21世紀初，NLRP1和NLRP3成為首-批被描述的炎癥小體，它們是由胞質內多種蛋白質組成的復合物，能夠感知危險信號。激活的炎癥小體促使促炎細胞因子IL-1β和IL-18成熟并釋放1。盡管NLRP1是NLR（核苷酸結合結構域和富含亮氨酸重復序列受體）家族中第一個被確認的成員，但其功能相關性在多年內仍不清楚。與此同時，NLRP3迅速成為典型且研究最透徹的炎癥小體，與包括2型糖尿病、痛風性關節炎和癌癥在內的多種疾病相關2。如今，NLRP1的研究正帶動新的趨勢。病毒感染3,4和UVB輻射5已被確定為人類NLRP1的天然觸發因素。此外，在SARS-CoV-2感染情況下，過度的NLRP1激活會加劇COVID--19的嚴重程度4，并且NLRP1的功能獲得性突變會導致皮膚鱗狀細胞癌易感性增加6。人們不禁猜測，這些新發現或許會撼動NLRP3在炎癥小體領域的核心地位。實際上，在某些疾病中，NLRP3的激活可能僅僅是其他炎癥小體反應引發的附帶結果。闡明NLRP1和NLRP3在穩態和病理狀態下的作用，將為微生物性疾病和非感染性疾病帶來新的治療方法。在此，我們回顧了目前關于這兩種傳感器的認識，并探討了在病理生理背景下評估它們各自作用時所面臨的實驗困難。
小鼠與人類
NLRP3和NLRP1在多個方面存在差異，包括組織表達、蛋白質結構和激活機制。此外，雖然NLRP3在人類和小鼠之間高度保守，但NLRP1并非如此。
表達
在人類中，單個 NLRP1基因存在選擇性剪接，其中異構體1是研究最多的7。相比之下，小鼠則呈現多基因結構。我們目前的大部分知識都集中在小鼠Nlrp1b旁系同源物上8。人類NLRP1在上皮屏障（即角質形成細胞和支氣管上皮細胞）中高表達，而小鼠NLRP1B以及人類/小鼠NLRP3主要存在于髓系細胞中8。
結構
NLR蛋白通常具有一個N端效應結構域、一個中央核苷酸結合結構域（Nucleotide-Binding Domain, NACHT）和一個由數個富含亮氨酸重復序列（Leucine-Rich Repeats, LRR）組成的C端配體結合區。NLRP和NLRC亞組的區別在于其N端：NLRP亞組含有PYD（Pyrin Domain）結構域，而NLRC亞組含有CARD（Caspase Recruitment Domain）結構域。
NLRP3和NLRP1的構象
NLRP3包含一個PYD-NACHT-LRR模塊，其中NACHT和LRR結構域相互作用，使NLRP3保持自身抑制/閉合構象。PYD則在NLRP3激活后驅動炎癥小體的形成9。
NLRP1的結構與NLRP3及其他NLRP蛋白不同。除了N端的PYD-NACHT-LRR模塊外，其C端在CARD結構域上游還含有一個功能未知結構域（Function-to-Find-Domain, FIIND）。FIIND會發生組成型自身蛋白水解，產生一個"獲得許可"的全長NLRP1（NLRP1FL），其中N端片段（NLRP1NT）和C端片段（NLRP1CT）仍以非共價方式結合10。結構研究揭示了一個三元復合物，其中一個NLRP1FL和一個NLRP1CT與二肽基肽酶DPP8/9結合，從而抑制了能形成炎癥小體的NLRP1CT的活性11。單個NLRP1CT最初是如何產生的尚不清楚。NLRP1CT釋放后，其CARD結構域驅動NLRP1炎癥小體的形成。值得注意的是，在小鼠中，PYD結構域被NR100結構域所取代。
NLRP3炎癥小體的形成
NLRP3能感知多種刺激（微生物源、無菌源或環境源）。然而，至今尚未發現NLRP3的專屬配體，且NLRP3激活的確切機制仍有待全面闡明。目前的共識是，胞質內的應激信號，如鉀離子外流和氧化的線粒體DNA，會導致NLRP3發生翻譯后修飾并使其構象開放12,13。NLRP3構象的這種改變使其PYD結構域能夠通過ASC（一種包含PYD和CARD的接頭蛋白）招募pro-caspase-112。NimA相關蛋白激酶7（NimA-Related Protein Kinase 7, NEK7）與LRR結構域相互作用，被認為在小鼠中支持NLRP3的寡聚化14,15，但在人類中并非必需16。重要的是，NLRP3的激活步驟在人類和小鼠中似乎高度保守，這使得利用小鼠疾病模型研究NLRP3的相關性成為可能。
NLRP1炎癥小體的形成
2012年，一項研究發現炭疽致死因子（Lethal Factor, LF）在小鼠模型中激活NLRP1，并在 炭疽桿菌感染后驅動促炎反應17，這填-補了理解NLRP1炎癥小體的一個重大空白。然而，這一發現并未在人類中重現10。自2020年以來，我們對人類NLRP1激活的理解加速發展。大多數報告都支持"功能性降解"模型：不同的刺激（如下所列）會引發NLRP1NT部分的不穩定和蛋白酶體降解，從而允許NLRP1CT片段的釋放。
◆ Val-boroPro（VbP，Talabostat），一種已知能刺激抗腫瘤免疫反應的小分子，能抑制DPP8/9的催化活性，并在小鼠和人類中誘導NLRP1NT降解(11,18)。值得注意的是，目前尚未發現任何（病理）生理狀態下編碼產生的分子能作為DPP8/9的抑制劑。
◆ 病原體編碼的蛋白質，特別是蛋白酶，如引起普通感冒的人類鼻病毒的3C蛋白酶（3Cpro）(3)和引起COVID--19的SARS-CoV-2的NSP5蛋白酶4，已被證明能誘導NLRP1NT降解和NLRP1激活。因此，NLRP1被認為是一種廣譜的微生物毒力因子誘餌受體。這些觸發因素要么局限于人類NLRP1，要么局限于小鼠NLRP1，體現了宿主與病原體的共進化。
◆ 紫外線B（UVB）輻射會引起由MAP3激酶ZAKα介導的核糖體毒性應激反應。該激酶引發NLRP1NT的過度磷酸化，這可能加速其降解5。
◆ 森林腦炎病毒（Semiliki Forest Virus）復制產生的長雙鏈RNA（Long Double-Stranded, dsRNA）會激活人類（而非小鼠）的NLRP119。在這種情況下，NLRP1可能發生構象轉換，從而允許NLRP1NT降解19。仍需更多研究來確定NLRP1CT片段釋放的機制。
小鼠和人類的NLRP3和NLRP1的激活
NLRP3和NLRP1的保障機制
傳感器的激活和炎癥小體的形成會導致迅速而強-大的炎癥反應，一旦意外觸發，將極其有害。因此，為防止不必要的激活，在炎癥小體反應的各個階段都存在多重保障機制。至少在NLRP3和NLRP1的傳感器層面，已經描述過這樣的檢查點。
NLRP3和NLRP1在穩態下的保障措施
NLRP3的激活受兩個信號調控。第一個啟動信號使NLRP3傳感器對第二個激活信號做出反應。啟動信號可由PRRs（病原體識別受體）或細胞因子受體傳遞。取決于細胞類型以及信號的性質和持續時間，NLRP3的啟動可通過轉錄上調、翻譯后修飾或與蛋白質伴侶（如NEK7）結合來實現13,20。最近，Schmacke等人發現，在人類中，存在一條由IKKβ介導、不依賴于NEK7且占主導地位的NLRP3啟動通路16。作者表明，IKKβ通過增加NLRP3向反式高爾基體網絡（trans-Golgi Network, TGN）的募集來誘導其啟動，TGN是一個被認為在NLRP3炎癥小體組裝中起關鍵作用的細胞器12,16,21。
NLRP1的激活受功能性NLRP1CT片段從三元復合物DPP8/9-NLRP1FL-NLRP1CT中釋放的調控，該釋放被認為是NLRP1炎癥小體形成的一個檢查點11,22。Ball等人最近的一份報告指出，在穩態下，NLRP1FL與氧化的硫氧還蛋白-1（Oxidized Thioredoxin-1, TRX1）結合，而還原性應激會觸發它們解離以及NLRP1NT部分的蛋白酶體降解。由此產生的NLRP1CT片段被隔離并抑制在三元復合物內，直到第二個信號觸發其釋放以組裝炎癥小體22。這些體外數據有力地表明，還原性應激會增強NLRP1的激活。然而，還需要更多的研究來確定還原性應激的生理誘導因素。此外，尚不清楚還原性應激導致的NLRP1NT降解是作為啟動步驟，還是直接誘導NLRP1炎癥小體形成。在這兩種情況下，可能是還原性應激和其他刺激（如病毒蛋白酶、UVB輻射）導致NLRP1NT降解后，NLRP1CT的積累解除了三元復合物的檢查點限制11,22。
在炎癥小體形成之前，NLRP3或NLRP1傳感器啟動與激活之間的界限仍是一個主要的研究方向。
信號傳導
激活的NLRP3和NLRP1傳感器分別通過其PYD結構域和CARD結構域與ASC結合，進而招募pro-caspase-112,23。在人類中，pro-caspase-1與NLRP1的相互作用嚴格依賴ASC，而在小鼠中則非必需23。最終，這些復合物導致caspase-1的激活，后者進而將pro-IL-1β和pro-IL-18以及Gasdermin D（GSDMD）剪切為具有生物活性的形式。在質膜上形成GSDMD孔道允許IL-1β和IL-18的分泌，并最終導致細胞焦亡24。
值得注意的是，NLRP3和NLRP1炎癥小體可能還利用其他的信號傳導機制。在caspase-1或GSDMD失活/敲除的小鼠中，NLRP3炎癥小體會啟動一種延遲的、由caspase-8、caspase-3和Gasdermin E（GSDME）介導的替代性細胞死亡25,26。在人類肺上皮細胞中，SARS-CoV-2的NSP5蛋白酶通過使GSDMD失活來對抗NLRP1炎癥小體信號傳導。受感染細胞的死亡則由NLRP1驅動caspase-3激活和GSDME剪切來確保4。有趣的是，重癥COVID--19患者的血漿中炎癥小體標志物（IL-18、GSDMD、GSDME、caspase-3）以及成熟的IL-16（一種由caspase-3衍生的警報素）水平升高4。這一發現提示未來需要進行體內研究，以闡明IL-16的作用和機制，目前對IL-16知之甚少。此外，對于每種炎癥小體而言，caspase-3-GSDME軸是細胞因子釋放和/或裂解期的補償性信號通路還是平行信號通路，仍有待闡明26。
未來的挑戰
炎癥小體在清除病原體方面是有益的，但其過度刺激可能對宿主有害2,27,28。因此，制定精細的治療策略至關重要，需避免系統性阻斷炎癥細胞因子以及由此導致的機會性感染。重癥COVID--19可能說明了NLRP3反應的過度。有報告顯示，在患者單核細胞中，NLRP3與炎癥小體斑點共定位29。NLRP3在肺部病理學中的作用也已通過SARS-CoV-2感染的小鼠模型得到證實30。然而，最近關于SARS-CoV-2 NSP5蛋白酶激活NLRP1的發現，要求我們在實驗設計上更加謹慎。是否存在這樣一種可能性：那些暗示NLRP3對病毒有直接反應的數據，也可能歸因于NLRP1炎癥小體反應引起的細胞應激？同樣，NLRP3的激活也可能由非經典caspase-4/5通路對細菌繼發感染（呼吸道病毒感染中的常見事件）來源的脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS）產生反應而觸發31。
要闡明在感染和致病過程中每種炎癥小體的相對重要性以及它們之間的前饋環路，需要進行體內研究。為了解決NLRP1在小鼠和人類之間保守性差的問題，一種策略是使用人源化小鼠，即用人類炎癥小體成分的轉基因表達來替換小鼠的相應成分。
在沒有感染或無菌性炎癥的情況下，NLRP3和 NLRP1的功能獲得性突變會導致人類單基因炎癥性疾?。囱装Y小體?。?sup>32,33。因此，NLRP3的此類突變會引起cryopyrin相關周期性綜合征（Cryopyrin-Associated Periodic Syndromes, CAPS），而 NLRP1的功能獲得性突變則會導致諸如NLRP1相關自身炎癥伴關節炎（NLRP1-Associated Autoinflammation with Arthritis, NAIAD）和多種自愈性掌跖癌（Self-Healing Palmoplantar Carcinoma, MSHPC）等疾病32,33。
有趣的是，大多數NLRP3和NLRP1的自身炎癥突變位于對傳感器抑制至關重要的結構域中32,33。因此，它們為篩選小分子通過靶向特定傳感器來防止炎癥小體過度活化提供了首-個試驗場。小鼠炎癥疾病模型使得篩選和發現MCC950（一種強效且特異的NLRP3抑制劑）成為可能34,35。這種有前景的藥物已完成II期臨床試驗，正等待進一步測試。盡管如此，它已經激勵了制藥公司，目前已有幾種其他的NLRP3抑制劑進入后期臨床試驗階段36。
許多問題仍然懸而未決，需要更多的研究來減輕與炎癥小體相關的疾病對公共健康造成的負擔。
*本文為 InvivoGen 原創，版權歸 InvivoGen 所有。未經授權禁止轉載、摘編，違者必究。
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