应性免疫具有重要作用炎症小体持续活化可引起促炎因子过度表达，导致慢性炎症和自身免疫疾病的发生正常生理状态下，机体存在多种炎症小体负调机制，以维持免疫反应平衡病理状态下，感染机体的病原微生物通过多种途径抑制炎症小体信号通路的活化及促炎因子的产生，以利于免疫逃逸本文综述了机体和病原微生物对炎症小体信号通路的负调控机理阐明炎症小体信号通路负调控机制将为感染性疾病及其他炎症小体相关炎症性疾病的治疗提供策略关键词炎症小体，负调控，信号转导，炎症学科分类号R392.1，Q71DOI:10.3724/SP.J.1206.2013.00306生物化学与生物物理进展Progress in Biochemistry and Biophysics2014,41(1):综述与专论ReviewsandMonographs*国家自然科学基金(81273220,31200651)，国家重点基础研究发展计划(973)(2013CB944901)和山东省优秀中青年科研奖励基金(BS2010YY033)资助项目.*通讯联系人.Tel:0531-88383782,E-mail:收稿日期：2013-07-02，接受日期：2013-09-27天然免疫应答在机体抵御病原微生物早期感染及顺利启动适应性免疫应答过程中具有非常重要的作用在微生物感染过程中，宿主细胞通过其自身模式识别受体(pattern-recognition receptors，PRR)识 别 病 原 相 关 分 子 模 式(pathogen associatedmolecular pattern，PAMP)及危险相关分子模式(danger associated molecular pattern，DAMP)，引发快速的免疫反应1常见的模式识别受体包括 Toll样受体(TLR)、C 型凝集素受体(CLR)、RIG-样受 体(RLR)、Nod 样 受 体(NLR)和 PYHIN(pyrindomain and HIN domain-containing)蛋白等，其中TLR 和 CLR 属膜结构蛋白，识别胞外及内体中的信号，而 RLR、NLR 和 PYHIN 分布于胞浆中，识别胞内信号分布于胞浆中的模式识别受体被活化后，一方面诱导 NF-B 及 IRF3 等转录因子的转录，促进炎症因子及干扰素的产生，另一方面招募其他蛋白质分子共同形成炎症复合体，即炎症小体(inflammasome)炎症小体基本包含三种蛋白，分别是感受器(如 NLR、RIG-、IFI16 等)、接头蛋白ASC(apoptosis-associated speck-like protein containinga CARD)和 效 应 分 子 半 胱 天 冬 蛋 白 酶 前 体pro-caspase-1炎症小体的主要作用是活化半胱天冬蛋白酶(caspase-1)，剪切 IL-1、IL-18 及 IL-33的前体，使其成熟并发挥促炎作用此外，炎症小体还介导一种 caspase-1 依赖的前炎症性细胞死亡，即 pyroptosis，导致病原微生物再次被释放及识别2炎症小体活化所介导的促炎症因子的产生及细胞死亡与机体抵御病原微生物感染、维持自身稳态密切相关炎症小体被活化后，机体及时对其进行负反馈调节，抑制过度活化造成的病理损伤，维持机体正常的生理功能然而，某些病原微生物感染机体后产生的相关蛋白具有抑制炎症小体形成及活化的功能，使机体不能产生足够的 IL-1 和 IL-18，导致病原微生物无法被及时清除，并可能形成慢性感染本文就机体和病原微生物负调炎症小体信号通路的研究进展作一综述1炎症小体的结构及活化机制已知模式识别受体中的 NLR、RLR 及 PYHIN生物化学与生物物理进展Prog.Biochem.Biophys.2014;41(1)蛋白在相应配体或信号的刺激下均能形成炎症小体并发挥作用NLR 家族成员 NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRC4(IPAF)、NLRP6 及 NLRP12 被证明能够形成炎症小体而活化 caspase-1NLR 包含三个区域，分别为 C 端亮氨酸重复序列(LRRs)、核苷酸结合寡聚化区域(也称 NACHT 区或 NOD区)以及 N 端效应结合域LRRs 是炎症小体信号感知区域，LRR 识别相关信号后可以诱导 NACHT区寡聚化，暴露 NLR N 端的 CARD 区，进而募集同 样 含 有CARD区 的pro-caspase-1，以CARD-CARD 的方式传递信号但并非所有 NLR的 N 端都有 CARD 区，有些被 PYD 区取代，这时则需要凋亡相关斑点样蛋白 ASC 作为接头蛋白辅助信号传递ASC 含有 PYD 和 CARD 两个结构域，其中 PYD 区可与 NLR 的 PYD 区相互作用，将信号传递给另一端的 CARD 区，再由 CARD 区向下传递尽管已知 NLR 的 LRR 区能够感知PAMP 或 DAMP，但并没有找到 LRR 与其作用的结合位点，因此有关 LRR 识别这些信号的分子机制尚不清楚相比之下，PYHIN 炎症小体识别的配体较为明确PYHIN 家族的两个成员 AIM2 和IFI16 均含有 PYD 区和 HIN 区，HIN 区识别细菌或病毒 dsDNA，PYD 区募集 ASC 并与之结合AIM2 位于胞浆中，可识别长度大于 80 bp 的dsDNA，而 IFI16 则主要位于细胞核中，识别进入核中的 dsDNA，它们与配体相结合后介导自身炎症小体的形成及活化3RLR 成员 RIG-识别细菌或病毒 5端三磷酸化的 RNA 后，除了可以诱导型干扰素的产生外，也能够形成炎症小体，诱导caspase-1 的活化4当炎症小体中心分子识别相应信号后，直接或者通过 ASC 募集 pro-caspase-1，pro-caspase-1 经过自剪切作用水解为 p35(含 CARD区)和 p10，p35 再被剪切为 CARD 和 p20，两个p20 和两个 p10 结合构成具有活性的 caspase-1，发挥对 pro-IL-1 和 pro-IL-18 的剪切作用，进而产生成熟的具有生物学活性的 IL-1 和 IL-18炎症小体信号通路与其他信号通路(尤其是TLR 信号通路)之间存在着广泛而密切的联系一般认为，炎症小体发挥作用需要双重信号的刺激第一信号被称为预刺激信号，由 TLR 或其他模式识别受体介导，通过活化 MAPK 和 NF-B 信号途径而上调炎症小体中心分子和 IL-1、IL-18 前体的表达；第二信号又叫活化信号，即 ATP、ROS等 PAMP 或 DAMP 诱导 NLR 的寡聚化及变构，进而募集 ASC，活化 caspase-1最近，Rathinam 等5提出，在革兰氏阴性菌感染中，细菌可通过活化TRIF 信号途径诱导型干扰素的产生进而活化caspase-11，caspase-11 随后与组装好的 NLRP3 炎症 小 体 协 同 调 节 caspase-1 的 活 化，并 导 致caspase-1 非依赖性的细胞死亡，这被称为炎症小体活化的第三信号2宿主对炎症小体的负调控机体在受到微生物感染或创伤后，炎症小体被活化，产生 IL-1 和 IL-18 等促炎因子介导炎症发生，但是炎症反应在清除微生物感染的同时会导致组织损伤，所以机体需及时进行负反馈调节，抑制促炎因子过度产生，这对其维持内环境稳定尤为重要炎症小体的活化是 IL-1 和 IL-18 成熟的关键步骤，因此机体通过产生一系列针对炎症小体的负调分子，抑制其过度活化21宿主相关分子直接抑制炎症小体信号通路很多炎症小体的中心分子含有 PYCARD 区，因此那些含有 PYCARD 结合域的蛋白分子能够在很大程度上竞争性结合这些分子，使信号传递受到抑制人类含 PYCARD 的蛋白有 COPs(CARD-onlyproteins)、POPs(PYD-only proteins)、热蛋白 pyrin及 PYNODCOPs 家族包含 Iceberg、COP1/Pseudo-ICE、INCA 和 caspase-12 等分子其中 Iceberg、COP1/Pseudo-ICE 和 INCA 分 别 与 caspase-1 的CARD 区有 53%、92%和 81%的相似度，能够与其相互作用，抑制 pro-caspase-1 与 ASC 的 CARD 区相互结合caspase-12 中的一段 CARD 区也具有类似功能这些编码 COPs 的基因与编码 caspase-1的基因均定位于人 11 号染色体(11q22.3)，由具有相同起源的基因重复序列所编码人 POPs 家族中研究最为深入的是 POP1 和 POP2编码 POP1 的基因位于染色体 16p12.1 上，起源于 ASC 基因 1号外显子的基因重复序列POP2 定位于染色体3q28 上POP1 与 ASC 的 PYD 区具有 64%的一致性，能够与 ASC 以 PYD 依赖方式结合，抑制炎症小体中心分子与其结合相比之下，POP2 虽然也具有 PYD 区，但是与 ASC 的结合弱于 POP1，而能够与 NLR 的 PYD 区结合POP1 和 POP2 均能通过抑制 NF-B 的活化抑制 IL-1 前体的产生热蛋白 Pyrin 尽管被证明能够与 ASC 相互作用有助于炎症小体的活化，但是近年来，Pyrin 被发现也具有负调炎症小体的作用Pyrin 不但能干扰88于馨,等：炎症小体信号通路的负调控2014;41(1)Fig 1Negative regulation of inflammasome signaling by host-drived molecules图 1宿主相关分子对炎症小体信号通路的负调控miR-223IL-1IL-18pro-IL-1pro-IL-18IL-1,IL-18,NLR mRNANF-BPOPs(POP1,POP2),PYNOD,TRIM30Bcl-2,Bcl-X(L)pro-caspase-1PI-9caspase-1POPs(POP1,POP2),Pyrin,NOTRIM30晶体K+外流ATPLPSTLR4活性氧COPs(lceberg,COP1/Pseudo-ICE,INCA,caspase-12),PYNODNLRP3 与 ASC 之间 PYD 依赖的信号传递过程，还能够与其他炎症小体直接结合，抑制 caspase-1的活化PYNOD 蛋白又叫 NLRP10，含有 PYD 区和 NACHT 区，属 Nod 样受体蛋白，但缺少 LRR区PYNOD 的 NACHT 区在自身寡聚化后与 ASC结合，却不募集活化 pro-caspase-1，从而抑制IL-1 的产生在转录水平，PYNOD 通过对 NF-B活化的抑制减少 IL-1 和 IL-18 mRNA 的产生6除此之外，机体产生的某些分子可以直接抑制炎症小体发挥作用例如，组成性表达于血管平滑肌细胞及其他一些组织中的丝氨酸蛋白酶抑制剂 9(PI-9)与细胞中的 pro-caspase-1 以蛋白质-蛋白质相互作用的方式结合，抑制其向活性形式的转变在动脉粥样硬化模型中，PI-9 的表达与细胞中IL-1 的含量呈负相关凋亡相关蛋白 Bcl 家族成员 Bcl-2 和 Bcl-X(L)被证明能直接与 NLRP1 结合而抑制 NLRP1 自身寡聚化，继而抑制 caspase-1的活化及 IL-1 的成熟在此过程中，Bcl-2 和Bcl-X(L)蛋白结构的第一个 螺旋和第二个 螺旋之间的一个可变环状区域起着关键作用如果将此可变环状区进行突变，这种抑制作用随之消失7最近，Mishra 等8的研究揭示，NO 分子能够通过对 NLRP3 分子进行硫醇亚硝基化修饰抑制其募集ASC，进一步抑制 NLRP3 炎症小体的活化，而对AIM