Nat Immunol | 蒋争凡团队发现统一的诱导细胞焦亡或凋亡组装平台|介导|凋亡|线粒体|细胞|蒋争凡|蛋白

炎症应答及细胞死亡是天然免疫反应的关键效应机制，构成了机体感知外源性病原体与内源性危险或损伤信号的首道防线。炎症小体响应各种刺激并启动炎症应答，最后导致裂解性的细胞死亡（焦亡），在免疫防御中发挥重要作用。 NLRP3（Nod-like receptor family pyrin domain containing 3）是一个细胞内的模式识别受体，当其被各种各样的内、外源性危险信号激活后导致炎症小体形成、促炎性细胞因子释放及细胞焦亡发生（图1）。已有大量研究发现 NLRP3炎症小体在免疫应答及多种炎症性疾病中的重要作用，然而有关NLRP3激活及调控仍存在诸多问题有待解答，尤其是NLRP3如何解除自抑制而启动活化。近期通过冷冻电镜分别解析的未活化和激活的 NLRP3结构【1-3】，显著深化了人们对NLRP3激活机制的结构与功能认知，同时也产生了新的问题。NLRP3蛋白从未活化状态转变到激活状态，首先需要解除自抑制，包括破坏LRR结构域介导的分子间作用力及NACHT亚结构域介导的分子内作用力。目前对NLRP3如何解除自抑制仍不清楚，是否存在特定的变构调节因子也不明确。因此，活化过程中 NLRP3 自抑制构象如何解除是领域内亟待解决的关键科学问题。

图 1. NLRP3 的双信号激活和炎症小体的组装【 4】。细胞中经典的 NLRP3炎症小体激活需要两个信号。启动信号（第一信号）激活转录因子NF-κB，上调包括NLRP3 、caspase-1 和IL-1β在内的炎症小体组分表达。激活信号（第二信号）导致NLRP3 活化及炎症小体组装。尼日利亚菌素是一种K + 离子载体，可导致细胞内K + 浓度降低。细胞外ATP激活质膜上的P2X7受体，随后触发K + 外流。各种颗粒物质在被吞噬后损害溶酶体并导致K + 外流。其它离子流事件，如Ca 2+ 动员、Na + 内流和Cl − 外流都能参与NLRP3 的激活。此外，某些细胞代谢物的异常累积、活性氧、线粒体功能障碍和线粒体 DNA 的胞质释放也可激活 NLRP3。活化的NLRP3发生寡聚化并招募ASC，后者激活caspase-1。活化的 caspase-1将IL-1β、IL-18和GSDMD切割为活性形式。当细胞质膜被 GSDMD孔洞透化后，细胞经历一种称为焦亡的裂解性死亡过程，导致促炎细胞因子和其它损伤相关分子的释放。

近日，北京大学生命科学学院蒋争凡课题组在Nature Immunology发表了题为AMBRA1 allosterically activates NLRP3 by releasing its autoinhibition的研究工作，为这个关键科学问题的解决提供了重要线索。他们发现AMBRA1（activating molecule in Beclin1-regulated autophagy protein 1）作为互作支架蛋白变构激活NLRP3的机制，解释了NLRP3如何从自抑制的闭合构象转变为激活的开放构象，并提示了保守而统一的诱导细胞死亡（凋亡、焦亡）组装平台。

首先，该研究利用质谱技术筛选到AMBRA1蛋白与NLRP3炎症小体复合物存在相互作用，并验证了AMBRA1是NLRP3炎症小体的组分。通过在人单核细胞系THP-1和小鼠骨髓来源巨噬细胞系中的功能学研究，发现 AMBRA1缺失导致由尼日利亚菌素、ATP、二氧化硅颗粒和咪喹莫特等经典激动剂引发的NLRP3炎症小体的激活受损。在内毒素休克、结肠炎及脓毒症小鼠模型中，髓系细胞谱系特异性敲除 Ambra1 缓解NLRP3 活化导致的炎症反应。其次，该研究对AMBRA1调控NLRP3炎症小体的具体机制进行了探究。内源性的免疫共沉淀实验表明 NLRP3与AMBRA1之间存在着激活信号诱导的相互作用。通过构建不同的AMBRA1和NLRP3截短突变体，发现AMBRA1与NLRP3的结合依赖于AMBRA1的WD40 β-propeller区域以及NLRP3的NACHT（present inNAIP,CIITA,HET-E andTP1）和LRR（ leucine-rich repeat ）结构域。结构预测和突变分析表明AMBRA1主要通过WD40 β-propeller结构中的一段N端螺旋区与NLRP3的NACHT 结构域中的 HD2（helical domain 2）亚结构域及trLRR（transition LRR）发生互作。该互作有助于解除 NLRP3分子内和分子间自抑制作用力并破坏NLRP3的闭合构象。利用ATP沉降实验和荧光共振能量转移技术，验证了 NLRP3 与 AMBRA1的互作促进前者结合ATP及构象开放为活化状态。因此，该研究揭示了AMBRA1作为结构性互作支架蛋白变构激活NLRP3的分子机制。为确定 AMBRA1调控NLRP3的作用并探索AMBRA1作为治疗靶点的可行性，该研究从合成文库中筛选了靶向AMBRA1的N端螺旋区的纳米抗体，验证了纳米抗体具备干扰AMBRA1-NLRP3相互作用及抑制NLRP3炎症小体活化的效果。这些结果不仅强调了AMBRA1的N端螺旋区对于介导NLRP3-AMBRA1互作的重要性，同时揭示了通过靶向该互作界面而治疗多种 NLRP3异常活化相关疾病的应用潜力。

重要的是，凋亡小体支架蛋白Apaf1（apoptotic protease activating factor 1）既有与NLRP3同源的 NACHT 结构域，又有与AMBRA1相似的WD40 β-propeller结构，类似于NLRP3-AMBRA1复合体。以往的研究表明Apaf1 具有效应蛋白与调控蛋白的双重功能，表现为在静息时 Apaf1通过 N-端的 WD40 β-propellers 与C-端 NACHT 结合形成自抑制的闭合构象；而细胞凋亡信号诱导线粒体释放的细胞色素c结合到Apaf1- WD40 β-propellers区域，打开其自抑制的闭合构象并与dATP或ATP结合（图2，下），这个过程与该研究发现的 AMBRA1-NLRP3 复合物促进NLRP3自抑制解除并结合、水解ATP非常相似（图2，上）。因此，AMBRA1-NLRP3复合物及其协同作用可与Apaf1的结构组成和活化机制类比，提示了NLRP3炎症小体与Apaf1凋亡小体活化的进化保守性。

更重要的是，几乎所有的NOD样受体（NOD-like Receptors，NLRs），包括NODs, NLRPs及IPAF家族蛋白都具有类似的结构组成（特别是 NACHT结构域）及自抑制的未活化构象，因此NLRs都被称为Apaf1样家族蛋白。该研究的结果暗示了其它 NLRs 的活化也需要依赖额外的（未知）包含β-propeller结构的伴侣蛋白进行调控，在活化过程中帮助解除它们的自抑制状态。

综上所述，该研究发现了AMBRA1是NLRP3的支架伴侣蛋白，通过互作解除NLRP3的自抑制从而推动NLRP3的构象开放，解决了领域内关于如何解除NLRP3自抑制构象这个关键科学问题。不仅细胞中AMBRA1蛋白缺失极大减弱了NLRP3的激活，条件性敲除 Ambra1 小鼠也显著减轻了NLRP3介导的炎症反应，揭示了AMBRA1调控NLRP3活化的生理重要性。阻断AMBRA1-NLRP3相互作用的纳米抗体成功抑制了NLRP3炎症小体的活化，表明 AMBRA1蛋白可作为潜在的药理靶点，并为开发针对NLRP3相关炎症性疾病的疗法提供了新的途径。此外，该研究发现了含有 β-propeller区域的AMBRA1伴侣蛋白在调控NLRP3方面的重要作用，提示了NLR s家族蛋白（介导细胞焦亡）与Apaf1 （介导细胞凋亡）的激活机制的保守性与统一性（图2）。

图2. NLRP3 与Apaf 1 采取保守激活机制的示意图。 N LRP3 需要A MBRA1 的 β- propeller 结构作为其变构调节元件，与之结合后解除N LRP3 的自抑制，促进N LRP3 结合A TP 及构象转变激活（上）；相似的是，Apaf 1 需要细胞色素C（Cyt c ）结合其W D40 β- propeller结构域后解除自抑制，促进Apaf 1 结合dA TP /ATP及构象转变激活（下）。

北京大学生科院 2 026 届博士潘明慧为论文的第一作者，生科院/北大-清华生命科学联合中心的蒋争凡教授为通讯作者。清华大学生命学院/ 北大-清华生命科学联合中心的李丕龙教授和周杰博士对纳米抗体的筛选与验证作出了重要贡献。

https://doi.org/10.1038/s41590-026-02644-x

制版人：十一

参考文献

1. Andreeva, L. et al. NLRP3 cages revealed by full-length mouse NLRP3 structure control pathway activation.Cell184 , 6299-6312 e6222, (2021).

2. Hochheiser, I. V. et al. Structure of the NLRP3 decamer bound to the cytokine release inhibitor CRID3.Nature604 , 184-189, (2022).

3. Xiao, L., Magupalli, V. G. & Wu, H. Cryo-EM structures of the active NLRP3 inflammasome disc.Nature613 , 595-600, (2023).

4. Pan, M., Yang, J. & Jiang, Z. Inflammasomes and their roles in autoimmune diseases.Rheumatol.Autoimmun. 4 , 197–217, (2024).

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（*排名不分先后）