Nibrozetone

1 研究背景与立题依据 1.1 NLRP3 炎症小体与焦亡的生物学基础 细胞焦亡是一种区别于凋亡、坏死的程序性细胞死亡方式，其核心特征是依赖于半胱天冬氨酸蛋白酶（caspase）家族的激活，最终通过 gasdermin 家族蛋白（主要为 GSDMD）在细胞膜上形成孔道，导致细胞肿胀破裂、胞质内容物大量释放，进而触发剧烈的炎症反应与免疫激活。作为焦亡通路的核心调控枢纽，NOD 样受体家族含 pyrin 结构域蛋白 3（NLRP3）炎症小体是一种胞内多蛋白复合物，由受体蛋白 NLRP3、接头蛋白 ASC 与效应蛋白 pro-caspase-1 三部分组成，在固有免疫与炎症反应中发挥关键调控作用。 NLRP3 炎症小体的激活分为两个关键阶段：第一阶段为启动阶段（Priming），细胞受病原相关分子模式（PAMPs，如 LPS）或损伤相关分子模式（DAMPs）刺激后，通过 NF-κB 通路上调 NLRP3、pro-IL-1β、pro-IL-18 等炎症相关蛋白的表达，为炎症小体激活奠定分子基础；第二阶段为激活阶段（Activation），细胞受到尼日利亚菌素、ATP、MSU 结晶等第二信号刺激后，触发 NLRP3 蛋白发生构象变化与寡聚化，进而招募 ASC 形成斑点状聚集体，并募集 pro-caspase-1 完成其自剪切激活。激活的 caspase-1 一方面剪切 pro-IL-1β、pro-IL-18 形成成熟的促炎因子并释放至胞外，另一方面剪切 GSDMD 产生其 N 端活性片段（GSDMD-NT），GSDMD-NT 在细胞膜上寡聚化形成孔道，最终诱导焦亡发生，同时促进 IL-1β、乳酸脱氢酶（LDH）等胞内容物的释放。 1.2 NLRP3 炎症小体在炎症性疾病中的关键作用 异常的 NLRP3 炎症小体过度激活与焦亡紊乱，是多种自身免疫性疾病、慢性炎症性疾病与急性炎症损伤的核心发病机制。研究证实，NLRP3 炎症小体的持续激活，通过驱动 IL-1β 等促炎因子的大量释放与焦亡介导的组织破坏，参与多发性硬化（MS）、脓毒症、痛风性关节炎、腹膜炎、炎症性肠病、神经退行性疾病等多种疾病的发生发展。 在中枢神经系统炎症性疾病中，MS 是以 T 细胞介导的中枢神经系统脱髓鞘为核心特征的自身免疫性疾病，而 NLRP3 炎症小体在小胶质细胞与浸润的巨噬细胞中过度激活，是驱动中枢神经炎症、脱髓鞘与神经功能损伤的关键机制，EAE 模型作为 MS 的经典动物模型，其疾病进展高度依赖 NLRP3 炎症小体的激活。在急性炎症综合征中，LPS 诱导的脓毒性休克以全身剧烈炎症反应、多器官损伤为特征，NLRP3 炎症小体介导的细胞因子风暴是其核心病理环节；而 MSU 结晶沉积诱导的痛风性关节炎与腹膜炎，更是 NLRP3 炎症小体直接驱动的经典疾病模型，其炎症反应完全依赖 NLRP3 的激活。因此，NLRP3 炎症小体已成为炎症性疾病药物研发的核心靶点，开发特异性靶向 NLRP3 的抑制剂，是上述疾病治疗的重要研究方向。 1.3 NLRP3 抑制剂的研发现状与临床转化困境 近年来，全球范围内针对 NLRP3 炎症小体的抑制剂研发取得了一定进展，多种小分子抑制剂被证实可在动物模型中发挥治疗作用。例如，RRx-001 作为目前临床进展最快的 NLRP3 抑制剂，已在 12 项临床试验中完成了 300 余例肿瘤患者的安全性评价，可在小鼠模型中缓解脓毒症、结肠炎与 EAE；冬凌草甲素（Oridonin）通过共价结合 NLRP3 蛋白的 NACHT 结构域，精准锁定其激活，在多种 NLRP3 相关疾病模型中展现出显著疗效；去氢木香内酯（DCL）通过不可逆靶向 NLRP3，可缓解克罗恩病、脓毒性休克与腹膜炎的疾病进展。 然而，尽管上述抑制剂在临床前研究中展现出良好的药效，目前尚无一款选择性NLRP3抑制剂成功实现临床转化与上市，其核心瓶颈在于药物的毒性风险与体内疗效不足。多数新型小分子抑制剂存在脱靶效应、体内代谢稳定性差、器官毒性等问题，无法满足临床长期用药的安全性要求。因此，从已获批上市、临床安全性已得到充分验证的 FDA 药物库中，筛选具备 NLRP3 抑制活性的老药，实现 “老药新用”，是突破 NLRP3 抑制剂临床转化困境的高效策略，可大幅缩短药物研发周期、降低临床应用风险。 1.4 CeeNU 的临床应用背景与研究空白 CeeNU，又称洛莫司汀（Lomustine，CCNU），是一种FDA批准的口服烷化剂类化疗药物，临床中主要用于复发或进展性胶质母细胞瘤、霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤的治疗。其核心药理学特征是可高效透过血脑屏障，因此在原发性脑肿瘤的化疗中具有不可替代的地位，临床中与其他药物联用可显著提升脑肿瘤患者的生存率。 除抗肿瘤作用外，早期临床研究发现，CeeNU 治疗可显著降低 MS 患者中枢神经系统的 IgG 合成，提示其具备免疫抑制与抗炎活性。然而，截至本研究开展前，CeeNU 抗炎作用的具体分子机制、直接作用靶点，以及其在 NLRP3 炎症小体介导的炎症性疾病中的治疗潜力，均未得到阐明与系统验证，这也成为本研究的核心切入点。 1.5本研究的科学问题与研究目标 基于上述研究背景，本研究拟解决三个核心科学问题：第一，CeeNU是否具备NLRP3炎症小体抑制活性，其对NLRP3介导的焦亡是否具有调控作用；第二，若CeeNU具备抑制活性，其分子靶点与具体作用机制是什么，是否为NLRP3的选择性抑制剂；第三，CeeNU在体内是否对NLRP3炎症小体介导的炎症性疾病具有治疗效果，是否具备临床转化潜力。 围绕上述科学问题，本研究的目标是：通过高通量药物筛选，明确CeeNU的NLRP3炎症小体抑制活性；通过细胞水平功能实验，系统验证其对人源与鼠源免疫细胞焦亡的抑制作用与选择性；通过分子生物学与生物物理学实验，阐明其直接作用靶点与分子机制；通过多种动物疾病模型，评价其体内抗炎治疗效果，最终为NLRP3介导的炎症性疾病提供一款具备快速临床转化潜力的候选药物。 2研究材料与实验方法 2.1实验材料与试剂 本研究使用的核心材料包括：含 2747 种 FDA 批准药物的化合物库（Selleck Chemicals）；CeeNU（洛莫司汀，Selleck Chemicals）；LPS、尼日利亚菌素、ATP、MSU 结晶、poly (dA:dT)、鞭毛蛋白等炎症小体激活剂；CellTiter-Glo细胞活力检测试剂盒、LDH细胞毒性检测试剂盒、caspase-1活性检测试剂盒；人/小鼠IL-1β、IL-6、TNF-αELISA试剂盒；NLRP3、caspase-1、ASC、GSDMD、IL-1β、GAPDH等蛋白的特异性一抗与对应二抗；DMEM、RPMI1640培养基、胎牛血清等细胞培养试剂。 实验动物包括：SPF 级 C57BL/6 背景野生型（WT）小鼠、Nlrp3 基因敲除（Nlrp3-/-）小鼠、Gsdmd 基因敲除（Gsdmd-/-）小鼠，均为 8-10 周龄，性别匹配，用于原代细胞分离与体内动物模型构建。 2.2细胞系与原代细胞培养 本研究使用的细胞系包括：人 THP-1 单核细胞系、小鼠永生化骨髓来源巨噬细胞（iBMDMs）、人胚肾 HEK293T 细胞系。其中，THP-1 细胞经佛波酯（PMA）诱导分化为巨噬细胞，用于高通量筛选与细胞水平功能实验；iBMDMs 与 HEK293T 细胞用于分子机制验证实验。 原代细胞分离培养包括：①骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）：分离 C57BL/6 小鼠股骨与胫骨的骨髓细胞，经含 M-CSF 的 L929 细胞条件培养基诱导分化 7 天，获得成熟 BMDMs；②原代小胶质细胞：分离新生 1 天（P1）小鼠大脑皮层，经酶消化后培养 14 天，分离获得原代小胶质细胞，用于中枢神经炎症相关的细胞实验。 2.3炎症小体激活与药物干预方案 NLRP3 炎症小体激活的经典方案：细胞先经 LPS（100-200 ng/mL）预处理 3-4 小时完成启动阶段，加入不同浓度的 CeeNU 预处理 1 小时后，分别加入尼日利亚菌素（10 μM，1 小时）、ATP（5 mM，30 分钟）、MSU 结晶（200 μg/mL，6 小时）刺激，完成 NLRP3 炎症小体激活。 其他炎症小体激活方案：AIM2 炎症小体通过转染 poly (dA:dT)（2 μg/mL，16 小时）激活；NLRC4 炎症小体通过转染鞭毛蛋白（1 μg/mL，16 小时）激活，用于验证 CeeNU 的作用选择性。 2.4细胞水平功能验证实验 细胞活力检测：采用 CellTiter-Glo 发光法细胞活力检测试剂盒，基于细胞内 ATP 含量评估焦亡导致的细胞活力下降，用于高通量药物筛选与细胞毒性评价；CCK-8 法用于检测 CeeNU 对不同细胞的基础毒性，确定非细胞毒性的药物浓度范围。 炎症因子释放检测：采用 ELISA 试剂盒检测细胞培养上清、动物组织匀浆、血清中的 IL-1β、IL-6、TNF-α 等促炎因子水平；采用 LDH 检测试剂盒评估细胞焦亡导致的细胞膜破裂与胞内容物释放水平。 蛋白表达与剪切检测：采用蛋白质免疫印迹（WB）实验，检测细胞上清中激活的 caspase-1 p20 片段、成熟 IL-1β p17 片段，以及细胞裂解液中 NLRP3、pro-caspase-1、pro-IL-1β、GSDMD、GSDMD-NT 等蛋白的表达水平，明确 CeeNU 对炎症小体激活关键分子的影响。 细胞形态与焦亡可视化：采用钙黄绿素 AM/PI 双染、PI/DAPI 核染，通过激光共聚焦显微镜观察焦亡细胞比例；采用扫描电子显微镜（SEM）直接观察细胞表面 GSDMD 孔道形成、细胞膜破裂等焦亡形态学特征，直观验证 CeeNU 对焦亡的抑制作用。 2.5分子机制研究实验 ASC 寡聚化与 NLRP3 寡聚化检测：采用 DSS 化学交联法检测 ASC 寡聚体形成；采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳（Native-PAGE）检测 NLRP3 自身寡聚化水平，明确 CeeNU 对炎症小体组装的影响。 免疫共沉淀（Co-IP）实验：检测内源性 / 外源性 NLRP3 与 NEK7 的蛋白互作水平，明确 CeeNU 对 NLRP3-NEK7 结合的调控作用；采用激光共聚焦免疫荧光实验，观察 ASC 斑点的形成情况，量化 CeeNU 对炎症小体组装的抑制效应。 药物 - 靶点互作验证：采用药物亲和响应靶点稳定性（DARTS）实验、细胞热位移分析（CETSA）实验，验证 CeeNU 与 NLRP3 蛋白的直接结合；采用表面等离子体共振（SPR）实验，定量检测 CeeNU 与重组人 NLRP3 蛋白的结合亲和力，计算解离常数（KD）。 NLRP3 ATP 酶活性检测：通过检测 ATP-ADP 的转化水平，评估 CeeNU 对 NLRP3 蛋白 ATP 酶活性的抑制作用。 位点突变与功能回补实验：构建 NLRP3 R335A、R335K 点突变质粒与慢病毒，在 Nlrp3-/- BMDMs 中回补野生型（WT）与突变型 NLRP3，验证 R335 位点对 CeeNU 抑制活性的关键作用。 2.6分子对接与生物信息学分析 从 PDB 数据库获取 NLRP3 蛋白的晶体结构（PDB ID: 6NPY），采用 AutoDock 4.2.6 软件进行分子对接模拟，预测 CeeNU 与 NLRP3 蛋白的结合位点、结合模式与结合自由能，通过 PyMOL 软件可视化结合构象与相互作用的氨基酸残基；通过氨基酸序列同源比对，分析 NLRP3 R335 位点在人与小鼠中的保守性。 2.7体内动物模型构建与药效学评价 本研究构建了四种 NLRP3 相关的小鼠疾病模型，系统评价 CeeNU 的体内药效： MSU 诱导的小鼠腹膜炎模型：C57BL/6 雄性小鼠经腹腔注射 CeeNU 预处理后，腹腔注射 MSU 结晶诱导腹膜炎，6 小时后收集腹腔灌洗液，通过流式细胞术检测腹腔中性粒细胞、单核细胞的浸润比例与绝对数量，ELISA 检测灌洗液中 IL-1β、IL-6 水平。 MSU 诱导的小鼠痛风性关节炎模型：小鼠经腹腔注射 CeeNU 预处理后，足垫注射 MSU 结晶诱导急性痛风性关节炎，连续 6 小时检测足垫厚度，拍照记录关节肿胀程度；取材后通过 H&E 染色观察关节组织病理损伤，检测关节组织中 caspase-1 活性与 IL-1β 水平。 LPS 诱导的脓毒性休克模型：小鼠经 CeeNU 预处理后，腹腔注射 LPS 诱导脓毒性休克，记录小鼠生存率，检测血清中炎症因子水平，通过 H&E 染色观察肺组织病理损伤与炎症细胞浸润情况。 MOG35-55 诱导的 EAE 模型：C57BL/6 雌性小鼠皮下免疫 MOG35-55 多肽与完全弗氏佐剂乳化液，腹腔注射百日咳毒素构建 EAE 模型，从免疫当天开始每日给予 CeeNU 或对照药物，采用国际通用的临床评分标准每日记录小鼠神经功能损伤情况；疾病高峰期取材，通过 H&E 与固蓝（LFB）染色观察脊髓组织炎症浸润与脱髓鞘情况，流式细胞术检测脑组织中免疫细胞浸润，qRT-PCR 检测脊髓组织中促炎因子的 mRNA 表达水平；同时设置特立氟胺（MS 临床一线药物）对照组，对比 CeeNU 的治疗效果。 3实验结果与分析 3.1高通量药物筛选锁定 CeeNU 为潜在 NLRP3 炎症小体抑制剂 为了从临床获批药物中筛选出具备 NLRP3 炎症小体抑制活性的候选药物，研究团队建立了基于 CellTiter-Glo 发光法的高通量筛选体系，该体系通过检测细胞内 ATP 含量反映焦亡导致的细胞活力下降，与自动化高通量筛选平台高度兼容，可高效评估药物对 LPS / 尼日利亚菌素诱导的 NLRP3 介导细胞毒性的抑制作用（图 1A）。 研究团队对 2747 种 FDA 批准的临床药物进行了全库筛选，结果显示，CeeNU 对 LPS / 尼日利亚菌素诱导的 PMA 分化 THP-1 巨噬细胞毒性展现出最强的抑制效应，在所有筛选化合物中排名首位（图 1B），其化学结构如图 1C 所示。随后，研究团队首先评估了 CeeNU 的细胞毒性，CCK-8 实验结果显示，在 150 μM 浓度以内，CeeNU 对分化的人 THP-1 巨噬细胞无明显细胞毒性，确定了后续实验的安全药物浓度范围（图 1D）。在此基础上，细胞活力实验证实，CeeNU 可剂量依赖性地逆转 LPS / 尼日利亚菌素诱导的 THP-1 细胞活力下降，展现出优异的抗焦亡活性（图 1E）。上述高通量筛选与初步验证结果，首次明确了 CeeNU 对 NLRP3 介导的细胞焦亡具有显著的抑制作用，为后续深入研究奠定了基础。 图1 高通量筛选证实 CeeNU 是一种高效的 NLRP3 抑制剂 3.2 CeeNU 以 NLRP3 依赖的方式显著抑制人巨噬细胞焦亡与 IL-1β 释放 为了系统验证 CeeNU 对 NLRP3 炎症小体激活的抑制作用，研究团队在 PMA 分化的人 THP-1 巨噬细胞中，开展了多维度的功能验证实验。首先，ELISA 与 LDH 检测结果显示，针对尼日利亚菌素或 MSU 结晶两种不同 NLRP3 激活剂诱导的炎症反应，CeeNU 均可剂量依赖性地抑制细胞上清中 IL-1β 的分泌与 LDH 的释放（图 2A、B、D、E），且在 10-150 μM 浓度范围内呈现出显著的量效关系。 WB 实验结果进一步揭示了 CeeNU 的作用环节：CeeNU 可剂量依赖性地抑制细胞上清中 caspase-1 p20 活性片段与 IL-1β p17 成熟片段的产生，这两个蛋白是 NLRP3 炎症小体激活的核心标志物；但值得注意的是，CeeNU 对细胞裂解液中 pro-IL-1β、pro-caspase-1、NLRP3 的蛋白表达水平无显著影响（图 2C、F）。这一结果首次提示，CeeNU 不影响 NLRP3 炎症小体的启动阶段，而是特异性抑制其激活阶段。同时，CeeNU 可显著抑制 GSDMD 的剪切激活与 GSDMD-NT 片段的产生，而 GSDMD-NT 是焦亡发生的直接执行分子（图 2C、F）。 激光共聚焦 PI/DAPI 染色结果显示，LPS / 尼日利亚菌素刺激可导致 THP-1 细胞中 PI 阳性焦亡细胞比例显著升高，而 CeeNU 预处理可剂量依赖性地降低 PI 阳性细胞比例，抑制焦亡发生（图 2G、H）。扫描电子显微镜的超微结构观察结果直观地证实，LPS / 尼日利亚菌素刺激后，THP-1 细胞出现明显的细胞膜肿胀、破裂，细胞膜表面可见大量 GSDMD 介导的孔道形成，呈现典型的焦亡形态；而 CeeNU 预处理可显著缓解细胞膜的破裂与孔道形成，维持细胞膜结构的完整性（图 2I）。 上述一系列实验结果充分证实，CeeNU 可在人巨噬细胞中强效抑制 NLRP3 炎症小体的激活，阻断 caspase-1 的成熟激活、IL-1β 的分泌与 GSDMD 介导的焦亡，且该作用不依赖于对 NLRP3、pro-IL-1β 等蛋白表达的调控，具有明确的量效关系与良好的细胞安全性。 图 2 CeeNU 以 NLRP3 依赖的方式显著抑制人巨噬细胞焦亡及 IL-1β 释放 3.3 CeeNU 对小鼠巨噬细胞与小胶质细胞焦亡具有广谱抑制效应 为了验证 CeeNU 抗焦亡活性的物种广谱性，研究团队在小鼠原代 BMDMs、iBMDMs 与原代小胶质细胞中，开展了进一步的功能验证。首先，CCK-8 实验证实，150 μM 浓度以内的 CeeNU 对小鼠 BMDMs 无明显细胞毒性，为后续实验提供了安全浓度范围（图 3A）。 在 LPS 预处理的 BMDMs 中，CeeNU 可剂量依赖性地抑制尼日利亚菌素诱导的 IL-1β 分泌，经计算，其抑制 IL-1β 释放的半数抑制浓度（IC50）约为 10.199 μM（图 3B），展现出强效的抑制活性。同时，针对 ATP 或尼日利亚菌素诱导的 NLRP3 激活，CeeNU 均可剂量依赖性地抑制 BMDMs 中 LDH 的释放、IL-1β 的分泌，以及 caspase-1 p20、IL-1β p17、GSDMD-NT 的产生；与 THP-1 细胞中的结果一致，CeeNU 对 BMDMs 中 NLRP3、pro-caspase-1、pro-IL-1β 的基础表达水平无显著影响（图 3C-H）。 在小鼠 iBMDMs 中，CeeNU 同样可显著抑制 ATP、尼日利亚菌素、MSU 结晶三种不同激活剂诱导的 IL-1β 分泌、LDH 释放与炎症小体激活相关蛋白的剪切（图 3I-K）；钙黄绿素 AM/PI 双染结果显示，CeeNU 可剂量依赖性地减少 ATP / 尼日利亚菌素诱导的 PI 阳性焦亡细胞比例，显著抑制巨噬细胞焦亡的发生（图 3L、M）。 考虑到 CeeNU 可高效透过血脑屏障的核心药理学特征，研究团队进一步在小鼠原代小胶质细胞中验证了其活性，结果显示，CeeNU 可显著抑制 LPS/ATP 诱导的原代小胶质细胞中 LDH 释放、IL-1β 分泌、caspase-1 激活与 GSDMD-NT 的产生，证实其可在中枢神经系统固有免疫细胞中发挥抗焦亡与抗炎活性。 上述结果充分表明，CeeNU 的 NLRP3 炎症小体抑制活性具有物种广谱性，可在小鼠巨噬细胞与中枢小胶质细胞中强效抑制 NLRP3 介导的焦亡与炎症反应，为后续体内动物实验提供了坚实的细胞水平依据。 图 3 CeeNU 抑制小鼠巨噬细胞的焦亡性细胞死亡 3.4 CeeNU是NLRP3炎症小体的选择性抑制剂，不影响其上游启动阶段与其他炎症小体激活 为了明确 CeeNU 作用的特异性，研究团队首先验证了其对其他类型炎症小体的影响。除 NLRP3 外，AIM2 与 NLRC4 是两种经典的炎症小体，分别识别胞内双链 DNA 与细菌鞭毛蛋白，同样可激活 caspase-1 并介导 IL-1β 成熟与焦亡。实验结果显示，在小鼠原代 BMDMs 与人 THP-1 细胞中，即使在 100 μM 的高浓度下，CeeNU 也无法抑制 poly (dA:dT) 诱导的 AIM2 炎症小体激活，以及鞭毛蛋白诱导的 NLRC4 炎症小体激活，对两种炎症小体激活介导的 IL-1β 分泌、LDH 释放、caspase-1 与 IL-1β 的剪切均无显著影响（图 4A-L）。这一关键结果证实，CeeNU 是 NLRP3 炎症小体的选择性抑制剂，对 AIM2、NLRC4 炎症小体无抑制活性。 随后，研究团队进一步明确了 CeeNU 对 NLRP3 炎症小体启动阶段与上游信号事件的影响。WB 结果显示，在 LPS 诱导的炎症小体启动阶段，CeeNU 处理不会改变 LPS 诱导的 NLRP3、pro-IL-1β 表达上调，也不影响 ASC、pro-caspase-1 的基础表达水平（图 4M），再次证实 CeeNU 不影响 NLRP3 炎症小体的启动阶段。同时，实验结果显示，CeeNU 对尼日利亚菌素诱导的线粒体活性氧（ROS）产生、钾离子外流这两个 NLRP3 激活的核心上游事件无显著影响，也不影响 TNF-α 的产生，说明 CeeNU 不干预 NLRP3 炎症小体激活的上游信号通路。 为了进一步验证 CeeNU 作用的 NLRP3 依赖性，研究团队利用 WT、Nlrp3-/-、Gsdmd-/-小鼠的原代 BMDMs 开展了回补实验。结果显示，CeeNU 可显著抑制 WT BMDMs 中 LPS/ATP 诱导的 IL-1β 分泌与 LDH 释放，但在 Nlrp3-/-与 Gsdmd-/- BMDMs 中，CeeNU 的抑制效应完全消失（图 4N-P）。同时，CeeNU 处理不会影响巨噬细胞中 DNA 损伤标志物 γH2AX 的水平，排除了其抗肿瘤相关的 DNA 损伤作用对炎症小体激活的干扰。 上述系列实验结果充分证实，CeeNU 是高选择性的 NLRP3 炎症小体抑制剂，其抑制作用完全依赖于 NLRP3 与 GSDMD 的表达，不影响炎症小体的启动阶段与上游信号事件，也对其他类型的炎症小体无交叉抑制作用，具有高度的靶点特异性。 图 4 CeeNU 是 NLRP3 炎症小体的特异性抑制剂 3.5 CeeNU 通过抑制 NLRP3 炎症小体组装发挥其抑制活性 基于上述结果，研究团队提出科学假设：CeeNU 通过直接抑制 NLRP3 炎症小体的组装过程，发挥其抑制活性。NLRP3 炎症小体的组装是其激活的核心环节，主要包括 NLRP3 自身寡聚化、ASC 斑点形成与寡聚化、NLRP3 与 NEK7 的蛋白互作三个关键过程，其中 NEK7 是调控 NLRP3 寡聚化与炎症小体组装的关键分子。 首先，激光共聚焦免疫荧光实验结果显示，LPS / 尼日利亚菌素刺激可诱导人 THP-1 细胞与小鼠 BMDMs 中形成大量 ASC 斑点，这是炎症小体组装的核心形态学标志物；而 CeeNU 预处理可剂量依赖性地显著减少 ASC 斑点的数量与荧光强度，抑制 ASC 的聚集体形成（图 5A-D）。进一步的 ASC 寡聚化交联实验证实，CeeNU 可剂量依赖性地抑制尼日利亚菌素诱导的 ASC 单体、二聚体、四聚体及高阶寡聚体的形成，且该抑制效应与 CeeNU 对 IL-1β 分泌的抑制作用高度一致（图 5E）。 随后，Native-PAGE 实验结果显示，CeeNU 处理可显著抑制尼日利亚菌素诱导的内源性 NLRP3 自身寡聚化，直接证实其对 NLRP3 激活核心步骤的阻断作用（图 5F）。内源性 Co-IP 实验结果显示，在 LPS / 尼日利亚菌素刺激的 BMDMs 中，NLRP3 与 NEK7 存在显著的蛋白互作，而 CeeNU 处理可显著阻断 NLRP3 与 NEK7 的内源性结合（图 5G、H）；在过表达 FLAG-NEK7 与 GFP-NLRP3 的 HEK293T 细胞中，外源性 Co-IP 实验同样证实，CeeNU 可显著破坏 NLRP3 与 NEK7 的蛋白 - 蛋白相互作用（图 5I）。 上述结果完整揭示了 CeeNU 的细胞作用机制：CeeNU 通过阻断 NLRP3 与 NEK7 的蛋白互作，抑制 NLRP3 自身寡聚化，进而阻断 ASC 的斑点形成与寡聚化，最终抑制 NLRP3 炎症小体的组装与激活，发挥抗焦亡与抗炎作用。 图 5 CeeNU 特异性抑制 NLRP3 炎症小体的组装 3.6 CeeNU 直接结合 NLRP3 NACHT 结构域的 R335 位点是其发挥作用的分子基础 为了明确CeeNU的直接作用靶点与分子结合机制，研究团队开展了系统的药物-靶点互作实验。首先，通过DARTS联合质谱分析，研究团队从细胞裂解液中鉴定出NLRP3是CeeNU的直接结合蛋白。随后，CETSA实验结果显示，50μM CeeNU预处理可显著提升BMDMs中NLRP3蛋白的热稳定性，延缓其热介导的降解，而对ASC、NEK7蛋白的热稳定性无影响（图6A）；DARTS实验进一步证实，CeeNU预处理可显著保护NLRP3蛋白免受链霉蛋白酶的水解，而对NEK7、ASC蛋白无此保护效应（图6B），且CeeNU对NLRP3蛋白的热稳定性保护作用呈现出剂量依赖性（图6C）。上述两项经典的药物-靶点互作实验，直接证实CeeNU可与NLRP3蛋白发生直接结合，而不与ASC、NEK7结合。 为了明确 CeeNU 与 NLRP3 蛋白结合的具体结构域，研究团队分别构建了 NLRP3 的三个核心结构域（LRR、NACHT、PYD）的过表达质粒，在 HEK293T 细胞中开展 DARTS 实验。结果显示，CeeNU 仅与 NLRP3 的 NACHT 结构域发生特异性结合，而不与 LRR、PYD 结构域结合（图 6D、E）。NACHT 结构域是 NLRP3 寡聚化与 ATP 酶活性的核心功能结构域，进一步的实验证实，CeeNU 可剂量依赖性地抑制 NLRP3 蛋白的 ATP 酶活性（图 6F），这也是其抑制 NLRP3 寡聚化与炎症小体组装的重要功能基础。 随后，SPR 实验定量检测了 CeeNU 与重组人 NLRP3 蛋白的直接结合亲和力，结果显示，CeeNU 可与 NLRP3 蛋白发生剂量依赖性的直接结合，其解离常数 KD 值为 19.26 μmol/L（图 6G），证实二者具有明确的结合亲和力。为了进一步确定 CeeNU 与 NLRP3 NACHT 结构域的具体结合位点，研究团队开展了分子对接模拟分析，结果显示，CeeNU 与人 NLRP3 蛋白的结合自由能为 - 6.1 kcal/mol，二者具有显著的结合亲和力；CeeNU 主要通过与 NLRP3 NACHT 结构域中的 Arg335（R335）残基形成氢键实现结合，同时与 Lys336、Leu344、Phe297 等多个氨基酸残基形成疏水相互作用（图 6H）。同源序列比对结果显示，NLRP3 的 R335 位点在人与小鼠中高度保守，提示该位点的结合作用具有物种保守性。 为了验证 R335 位点对 CeeNU 抑制活性的关键作用，研究团队构建了 NLRP3 R335A、R335K 点突变质粒，DARTS 实验结果显示，当 R335 位点被突变为丙氨酸（A）或赖氨酸（K）后，CeeNU 对 NLRP3 蛋白的保护效应完全消失，证实 R335 是 CeeNU 与 NLRP3 结合的关键氨基酸残基（图 6I）。更重要的是，在 Nlrp3-/- BMDMs 中回补 WT 人 NLRP3 后，CeeNU 可显著抑制尼日利亚菌素诱导的炎症小体激活与 IL-1β 分泌；而当回补 R335A 或 R335K 突变型 NLRP3 后，CeeNU 的抑制效应完全消失（图 6J、K）。 上述一系列实验结果，完整阐明了 CeeNU 发挥作用的分子机制：CeeNU 直接靶向结合 NLRP3 蛋白 NACHT 结构域的 R335 保守位点，抑制 NLRP3 的 ATP 酶活性，阻断 NLRP3-NEK7 互作与 NLRP3 寡聚化，进而抑制炎症小体的组装与激活，其中 R335 位点是 CeeNU 发挥抑制活性的核心功能位点。 图 6 CeeNU 直接结合 NLRP3 蛋白的 Arg335 位点 3.7 CeeNU 对 MSU 诱导的小鼠腹膜炎与痛风性关节炎具有显著的治疗效果 在明确了 CeeNU 的细胞水平活性与分子机制后，研究团队通过多种体内动物模型，系统评价了 CeeNU 的体内抗炎治疗效果。首先，在 MSU 诱导的小鼠腹膜炎模型中，这一模型是 NLRP3 炎症小体介导的急性腹膜炎的经典模型，实验结果显示，MSU 腹腔注射可诱导小鼠腹腔内发生剧烈的炎症反应，腹腔灌洗液中中性粒细胞（CD11b+Ly6G+）与单核细胞（CD11b+Ly6C+）的浸润比例与绝对数量显著升高；而 CeeNU 预处理可剂量依赖性地显著减少腹腔中性粒细胞与单核细胞的浸润，5 mg/kg 与 10 mg/kg 的 CeeNU 均展现出显著的抗炎效果（图 7A-E）。同时，ELISA 结果显示，CeeNU 处理可显著降低腹腔灌洗液中 IL-1β 与 IL-6 的水平，抑制腹腔内的炎症因子释放（图 7F、G）。上述结果证实，CeeNU 在体内可显著缓解 NLRP3 介导的急性腹膜炎。 随后，研究团队在 MSU 诱导的小鼠痛风性关节炎模型中验证了 CeeNU 的治疗效果，痛风性关节炎是临床中典型的 NLRP3 相关炎症性疾病。结果显示，MSU 足垫注射可诱导小鼠足垫与关节出现剧烈的肿胀，足垫厚度显著增加；而 CeeNU 预处理可显著缓解 MSU 诱导的关节肿胀，降低足垫厚度，且 10 mg/kg 的 CeeNU 展现出更优的治疗效果（图 7H、I）。H&E 染色结果显示，MSU 注射可导致小鼠关节组织出现严重的结构破坏、大量炎症细胞浸润；而 CeeNU 处理可显著减轻关节组织的病理损伤，维持关节正常的组织结构（图 7J）。同时，CeeNU 可显著抑制关节组织中 caspase-1 的活性，降低 IL-1β 的水平，从分子层面证实其对关节组织中 NLRP3 炎症小体激活的抑制作用（图 7K、L）。 上述体内实验结果充分证实，CeeNU 在体内可强效抑制 NLRP3 炎症小体介导的急性炎症反应，对 MSU 诱导的腹膜炎与痛风性关节炎具有显著的治疗与保护作用，为其临床转化提供了重要的体内药效学证据。 图 7 CeeNU 显著缓解尿酸单钠（MSU）诱导的腹膜炎与痛风性关节炎 3.8 CeeNU 可有效预防 MOG 诱导的小鼠 EAE 模型疾病进展，疗效优于临床一线药物 鉴于 CeeNU 可透过血脑屏障，且可抑制中枢小胶质细胞的 NLRP3 炎症小体激活，研究团队在 MOG35-55 诱导的 EAE 模型中，系统评价了其对中枢神经系统自身免疫性炎症的治疗效果，EAE 是多发性硬化（MS）的经典动物模型，其疾病进展高度依赖 NLRP3 炎症小体的激活。 实验结果显示，从免疫当天开始每日腹腔注射 10 mg/kg CeeNU，可显著降低 EAE 小鼠的临床神经功能评分，延缓疾病的起病时间与进展速度，减轻中枢神经损伤导致的运动功能障碍（图 8A）。H&E 与 LFB 染色结果显示，EAE 模型小鼠的脊髓组织出现大量炎症细胞浸润与严重的髓鞘脱失；而 CeeNU 治疗可显著减少脊髓组织中的炎症病灶，减轻炎症细胞浸润，同时显著缓解髓鞘脱失，保护中枢神经的髓鞘结构（图 8B）。 流式细胞术结果显示，CeeNU 治疗可显著降低 EAE 小鼠脑组织中 CD45 + 白细胞的总浸润量，同时减少 CD4+ T 细胞、CD8+ T 细胞、中性粒细胞、单核细胞的浸润比例与绝对数量，抑制中枢神经系统的免疫细胞浸润与炎症级联反应（图 8C-E）。qRT-PCR 结果进一步证实，CeeNU 可显著下调 EAE 小鼠脊髓组织中 IL-1β、IL-6、IL-17A、TNF-α、IFN-γ 等多种促炎因子的 mRNA 表达水平，抑制中枢神经的炎症微环境（图 8F）。 更具临床意义的是，研究团队通过口服灌胃的方式，对比了 CeeNU 与 MS 临床一线治疗药物特立氟胺的治疗效果，结果显示，相同剂量（10 mg/kg）下，CeeNU 对 EAE 小鼠的治疗效果显著优于特立氟胺，可更有效地降低 EAE 临床评分，延缓疾病进展（图 8G）。这一结果为 CeeNU 在 MS 等中枢神经系统炎症性疾病中的临床应用提供了直接的实验依据，也凸显了其重要的临床转化价值。 此外，研究团队在 LPS 诱导的脓毒性休克小鼠模型中进一步验证了 CeeNU 的体内保护作用，结果显示，CeeNU 预处理可显著提升脓毒性休克小鼠的生存率，减轻肺组织的病理损伤与炎症细胞浸润，同时显著降低小鼠血清中 IL-1β、IL-6、TNF-α 等促炎因子的水平，抑制全身炎症因子风暴，证实 CeeNU 对 NLRP3 介导的急性脓毒性休克具有显著的保护作用。 图 8 CeeNU 有效预防髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）诱导的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE） 4研究讨论与科学价值 4.1本研究的科学发现与创新点 本研究的核心科学贡献在于，首次通过高通量药物筛选，发现临床常用化疗药物CeeNU是一种新型、高选择性的NLRP3炎症小体抑制剂，系统阐明了其分子作用机制，并在多种炎症性疾病动物模型中验证了其显著的治疗效果，实现了CeeNU的“老药新用”，为NLRP3介导的炎症性疾病提供了具备快速临床转化潜力的候选药物。 本研究的创新点主要体现在三个方面：第一，靶点发现的创新性，首次明确了 CeeNU 的直接抗炎靶点为 NLRP3，填补了既往 CeeNU 抗炎作用分子机制的研究空白，揭示了其除抗肿瘤作用外的全新药理学功能；第二，作用机制的创新性，阐明了 CeeNU 通过直接结合 NLRP3 NACHT 结构域的 R335 保守位点，阻断 NLRP3-NEK7 互作与炎症小体组装的全新分子机制，为靶向 NLRP3 的药物研发提供了全新的结合位点与作用模式参考；第三，临床转化的创新性，基于 FDA 已批准药物的筛选策略，大幅降低了药物的临床转化风险，且 CeeNU 本身具备优异的血脑屏障穿透能力，在中枢神经系统炎症性疾病中展现出优于临床一线药物的治疗效果，为 MS 等难治性中枢炎症疾病提供了全新的治疗候选方案。 4.2本研究与现有 NLRP3 抑制剂研究的对比与优势 与现有处于研发阶段的 NLRP3 抑制剂相比，CeeNU 具有三大核心优势：第一，临床安全性已得到充分验证，CeeNU 作为上市化疗药物，在临床中应用数十年，其药代动力学特征、毒性谱、临床给药方案均已明确，相较于新型小分子抑制剂，可大幅缩短临床试验周期，降低研发成本与临床应用风险；第二，靶点选择性与作用机制明确，本研究系统证实 CeeNU 仅选择性抑制 NLRP3 炎症小体，对 AIM2、NLRC4 等其他炎症小体无影响，且不干预 NF-κB 等上游炎症通路，可减少脱靶效应导致的不良反应；第三，组织穿透性优异，尤其是可高效透过血脑屏障，这是多数现有 NLRP3 抑制剂不具备的特征，使其在中枢神经系统炎症性疾病的治疗中具有不可替代的优势。 同时，本研究发现的 R335 结合位点，是 NLRP3 NACHT 结构域中的一个关键功能位点，既往研究显示，Britannin、氯碘羟喹、土木香内酯等抑制剂也可靶向该位点发挥 NLRP3 抑制作用，进一步证实了 R335 位点是 NLRP3 抑制剂研发的关键靶点，而本研究为该位点的成药性提供了新的临床药物证据。 4.3 CeeNU 老药新用的临床转化潜力 本研究的结果为CeeNU的临床拓展应用提供了坚实的实验基础，其临床转化潜力主要体现在两个方面：第一，针对NLRP3介导的罕见病与难治性炎症性疾病，如复发难治性MS、家族性地中海热等NLRP3相关自身炎症性疾病，CeeNU可基于“老药新用”的策略，快速开展研究者发起的临床试验（IIT），为无药可用的患者提供新的治疗选择；第二，针对痛风、脓毒症等常见炎症性疾病，可基于CeeNU的母核结构进行结构优化，在保留其NLRP3抑制活性的同时，降低其烷化剂相关的骨髓抑制等化疗毒性，开发更安全的新型NLRP3抑制剂。 此外，既往临床研究显示CeeNU在胶质母细胞瘤治疗中具有明确疗效，而近年来研究证实NLRP3炎症小体在肿瘤微环境调控中发挥重要作用，本研究发现的CeeNU的NLRP3抑制活性，也为其抗肿瘤作用机制提供了全新的解读，提示其可能通过同时发挥抗肿瘤细胞毒性与肿瘤微环境抗炎作用，实现协同抗肿瘤效果，为其临床联合用药提供了新的思路。 4.4本研究的局限性与未解决的科学问题 本研究也存在一定的局限性，主要体现在三个方面：第一，尽管本研究证实 CeeNU 与 NLRP3 R335 位点直接结合，但二者结合的精确结构生物学机制，包括 CeeNU 结合后 NLRP3 蛋白的构象变化、对 NLRP3 ATP 酶活性的具体调控结构基础，尚未通过 X 射线晶体衍射、冷冻电镜等结构生物学手段进行解析，仍需进一步深入研究；第二，本研究的体内药效学实验主要基于小鼠急性炎症模型，而 CeeNU 在慢性炎症模型中的长期治疗效果、长期给药的安全性与毒性风险，尚未进行系统评价；第三，本研究仅在动物模型中验证了 CeeNU 的治疗效果，其在人体 NLRP3 相关炎症性疾病中的临床疗效，仍需通过严格的临床试验进行验证。 同时，本研究通过质谱分析发现 CeeNU 还存在其他潜在结合蛋白，包括 PARP1，而既往研究显示 PARP1 可调控 NLRP3 炎症小体的激活，因此 CeeNU 是否通过调控 PARP1 发挥辅助抗炎作用，仍需进一步的研究阐明。 5研究结论与未来展望 本研究通过高通量药物筛选，首次发现FDA批准的临床化疗药物CeeNU是一种新型、高选择性的NLRP3炎症小体抑制剂。系统的细胞实验证实，CeeNU可剂量依赖性地抑制人源与鼠源巨噬细胞、小胶质细胞中NLRP3介导的caspase-1激活、IL-1β成熟释放与GSDMD依赖的细胞焦亡，且对AIM2、NLRC4等其他炎症小体无抑制作用，不影响NLRP3炎症小体的启动阶段与上游信号事件。机制研究揭示，CeeNU直接靶向结合NLRP3蛋白NACHT结构域的R335保守位点，抑制NLRP3的ATP酶活性，阻断NLRP3与NEK7的蛋白互作，进而抑制NLRP3自身寡聚化、ASC斑点形成与炎症小体组装，最终终止炎症小体的激活。体内动物实验证实，CeeNU在EAE、脓毒性休克、MSU诱导的腹膜炎与痛风性关节炎四种NLRP3相关疾病小鼠模型中，均展现出显著的治疗与保护作用，且在EAE模型中口服给药的疗效优于MS临床一线药物特立氟胺。 综上，本研究完整阐明了CeeNU靶向NLRP3炎症小体的抗炎新机制，实现了老药新用，为NLRP3炎症小体介导的炎症性疾病，尤其是中枢神经系统炎症性疾病，提供了一款具备快速临床转化潜力的候选药物，也为靶向NLRP3的小分子药物研发提供了全新的靶点与机制参考。 未来的研究可围绕三个方向展开：第一，通过结构生物学手段解析CeeNU与NLRP3蛋白结合的高分辨率晶体结构，进一步阐明其精确的分子调控机制；第二，开展CeeNU在慢性炎症模型中的长期药效与安全性评价，同时基于CeeNU的母核结构进行结构优化，开发保留NLRP3抑制活性、降低化疗毒性的新型衍生物；第三，针对复发难治性MS、痛风等NLRP3相关疾病，开展CeeNU的临床转化研究，通过临床试验验证其在人体中的治疗效果与安全性，最终实现临床应用转化。 本研究对2747种FDA批准上市的药物开展了高通量筛选，以发掘细胞焦亡抑制剂。研究发现，CeeNU可显著抑制NLRP3依赖的IL-1β释放，并阻断GSDMD成孔复合物的形成。进一步研究证实，NLRP3蛋白NACHT结构域的335位精氨酸残基，是CeeNU与人源NLRP3发生蛋白互作、进而抑制NLRP3炎症小体激活的关键位点。综上，CeeNU是一种特异性强、活性优异的NLRP3抑制剂，在NLRP3驱动的疾病治疗中具有良好的转化应用前景。 参考文献： Sen-Lin Ji, Peipei Chen, Huaiping Tang, Chao Zhou, Zihao Li, Yunshu Wang, Xiang Cao, Liwen Zhu, Xinyu Bao, Zhuo Liu, Yan Chen, Yun Xu. High‐Throughput Screening Reveals That CeeNU Acts as a New NLRP3 Inflammasome Inhibitor. MedComm, 2026; 7:e70695. https://doi.org/10.1002/mco2.70695