BPOZ参与调控经典及非经典炎症小体激活的分子机制研究

Inflammasomes are cytosolic multi-protein complexes assembled by intracellular nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors (NLRs) and initiate innate immune responses to invading pathogens and danger signals by activating caspase-1. Caspase-1 activation leads to maturation and release of the proinflammatory cytokines interleukin IL-1β and IL-18 as well as a lytic inflammatory cell death termed pyroptosis. Recently, a novel non-canonical inflammasome was described that activates Caspase-11, a proinflammatory caspase required for LPS-induced lethality. Caspase-1 and Caspase-11 have both distinct and overlapping roles in the release of IL-1α and IL-1β and the induction of cell death. However, the precise regulation of Caspase-1 and Caspase-11 remains largely elusive. In this study, we report that BPOZ-deficient mice were more susceptible to mortality in LPS sepsis models and were hypersusceptible to dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis. Macrophages from BPOZ-deficient mice also exhibited defective IL-1β secretion, Caspase-1, and Caspase-11 activation induced by a variety of canonical and noncanonical stimulus. Mechanistically, BPOZ interacted with Caspase-1 and Caspase-11. Peptide cutter analysis showed that BPOZ contains an aspartic acid residue (D246) critical for Caspase-1 binding, which occupies the substrate site of caspase-1 to inhibit its activation. Here in this study, we would like to delineate the biological function of BPOZ in inflammasome signaling pathway and uncovering the mechanism behind in detail.

炎症小体包括Caspase-1依赖的经典以及Caspase-11依赖的非经典炎症小体。Caspase-1、-11在细胞中的活性受到精确调控，但是对Caspase-11以及二者协同调控的研究知之甚少。我们前期研究发现， BPOZ敲除小鼠对LPS诱导的败血症模型以及DSS诱导的肠炎模型更加敏感，而且BPOZ敲除小鼠血清中IL-1β的水平更高。此外，在各种经典及非经典炎症小体激活物刺激下，BPOZ敲低的人巨噬细胞上清中分泌更多的IL-1β。初步研究显示BPOZ能够同时与Caspase-1、-11发生相互作用。生物信息学软件预测结果显示，BPOZ很有可能是Caspase-1的伪底物。本项目将进一步确立BPOZ负调控炎症小体激活这个生物学现象，研究BPOZ与Caspase-1、-11的相互作用及其生理学意义，揭示BPOZ调控炎症小体信号通路的分子机制，为抗炎及抗感染药物开发提供潜在的可能靶点。

为了防御病毒和细菌感染,固有免疫系统可通过模式识别受体（Pattern Recognition Receptors，PRRs）识别病原微生物中保守的病原相关分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns，PAMPs）以及自身急性损伤过程中产生的损伤相关分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns，DAMPs），起始免疫应答。炎症小体是细胞内多蛋白信号复合物，主要存在于骨髓细胞中。当细胞膜上的PRR识别到PAMPs和DAMPs等危险信号后，便会通过同源域的相互作用形成这种多蛋白复合物，招募的聚集caspase-1前体蛋白，并使之通过自裂解的方式激活，切割pro-IL-1β和pro-IL-18，调控促炎性细胞因子IL-1β 和IL-18的释放，或导致细胞焦亡。炎症小体在机体防御过程中具有重要作用，其适度激活对清除病原微生物等损伤起到重要作用，然而过度的炎症反应会导致自身炎症性疾病、自身免疫性疾病、代谢类疾病及肿瘤等多种疾病的发生。靶向炎症小体激活及直接或间接促进其聚集、激活的相关分子的研究是治疗自身免疫病的潜在手段。本研究通过构建BPOZ+/+、BPOZ-/-小鼠的败血症模型和结肠炎模型发现BPOZ可以降低小鼠的炎症反应，在抑制炎症应答过程中具有重要作用。利用经典和非经典炎症小体刺激物刺激BPOZ缺失BMDMs细胞或BPOZ特异性敲低的THP-1细胞后IL-1β分泌减少。免疫共沉淀的结果表明BPOZ可与caspase-1活性亚基p20/p10、E3泛素连接酶支架蛋白Cullin3相互作用，将Cullin3招募到caspase-1 p20/p10上，形成复合体，以泛素化修饰的方式造成caspase-1 p20/p10降解，稳定性降低。过表达BPOZ后，caspase-1 p20/p10稳定性降低，IL-1β的成熟分泌减少；敲除BPOZ后，caspase-1 p20/p10稳定性增强，IL-1β的成熟分泌增多。综上所述，在炎症应答过程中BPOZ将Cullin3招募到caspase-1 p20/p10上，以泛素化修饰的方式造成caspase-1 p20/p10降解，降低caspase-1切割pro-IL-1β的活性，减少IL-1β的成熟分泌，缓解炎症应答强度。该研究的研究结果证明BPOZ可作为一个负