NLRP3炎症小体对肠道病毒71型识别与应答的分子和细胞机制研究

Hand, foot and mouth disease (HFMD) is a serious febrile disease in children, which is mainly caused by Enterovirus 71 (EV71) infection. EV71 virus can suppress the innate immune system of the host to establish infection, at the same time the host immune system can also initiate effective responses to EV71 to control viral infection. It was reported that in the plasma of patients with serious pathological conditions carrying EV71 infection, the levels of IL-1β and IL-18 were significantly increased, suggesting activation of inflammasomes occurred. The activation of inflammasomes is likely to favor the host for virus control and clearance, but excessive inflammation can also cause tissue damage and even shock. Our preliminary results have revealed that EV71 virus activates the NLRP3 inflammasome in myeloid cells. Basing on this finding, the current project aims to further study the mechanisms of inflammasomes in recognition and control of EV71 virus. Moreover, EV71 virus infects various cells, and NLRP3 is expressed in different cells. We plan to study the in vivo role of NLRP3 in recognition and control of EV71 virus from different cell types by use of conditional NLRP3 deficient mice. Results from this project will provide important information for the EV71 infection and associated disorders.

手足口病是一种严重危害儿童健康的传染病，主要由肠道病毒71型（Enterovirus 71, EV71）感染引起。EV71病毒可以抑制宿主的天然免疫系统以建立感染，同时宿主的免疫系统也可对EV71产生有效应答以控制病毒。有报道显示，EV71感染的重症病人体液中IL-1β 和IL-18的表达显著升高，提示有炎症小体的活化发生。炎症小体的激活很可能有利于宿主对病毒的控制与清除，但炎症反应过度也会导致组织损伤甚至休克等问题。我们的初步实验结果已证明EV71可以在髓系细胞中激活NLRP3炎症小体，本项目准备在此基础上进一步深入研究炎症小体对EV71病毒识别与应答的分子机制。另外，EV71病毒可以感染多种宿主细胞，NLRP3也在多种细胞中表达，我们准备运用条件性NLRP3敲除小鼠研究炎症小体在动物体内识别和控制EV71感染的细胞机制，期望为EV71感染及相关病症的干预提供重要实验依据。

本项目的研究包括基础和应用两个部分。在基础研究方面，我们之前的工作发现NLRP3炎性小体各个组分（NLRP3, ASC, Caspase-1）缺失的小鼠在EV71感染的情况下发病都比野生型对照严重，且证明在EV71感染以后，宿主细胞的NLRP3炎性小体可以被激活，分泌IL-1β和IL-18等细胞因子。鉴于炎症反应的双刃剑效应，我们深入研究了炎性小体下游的细胞因子IL-1β和IL-18对于宿主控制EV71感染的贡献。首先我们发现在EV71感染时Il18-/-比WT小鼠发病更严重，提示IL-18对宿主发挥保护作用。更重要的是，重组的IL-18蛋白对EV71感染的小鼠有明显的治疗作用，从而充分证明IL-18是宿主抵抗EV71病毒感染的重要因子，该文章已经发表（Cytokine. 2017 Aug;96:132-137.）。为了进一步研究IL-1β在EV71感染过程中是否也发挥保护作用，我们利用IL-1β的受体白介素1受体I型（Il1-RI）缺失的小鼠开展了研究。结果显示EV71感染后的Il1RI-/-小鼠比WT小鼠有更低的存活率和更多的炎症损伤（附图）。由于IL-1a, IL-1β 以及IL-1Ra都是通过Il1-RI传递信号，而IL-1a和 IL-1β诱导促炎信号，IL-1Ra诱导抑炎信号，我们正在比较Il1a-/-, Il1b-/-, Il1Ra-/-三种基因敲除小鼠对EV71应答的区别，以期最终阐明炎性小体下游的关键细胞因子及相关的信号在宿主控制EV71病毒感染中的作用。在应用研究方面，我们首先发现柠檬酸铁铵（Ferric Ammonium Citrate, FAC）抑制EV71病毒在巨噬细胞中对炎性小体的激活，但这种抑制不是干扰了宿主细胞的信号通路，而是直接抑制了EV71病毒复制。该工作已经申请了专利，也发表了文章（Cell Discov. 2018 Mar 27;4:14.）。我们的另外一项发现是针对HCV开发的抗病毒药物司美匹韦（simeprevir）也能够有效抑制EV71病毒复制，其效应与干扰素信号通路没有直接关联，而是直接或者以其他目前未知的方式干扰了EV71病毒在多种宿主细胞中的复制。该发现已经申请了专利，文章也已经发表（Antiviral Res. 2019 Dec;172:104607. ）。这些发现为控制EV71病毒感染提供了新的思路和工具。