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21世纪初，NLRP1和NLRP3成为首批被描述的炎症小体，它们是由胞质内多种蛋白质组成的复合物，能够感知危险信号。激活的炎症小体促使促炎细胞因子IL-1β和IL-18成熟并释放¹。尽管NLRP1是NLR（核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列受体）家族中第一个被确认的成员，但其功能相关性在多年内仍不清楚。与此同时，NLRP3迅速成为典型且研究最透彻的炎症小体，与包括2型糖尿病、痛风性关节炎和癌症在内的多种疾病相关²。如今，NLRP1的研究正带动新的趋势。病毒感染^3,4和UVB辐射⁵已被确定为人类NLRP1的天然触发因素。此外，在SARS-CoV-2感染情况下，过度的NLRP1激活会加剧COVID-19的严重程度⁴，并且NLRP1的功能获得性突变会导致皮肤鳞状细胞癌易感性增加⁶。人们不禁猜测，这些新发现或许会撼动NLRP3在炎症小体领域的核心地位。实际上，在某些疾病中，NLRP3的激活可能仅仅是其他炎症小体反应引发的附带结果。阐明NLRP1和NLRP3在稳态和病理状态下的作用，将为微生物性疾病和非感染性疾病带来新的治疗方法。在此，我们回顾了目前关于这两种传感器的认识，并探讨了在病理生理背景下评估它们各自作用时所面临的实验困难。

小鼠与人类

NLRP3和NLRP1在多个方面存在差异，包括组织表达、蛋白质结构和激活机制。此外，虽然NLRP3在人类和小鼠之间高度保守，但NLRP1并非如此。

表达

在人类中，单个 NLRP1基因存在选择性剪接，其中异构体1是研究最多的⁷。相比之下，小鼠则呈现多基因结构。我们目前的大部分知识都集中在小鼠Nlrp1b旁系同源物上⁸。人类NLRP1在上皮屏障（即角质形成细胞和支气管上皮细胞）中高表达，而小鼠NLRP1B以及人类/小鼠NLRP3主要存在于髓系细胞中⁸。

结构

NLR蛋白通常具有一个N端效应结构域、一个中央核苷酸结合结构域（Nucleotide-Binding Domain, NACHT）和一个由数个富含亮氨酸重复序列（Leucine-Rich Repeats, LRR）组成的C端配体结合区。NLRP和NLRC亚组的区别在于其N端：NLRP亚组含有PYD（Pyrin Domain）结构域，而NLRC亚组含有CARD（Caspase Recruitment Domain）结构域。

NLRP3和NLRP1的构象

NLRP3包含一个PYD-NACHT-LRR模块，其中NACHT和LRR结构域相互作用，使NLRP3保持自身抑制/闭合构象。PYD则在NLRP3激活后驱动炎症小体的形成⁹。

NLRP1的结构与NLRP3及其他NLRP蛋白不同。除了N端的PYD-NACHT-LRR模块外，其C端在CARD结构域上游还含有一个功能未知结构域（Function-to-Find-Domain, FIIND）。FIIND会发生组成型自身蛋白水解，产生一个"获得许可"的全长NLRP1（NLRP1^FL），其中N端片段（NLRP1^NT）和C端片段（NLRP1^CT）仍以非共价方式结合¹⁰。结构研究揭示了一个三元复合物，其中一个NLRP1^FL和一个NLRP1^CT与二肽基肽酶DPP8/9结合，从而抑制了能形成炎症小体的NLRP1^CT的活性¹¹。单个NLRP1^CT最初是如何产生的尚不清楚。NLRP1^CT释放后，其CARD结构域驱动NLRP1炎症小体的形成。值得注意的是，在小鼠中，PYD结构域被NR100结构域所取代。

NLRP3炎症小体的形成

NLRP3能感知多种刺激（微生物源、无菌源或环境源）。然而，至今尚未发现NLRP3的专属配体，且NLRP3激活的确切机制仍有待全面阐明。目前的共识是，胞质内的应激信号，如钾离子外流和氧化的线粒体DNA，会导致NLRP3发生翻译后修饰并使其构象开放^12,13。NLRP3构象的这种改变使其PYD结构域能够通过ASC（一种包含PYD和CARD的接头蛋白）招募pro-caspase-112。NimA相关蛋白激酶7（NimA-Related Protein Kinase 7, NEK7）与LRR结构域相互作用，被认为在小鼠中支持NLRP3的寡聚化^14,15，但在人类中并非必需¹⁶。重要的是，NLRP3的激活步骤在人类和小鼠中似乎高度保守，这使得利用小鼠疾病模型研究NLRP3的相关性成为可能。

NLRP1炎症小体的形成

2012年，一项研究发现炭疽致死因子（Lethal Factor, LF）在小鼠模型中激活NLRP1，并在 炭疽杆菌感染后驱动促炎反应¹⁷，这填补了理解NLRP1炎症小体的一个重大空白。然而，这一发现并未在人类中重现¹⁰。自2020年以来，我们对人类NLRP1激活的理解加速发展。大多数报告都支持"功能性降解"模型：不同的刺激（如下所列）会引发NLRP1^NT部分的不稳定和蛋白酶体降解，从而允许NLRP1^CT片段的释放。

◆ Val-boroPro（VbP，Talabostat），一种已知能刺激抗肿瘤免疫反应的小分子，能抑制DPP8/9的催化活性，并在小鼠和人类中诱导NLRP1^NT降解(11,18)。值得注意的是，目前尚未发现任何（病理）生理状态下编码产生的分子能作为DPP8/9的抑制剂。

◆ 病原体编码的蛋白质，特别是蛋白酶，如引起普通感冒的人类鼻病毒的3C蛋白酶（3Cpro）(3)和引起COVID-19的SARS-CoV-2的NSP5蛋白酶⁴，已被证明能诱导NLRP1NT降解和NLRP1激活。因此，NLRP1被认为是一种广谱的微生物毒力因子诱饵受体。这些触发因素要么局限于人类NLRP1，要么局限于小鼠NLRP1，体现了宿主与病原体的共进化。

◆ 紫外线B（UVB）辐射会引起由MAP3激酶ZAKα介导的核糖体毒性应激反应。该激酶引发NLRP1^NT的过度磷酸化，这可能加速其降解⁵。

◆ 森林脑炎病毒（Semiliki Forest Virus）复制产生的长双链RNA（Long Double-Stranded, dsRNA）会激活人类（而非小鼠）的NLRP1¹⁹。在这种情况下，NLRP1可能发生构象转换，从而允许NLRP1^NT降解¹⁹。仍需更多研究来确定NLRP1^CT片段释放的机制。

小鼠和人类的NLRP3和NLRP1的激活

NLRP3和NLRP1的保障机制

传感器的激活和炎症小体的形成会导致迅速而强大的炎症反应，一旦意外触发，将极其有害。因此，为防止不必要的激活，在炎症小体反应的各个阶段都存在多重保障机制。至少在NLRP3和NLRP1的传感器层面，已经描述过这样的检查点。

NLRP3和NLRP1在稳态下的保障措施

NLRP3的激活受两个信号调控。第一个启动信号使NLRP3传感器对第二个激活信号做出反应。启动信号可由PRRs（病原体识别受体）或细胞因子受体传递。取决于细胞类型以及信号的性质和持续时间，NLRP3的启动可通过转录上调、翻译后修饰或与蛋白质伴侣（如NEK7）结合来实现^13,20。最近，Schmacke等人发现，在人类中，存在一条由IKKβ介导、不依赖于NEK7且占主导地位的NLRP3启动通路¹⁶。作者表明，IKKβ通过增加NLRP3向反式高尔基体网络（trans-Golgi Network, TGN）的募集来诱导其启动，TGN是一个被认为在NLRP3炎症小体组装中起关键作用的细胞器^12,16,21。

NLRP1的激活受功能性NLRP1^CT片段从三元复合物DPP8/9-NLRP1^FL-NLRP1^CT中释放的调控，该释放被认为是NLRP1炎症小体形成的一个检查点^11,22。Ball等人最近的一份报告指出，在稳态下，NLRP1^FL与氧化的硫氧还蛋白-1（Oxidized Thioredoxin-1, TRX1）结合，而还原性应激会触发它们解离以及NLRP1^NT部分的蛋白酶体降解。由此产生的NLRP1^CT片段被隔离并抑制在三元复合物内，直到第二个信号触发其释放以组装炎症小体²²。这些体外数据有力地表明，还原性应激会增强NLRP1的激活。然而，还需要更多的研究来确定还原性应激的生理诱导因素。此外，尚不清楚还原性应激导致的NLRP1^NT降解是作为启动步骤，还是直接诱导NLRP1炎症小体形成。在这两种情况下，可能是还原性应激和其他刺激（如病毒蛋白酶、UVB辐射）导致NLRP1^NT降解后，NLRP1^CT的积累解除了三元复合物的检查点限制^11,22。

在炎症小体形成之前，NLRP3或NLRP1传感器启动与激活之间的界限仍是一个主要的研究方向。

信号传导

激活的NLRP3和NLRP1传感器分别通过其PYD结构域和CARD结构域与ASC结合，进而招募pro-caspase-1^12,23。在人类中，pro-caspase-1与NLRP1的相互作用严格依赖ASC，而在小鼠中则非必需²³。最终，这些复合物导致caspase-1的激活，后者进而将pro-IL-1β和pro-IL-18以及Gasdermin D（GSDMD）剪切为具有生物活性的形式。在质膜上形成GSDMD孔道允许IL-1β和IL-18的分泌，并最终导致细胞焦亡²⁴。

值得注意的是，NLRP3和NLRP1炎症小体可能还利用其他的信号传导机制。在caspase-1或GSDMD失活/敲除的小鼠中，NLRP3炎症小体会启动一种延迟的、由caspase-8、caspase-3和Gasdermin E（GSDME）介导的替代性细胞死亡^25,26。在人类肺上皮细胞中，SARS-CoV-2的NSP5蛋白酶通过使GSDMD失活来对抗NLRP1炎症小体信号传导。受感染细胞的死亡则由NLRP1驱动caspase-3激活和GSDME剪切来确保⁴。有趣的是，重症COVID-19患者的血浆中炎症小体标志物（IL-18、GSDMD、GSDME、caspase-3）以及成熟的IL-16（一种由caspase-3衍生的警报素）水平升高⁴。这一发现提示未来需要进行体内研究，以阐明IL-16的作用和机制，目前对IL-16知之甚少。此外，对于每种炎症小体而言，caspase-3-GSDME轴是细胞因子释放和/或裂解期的补偿性信号通路还是平行信号通路，仍有待阐明²⁶。

未来的挑战

炎症小体在清除病原体方面是有益的，但其过度刺激可能对宿主有害^2,27,28。因此，制定精细的治疗策略至关重要，需避免系统性阻断炎症细胞因子以及由此导致的机会性感染。重症COVID-19可能说明了NLRP3反应的过度。有报告显示，在患者单核细胞中，NLRP3与炎症小体斑点共定位29。NLRP3在肺部病理学中的作用也已通过SARS-CoV-2感染的小鼠模型得到证实³⁰。然而，最近关于SARS-CoV-2 NSP5蛋白酶激活NLRP1的发现，要求我们在实验设计上更加谨慎。是否存在这样一种可能性：那些暗示NLRP3对病毒有直接反应的数据，也可能归因于NLRP1炎症小体反应引起的细胞应激？同样，NLRP3的激活也可能由非经典caspase-4/5通路对细菌继发感染（呼吸道病毒感染中的常见事件）来源的脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS）产生反应而触发³¹。

要阐明在感染和致病过程中每种炎症小体的相对重要性以及它们之间的前馈环路，需要进行体内研究。为了解决NLRP1在小鼠和人类之间保守性差的问题，一种策略是使用人源化小鼠，即用人类炎症小体成分的转基因表达来替换小鼠的相应成分。

在没有感染或无菌性炎症的情况下，NLRP3和 NLRP1的功能获得性突变会导致人类单基因炎症性疾病（即炎症小体病）^32,33。因此，NLRP3的此类突变会引起cryopyrin相关周期性综合征（Cryopyrin-Associated Periodic Syndromes, CAPS），而 NLRP1的功能获得性突变则会导致诸如NLRP1相关自身炎症伴关节炎（NLRP1-Associated Autoinflammation with Arthritis, NAIAD）和多种自愈性掌跖癌（Self-Healing Palmoplantar Carcinoma, MSHPC）等疾病^32,33。

有趣的是，大多数NLRP3和NLRP1的自身炎症突变位于对传感器抑制至关重要的结构域中^32,33。因此，它们为筛选小分子通过靶向特定传感器来防止炎症小体过度活化提供了首个试验场。小鼠炎症疾病模型使得筛选和发现MCC950（一种强效且特异的NLRP3抑制剂）成为可能^34,35。这种有前景的药物已完成II期临床试验，正等待进一步测试。尽管如此，它已经激励了制药公司，目前已有几种其他的NLRP3抑制剂进入后期临床试验阶段³⁶。

许多问题仍然悬而未决，需要更多的研究来减轻与炎症小体相关的疾病对公共健康造成的负担。

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