炎癥小體（Inflammasomes）是機(jī)體免疫細(xì)胞內(nèi)識別炎癥性或損傷性刺激完成活化的炎癥復(fù)合體。其功能實(shí)現(xiàn)通過位于胞質(zhì)的感受器（如NLRP3、AIM2等）實(shí)現(xiàn)炎癥小體組裝，完成對炎癥性Caspase（Caspase-1/4/5）的活化。炎癥性Caspase進(jìn)一步通過活化IL-1β/18增敏免疫系統(tǒng)，并水解Gasdermin引發(fā)焦亡【1】。

炎癥小體感受器主要包括NLR（Nucleotide-binding domain Leucine-rich Repeat）家族成員，其中最經(jīng)典研究最廣泛的是NLRP3蛋白。NLR家族蛋白普遍含有LRR（Leucine-rich Repeat）結(jié)構(gòu)域，可直接識別上游炎癥信號。但作為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的炎癥小體感受器NLRP1卻一直是該家族中比較特殊的存在【2】，關(guān)于它的具體功能和激活方式在長期以來存在爭議:

1）經(jīng)典的NLRP3含有PYD結(jié)構(gòu)域，必須通過接頭蛋白ASC才能結(jié)合Caspase-1完成炎癥小體的組裝。但NLRP1同時(shí)含有N端的PYD和C端的CARD結(jié)構(gòu)域，所以既往研究認(rèn)為，NLRP1既可以通過ASC，也可以不依賴ASC激活Caspase-1【3】；2）早期研究已發(fā)現(xiàn) NLRP1通過識別炭疽桿菌（Bacillus anthracis）的致死因子LF（lethal factor）激活，機(jī)制一直不清。在去年Science背靠背發(fā)表的研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)炭疽桿菌（Bacillus anthracis）的致死因子LF（lethal factor）通過依賴蛋白酶體的N端降解方式水解NLRP1的N端序列，暴露出活性的C端UPA-CARD結(jié)構(gòu)域，可以直接結(jié)合Caspase-1的CARD而不依賴ASC完成活化【4, 5】（詳見bioart文章: Science 背靠背| 破解NLRP1炎癥小體的活化之謎）。近期發(fā)表的Science研究也再次發(fā)現(xiàn)鼻病毒內(nèi)HRV 3C蛋白酶也能水解NLRP1實(shí)現(xiàn)類似的活化過程【6】。在如此多研究證實(shí)NLRP1通過C端CARD完成活化的機(jī)制后，其N端的PYD以及NACHT結(jié)構(gòu)域卻一直未能嶄露頭角。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Veit Hornung課題組長期關(guān)注固有免疫中病原識別受體的功能，日前在Science發(fā)表題為 Human NLRP1 is a sensor for double-stranded RNA 的研究，發(fā)現(xiàn)皮膚組織內(nèi)的NLRP1是RNA病毒感受器，PYD識別dsRNA后通過NACHT水解ATP實(shí)現(xiàn)活化，依賴ASC和Caspase-1完成炎癥小體組裝，從而激活I(lǐng)L-1beta和GSDMD引起炎癥反應(yīng)。

研究人員首先關(guān)注到，在上皮屏障組織中存在NLRP1的高豐度表達(dá)，故以人源永生化的角質(zhì)細(xì)胞N/TERT-1為模型，研究NLRP1對病毒感染的響應(yīng)。已有研究發(fā)現(xiàn)DDP8/9抑制劑VbP可激活NLRP1炎癥小體【7】。在N/TERT-1細(xì)胞內(nèi)敲除NLRP1和ASC等炎癥小體成員后，VbP處理發(fā)現(xiàn)IL-1beta活化明顯減少。而使用病毒為感染模型，則發(fā)現(xiàn)RNA病毒SFV（semliki forrest virus）可以活化N/TERT-1細(xì)胞IL-1beta，而DNA病毒不能，且該效應(yīng)依賴NLRP1和ASC，提示NLRP1可能參與RNA病毒感染過程。有意思的是，N/TERT-1細(xì)胞對能激活NLRP3、NLRC4活化的信號則沒有響應(yīng)，說明在皮膚組織內(nèi)，可能僅保留了NLRP1介導(dǎo)的炎癥小體通路。

研究人員繼續(xù)以poly(I:C)模擬RNA病毒感染，發(fā)現(xiàn)也可以引起由NLRP1依賴的IL-1beta活化，且敲除NLRP1后明顯減少Caspase-1活化和細(xì)胞焦亡，且不影響干擾素通路。

研究人員試圖驗(yàn)證鼠源Nlrp1蛋白對RNA病毒感染的效應(yīng)。意外的是，在NLRP1缺失N/TERT-1細(xì)胞內(nèi)回補(bǔ)了鼠源Nlrp1b，仍可以對VbP發(fā)生響應(yīng)，但poly(I:C)無法活化由鼠源Nlrp1b介導(dǎo)的炎癥小體活化，即鼠源Nlrp1b不響應(yīng)RNA病毒感染。此外，N端降解功能的抑制劑Me-Bs不能抑制poly(I:C)引起的炎癥小體活化。這些結(jié)果提示NLRP1在上皮組織內(nèi)識別RNA感染的功能具有種屬和組織特異性。

至此，關(guān)于功能部分，研究人員已經(jīng)完成比較清晰的論證。在機(jī)制上，研究人員分析推測人源NLRP1的N端結(jié)構(gòu)可以識別病毒核酸序列，并通過Pull-down實(shí)驗(yàn)，證實(shí)NLRP1可以直接結(jié)合dsRNA和dsDNA（Kd值為241.7nM和336.7nM）。通過截短體驗(yàn)證LRR結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)結(jié)合dsRNA和dsDNA，NACHT結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)其結(jié)合效應(yīng)。而鼠源的Nlrp1b蛋白則不能結(jié)合dsRNA和dsDNA。通過模擬分析，研究人員推測LRR結(jié)構(gòu)域表面呈正電的氨基酸負(fù)責(zé)了與核苷酸的識別。

既往已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的多種核酸結(jié)合蛋白均可以體外結(jié)合dsRNA和dsDNA，但這種結(jié)合并不一定能在功能上活化下游通路。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，NACHT結(jié)構(gòu)域具有ATP水解酶活性，當(dāng)LRR結(jié)合dsRNA后，NACHT可以水解ATP后引起蛋白構(gòu)象改變從而完成NLRP1的活化，而dsDNA則沒有這種效應(yīng)。

本研究給NLRP1的功能和機(jī)制的研究增加了很多新鮮的內(nèi)容：1）首先在功能上，這項(xiàng)工作首次發(fā)現(xiàn)NLRP1可以響應(yīng)RNA病毒的感染，這種功能與NLRP1響應(yīng)炭疽LF因子不同：LF通過N端降解功能水解出C端的CARD，直接結(jié)合Caspase-1組成炎癥小體，而RNA病毒感染則是通過結(jié)合LRR和NACHT結(jié)構(gòu)域，依賴于ASC組裝炎癥小體。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充了NLRP1結(jié)構(gòu)域上的新功能，并證實(shí)這是兩套相對獨(dú)立的識別病原體途徑。2）其次，NLRP1具有RNA結(jié)合功能，是新證實(shí)的胞質(zhì)內(nèi)RNA病毒感受器。既往的炎癥小體上游感受器僅發(fā)現(xiàn)AIM2可識別DNA病毒和胞內(nèi)菌DNA序列，該發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充了炎癥小體在RNA病毒感染中的空白。3）最后，NLRP1的這個(gè)新功能僅在人源上皮組織中驗(yàn)證出來，提示這是人類對RNA病毒在皮膚這道屏障中的特殊響應(yīng)功能，而小鼠的Nlrp1b蛋白則不具有該功能。

本研究工作在解析NLRP1的新功能之余也留了太多未解決的問題。雖然研究人員試圖證明NLRP1具有結(jié)合dsRNA和水解ATP的活性，但仍缺少直接的生化基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)分析證明其功能。雖然NLRP1炎癥小體參與RNA病毒感染免疫具有足夠的新意，但因?yàn)樾∈笸吹鞍兹笔г摴δ埽狙芯咳鄙僮銐虻捏w內(nèi)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，且關(guān)于該功能的起源和分子進(jìn)化仍需要進(jìn)一步研究討論。

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