內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體結(jié)構(gòu)偶聯(lián)在NLRP3炎癥小體形成與活化中的作用及機制研究進展

董樹安，余劍波

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間通過動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體結(jié)構(gòu)偶聯(lián)（endoplasmic reticulum–mitochondria contacts，ERMC）緊密聯(lián)系在一起。ERMC在不同的信號通路中發(fā)揮著重要作用，為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體相互作用和維持細(xì)胞的正常功能提供了一個較好的結(jié)構(gòu)平臺。ERMC異?？蓪?dǎo)致機體出現(xiàn)多種病生理狀態(tài)，引起線粒體鈣超載、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)等。炎癥小體與其他炎癥因子能夠促進前炎細(xì)胞因子的釋放。近年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)線粒體鈣超載能夠產(chǎn)生的過量ROS，從而引起NLRP3炎癥小體大量活化，促進炎癥因子的釋放[1]。

1 NLRP3炎癥小體的形成和活化

炎癥小體是由多種蛋白分子組成的一種復(fù)合物，其主要組成包括傳感器蛋白、銜接蛋白和前半胱天冬酶-1[2]。炎癥小體中的這些傳感器分子可以感知不同類型的刺激，包括病原體相關(guān)分子模式、損傷相關(guān)分子模式和其他的胞質(zhì)可能發(fā)生的任何損傷。炎癥小體一旦活化，可促使半胱天冬氨酸蛋白酶-1活化，進而使白介素1β（interleukin 1 beta，IL-1β）、IL-18由前體形式變?yōu)榛钚孕问絒2]。

NLRP3炎癥小體的活化分為兩個步驟：首先，Toll樣受體與其相對應(yīng)的配體結(jié)合后，激活細(xì)胞內(nèi)信號通路，導(dǎo)致核轉(zhuǎn)錄因子κB活化，由此促進NLRP3和IL-1β前體的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平；其次，NLRP3與接頭蛋白ASC、前半胱天冬酶-1（pro-caspase 1）組裝成為NLRP3炎性小體，進而將前半胱天冬酶-1剪切為Caspase-1。研究發(fā)現(xiàn)，嘌呤類受體P2X7的活化[3]、溶酶體的破裂和線粒體功能異常內(nèi)生成的ROS均能促進炎癥小體的組裝過程，炎癥小體組裝的過程常伴隨著細(xì)胞內(nèi)K+的外流[4-5]。Lee等通過增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，降低細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷的方法研究鈣敏感受體在介導(dǎo)NLRP3炎癥小體活化過程中作用 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+直接與NLRP3炎癥小體結(jié)合，正向調(diào)控NLRP3炎癥小體的組裝和活化，而環(huán)磷酸腺苷起到負(fù)調(diào)控作用[6]。還有學(xué)者則采用將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ca2+持續(xù)轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi)，造成線粒體Ca2+超載和線粒體功能失衡， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)線粒體Ca2+超載主要通過促進線粒體內(nèi)心磷脂和線粒體DNA的釋放，來促進NLRP3的活化[7-8]。

在炎癥小體形成過程中，微管蛋白能夠?qū)⒕€粒體向核周遷移，促進線粒體上的凋亡相關(guān)斑點樣蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上NLRP3組裝在一起[9]。在非活性狀態(tài)下，NLRP3主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上和細(xì)胞質(zhì)中，但當(dāng)處于激活狀態(tài)時，NLRP3和接頭蛋白ASC則都會重新定位到ERMC中，使更容易感知受損線粒體釋放的心磷脂和線粒體DNA，進而活化。

2 ERMC

ERMC是連接內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體的動態(tài)結(jié)構(gòu)。其基本成分包括位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或線粒體外膜上的Ca2+離子通道[三磷酸肌醇受體(inositol 1,4,5-triphate receptor, IP3R)、電壓依賴性陰離子通道(voltage-dependent anion channel, VDAC)][10]、脂質(zhì)生物合成途徑的酶和脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白[11]、各種分子伴侶蛋白、鈣連蛋白和Sigma-1受體[10,12-13]。酶類包括參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原酶-1α[14]。蛋白激酶包括如蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶[15]、調(diào)節(jié)線粒體形態(tài)的線粒體融合蛋白2[16]。除此之外，ERMC可以根據(jù)細(xì)胞功能需要招募多種信號分子，如參與炎癥信號通路的NLRP3[1]，參與細(xì)胞凋亡信號通路的蛋白分子如前髓細(xì)胞性白血病蛋白、腫瘤抑制基因[17]，自噬信號通路自噬蛋白14L[18]，參與抗病毒反應(yīng)的線粒體抗病毒信號蛋白（mitochondrial antiviral-signaling protein,MAVS）[19]，視黃酸誘導(dǎo)基因蛋白I等[20]。

3 ERMC與NLRP3炎癥小體形成

在目前已知的炎癥小體中，NLRP3與多種人類疾病發(fā)病機制相關(guān)[21]，是研究最多、最具代表性的是炎癥小體是，也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一一個與ERMC有聯(lián)系的炎癥小體[1]。

NLRP3在大多數(shù)組織中都有表達，但主要表達在巨噬細(xì)胞中[1]。在非活性狀態(tài)下，NLRP3主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上和細(xì)胞質(zhì)中，但當(dāng)處于激活狀態(tài)時，NLRP3和凋亡相關(guān)斑點樣蛋白則都會重新定位到ERMC中[22]，促進受損線粒體釋放的各類因子（如ROS）活化NLRP3炎癥小體[1]，研究表明，呼吸鏈抑制劑（如復(fù)合物I抑制劑魚藤酮）線粒體膜電位的降低和線粒體內(nèi)ROS生成量的增加，從而促進炎癥小體的活化。NLRP3激活過程伴隨著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體之間的重新定位，這樣更有利于NLRP3炎癥小體感知線粒體內(nèi)的損傷信號[1]。

4 ERMC促進NLRP3炎癥小體的活化

ERMC中有NLRP3炎癥小體適度活化的必需分子。作為ERMC的一個重要組成分子，MAVS其下游的信號通路對于機體抗病毒至關(guān)重要[23-24]。Subramanian等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，MAVS與NLRP3的N末端氨基酸序列連接，促進NLRP3炎癥小體向線粒體的募集和IL-1β 的生成。

另一個NLRP3結(jié)合分子硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）在細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)下或NLRP3炎癥小體激活情況下，能夠重新分布于ERMC上[26-27]。正常情況下，TXNIP主要與細(xì)胞內(nèi)抗氧化蛋白硫氧還蛋白（thioredoxin，TRX）結(jié)合，而不與NLRP3相結(jié)合。但當(dāng)在炎癥小體激活劑（如尿酸晶體）作用下，細(xì)胞處于應(yīng)激狀態(tài)下，TRX發(fā)生氧化反應(yīng)，TXNIP-TRX復(fù)合物解離，TXNIP與NLRP3結(jié)合并轉(zhuǎn)移到ERMC 中[28-30]。

此外，鈣離子信號通路在NLRP3炎癥小體活化過程中發(fā)揮重要作用，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)主要鈣離子儲存細(xì)胞器，通過給予IP3R受體抑制劑或shRNA能夠減輕有其他刺激物引起的NLRP3炎癥小體活化[5]，而IP3R正是ERMC的組成分子之一；另外，其他ERMC組成分子也參與NLRP3炎癥小體活化過程中[31]，線粒體鈣超載受ERMC組成分子VDAC的精確調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，敲除人單核細(xì)胞系VDAC基因能夠減低NLRP3激活劑引起的細(xì)胞內(nèi)ROS和IL-1β的生成量，由此我們可以看出ERMC在NLRP3炎癥小體活化的過程中發(fā)揮重要作用，通過調(diào)節(jié)ERMC組成分子的表達水平能夠影響NLRP3炎癥小體活化水平[1]。

5 結(jié)語與展望

雖然有大量研究支持線粒體功能紊亂和ROS參與炎癥小體組裝和激活密切相關(guān)，但其激活NLRP3炎癥小體的機制仍不明確[24]。而目前許多研究多集中在其他炎癥小體的活化信號途徑和激活機制，D’Osualdo等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞處于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激下，NLRP1的表達特異性上調(diào)，上述結(jié)果提示其可能與ERMC有關(guān)[32],但具體作用機制仍需要我們進行進一步探索。