揭示NLRP3炎症小体感应内吞体应激的机制

近日，法国遗传分子细胞生物研究所 (IGBMC) 的张志荣和Romeo RICCI团队和意大利Telethon遗传与医学研究所 (TIGEM) 的Antonella de Matteis团队合作在Nature Immunology上在线发表《Distinct changes in endosomal composition promote NLRP3 inflammasome activation》，揭示了NLRP3炎症小体激活的细胞生物学机制：NLRP3的激活发生在内吞体上，NLRP3 能够感应内吞体应激情况下其组分的变化。

一、什么是炎症小体

炎症小体是一种多蛋白聚合复合体，在病原体入侵或者组织损伤引起的先天免疫反应中起这关键性作用。目前已发现的炎性小体主要有5种，即NLRP1炎症小体、NLRP3炎症小体、NLRC4炎症小体、IPAF炎症小体和AIM2炎症小体。通常认为，NLRP3炎症小体的激活一需要两个信号步骤，即预处理 (Priming) 和激活 (Activation)。预处理信号可以通过Toll样受体或者细胞因子受体激活来获得，激活NF-κB信号通路促进NLRP3和细胞因子的转录和翻译，同时也可能引起NLRP3翻译后修饰的改变；激活信号则是由前面提到的刺激物所介导来引发炎症小体的组装。目前，NLRP3受体启动炎症小体组装的传感机制目前仍不明确。

二、文献的主要贡献

通过调控负责PI4P合成的激酶PI4Ks (Phosphatidylinositol 4-kinases) 和负责PI4P降解的磷酸酶的活性，作者进一步证实了内吞体上的，而不是源自TGN的囊泡上的，PI4P对NLRP3的激活起关键性作用。

图1. NLRP3 inflammasome assembly originates from PI4P-enriched endosomes

PI4P为什么会在内吞体上富集呢？在深一步的研究过程中，作者惊奇地发现NLRP3激活物能够破坏内吞体与内质网间膜接触位点 (Endosome-ER contact site, EECS)，进而导致内吞体上PI4P的富集。在内质网锚定蛋白VAPs (VAPA和VAPB) 或者内吞体上的PI4P转移蛋白OSBP缺失的HeLa细胞 (不表达ASC) 中，PI4P在内吞体上大量富集同时NLRP3能够被自发募集到内吞体上。与此同时，作者在THP-1细胞中敲除VAPs或者OSBP后，发现在这些细胞能够在只有LPS预处理的情况下激活NLRP3炎症小体。这些结果表明，NLRP3激活物通过破坏EECS导致PI4P在内吞体上富集，进而促进NLRP3被募集到内吞体上并引发炎症小体激活和组装。

之前的研究已显示内吞体上PI4P的富集会扰乱内吞体的正常分裂 (fission) 及货物分选，进而影响靶向TGN的货物从内吞体到TGN的运输 (Endosome-to-TGN trafficking, ETT)。这类货物包括在细胞膜-内吞体-TGN间循环运输的TGN46。因此，作者追踪了TGN46在NLRP3激活物刺激下的细胞中的亚定位。

实验结果显示：在NLRP3激活物刺激下，TGN46的细胞亚定位发生改变，定位在NLRP3阳性的内吞体上面。这一现象暗示了TGN46从内吞体到TGN的运输可能被阻断。通过追踪志贺样毒素 (Shiga-like toxin) 及另一个TGN货物CI-MPR在同等条件下细胞中运输，作者进一步证实了NLRP3激活物能够阻断内吞体到TGN的运输，从而导致靶向TGN的货物，包括TGN46，在内吞体上的滞留。

作者同时观察了那些含有GRIP结构域的TGN标记分子GCC1/GCC88，GCC2/GCC185，Golgin97和Golgin245/p230在同等刺激条件下的细胞亚定位，实验结果显示这些分子在NLRP3激活物的刺激下的细胞中的亚定位没有明显的变化。由于这些标记分子在TGN上的定位不依赖于ETT，所以排除了之前研究提出的关于TGN被解散的可能性^【1】。

最后，作者进一步揭示了ETT的阻断并不仅仅是NLRP3激活物刺激引起的一个副作用，而是有积极参与NLRP3的激活过程。在ETT缺失的细胞中，作者观察到类似于VAPs或者OSBP缺失的细胞中观察到的现象，即PI4P在内吞体上富集和NLRP3被自发募集到内吞体上并被激活。另外，髓系细胞EET缺失的小鼠对LPS引起的内毒素血症更加敏感，而且这主要是由NLRP3炎症小体的超激活所致。

因此，这一研究确定了导致核内体NLRP3募集和炎症小体激活的独特细胞机制。