NLRP3炎症小体激活和调控的新机制研究

As a most important NLR member, NLRP3 recognize a diverse set of inflammation-inducing stimuli that include PAMPs and DAMPs and control the production of important pro-inflammatory cytokines such as interleukin-1β (IL-1β) and IL-18. NLRP3 inflammasome is essential for eliciting immune response to pathogens. However, excessive activation contributes to the tissue pathogenesis. Therefore, it must be under tight control. Mechanisms of the NLRP3 inflammasome activation and regulation have been the forefront scientific research realm. Here we found NME4 and a small molecule with multiple bioactivity - NO, could positively and negatively regulate NLRP3 inflammasome activation respectively. In vitro reconstruction system and in vivo assays all suggested there function in regulating NLRP3 inflammasome activation. Now we have constructed the gene knockout mice and we will further go into their targets and function mechanisms and also prove their functions in vivo using animal inflammation model. Our investigation is an original innovation research which will be helpful in developing new therapeutic target to inflammation disease such as endotoxic shock and arthritis.

NLRP3作为最重要的NLR家族成员，能够识别多种外来病原体相关分子模式（PAMP）和自身产生的危险信号（DAMP），进而与接头蛋白ASC以及pro-caspase1形成称为"炎症小体"的蛋白复合物，切割pro-IL-1和pro-IL-18形成成熟形式。炎症小体促进机体抵抗外来病原体，而过度反应又会损伤机体导致各种疾病。因此，NLRP3功能的活化和精细调控机制是一个有待深入研究的前沿科学问题。我们发现新分子核苷酸去磷酸化酶MNE4和一氧化氮NO分别从正反两个方向调控NLRP3炎症小体的活化。通过体外重构系统，细胞模型和动物模型，证明了它们对炎症小体的调控作用。我们将深入研究其作用靶点和机制，在已构建好的基因敲除小鼠体内，进一步验证其功能。本课题是一项原始创新研究工作，通过研究NLRP3炎症小体所调控的细胞机制，可以为炎症相关疾病如败血症，关节炎等的新药开发提供新的思路，具有重要的科学意义。

炎症与很多人类疾病如自身免疫病、I型糖尿病、神经去行性疾病、感染、肿瘤发生等密切相关。炎症小体的激活是导致炎症发生的重要方式。作为功能最广泛的炎症小体，NLRP3和AIM2炎症小体能够识别多种病原体相关分子模式和自身危险信号，激活成熟的白介素1β和白介素18释放以及随后的炎症发生。该项目主要聚焦于研究NLRP3和AIM2炎症小体如何被激活以及调控激活的复杂分子机制。研究发现了一氧化氮和β-arrestin1能够分别正性和负性调控NLRP3炎症小体激活。一氧化氮能够抑制胞内ROS的产生，从而抑制NLRP3炎症小体复合物的组装以及后续的激活；G蛋白偶联受体下游分子β-arrestin1能够特异性与NLRP3相互作用从而促进其激活，揭示了GPCR信号通路与炎症小体通路的交叉反应。研究也揭示了AIM2炎症小体在肿瘤化疗诱导的肠道毒性中的功能，筛选到了小分子抑制剂用于缓解化疗毒性，为临床肿瘤病人的治疗提供了潜在的药物。另外在结核杆菌感染宿主过程中，结核杆菌的基因组DNA能够激活AIM2炎症小体和STING介导的I型干扰素的产生，而AIM2炎症小体能够通过其ASC组分强烈抑制STING活性，从而降低干扰素对宿主清除结核杆菌的阻碍。以上多项研究均在相应的动物模型上进行了体内实验的验证，包括内毒素休克模型、沙门式杆菌感染模型、结直肠癌化疗模型、结核杆菌感染模型等等，为更加清楚地揭示炎症发生的分子机制提供了一定的科学依据。我们的研究还发现NME4缺失巨噬细胞在流感病毒、LPS和Poly(I:C)刺激后诱导产生的I型干扰素明显降低, NME4缺失小鼠在流感病毒感染后表现出更高死亡率和组织损伤，同时具有更高的病毒载量和低水平I型干扰素产生。进一步机制研究发现NME4缺失会介导自噬引起TRIF蛋白降解，从而阻断下游信号通路。这些发现为阐明肺部流感感染炎症性疾病的致病机制提供新见解，并可为临床相关疾病的治疗提出新的理论指导。