NLRP3 inhibitors (Viva Star Biosciences)

写在前面 今天推荐的是哥伦比亚、厄瓜多尔多所大学联合团队于 2025 年发表于《Frontiers in Immunology》2024IF：7.8，JCR Q2的一篇综述，通讯作者是 Juan S. Izquierdo-Condoy 教授。研究聚焦 NLRP3 及其他炎症小体作为细胞核心调控枢纽的生物学功能、分子调控机制及疾病关联，系统解析其在炎症反应、细胞死亡及免疫代谢中的关键作用，明确其作为炎症性疾病、感染性疾病、神经退行性疾病等治疗靶点的潜力，为精准免疫治疗提供全新视角。 研究背景 炎症小体是先天免疫系统中的关键胞质传感器，其中 NLRP3 炎症小体研究最为深入，可被代谢应激、感染、细胞结构破坏等多种危险信号激活，通过剪切 gasdermin D 诱导焦亡，并促进 IL-1β、IL-18 成熟释放，在宿主防御中发挥重要作用。然而，NLRP3 的持续激活会导致慢性组织损伤和全身性炎症，参与自身炎症性疾病、神经退行性疾病、代谢性疾病等多种病症的发病过程。目前已知 NLRP3 激活受泛素化修饰、细胞内转运、代谢重编程等多重机制调控，但这些调控网络的协同作用、炎症小体家族其他成员（如 NLRP1、CARD8、AIM2）的组织特异性功能，以及炎症小体在疾病中的上下文依赖性机制尚未被系统阐明。此外，现有治疗药物（如 MCC950）存在肝毒性、选择性不足等问题，亟需挖掘新型调控靶点和治疗策略，为填补这一空白，本综述对炎症小体的生物学特性及临床转化价值进行了全面整合与解析。 摘要部分 炎症小体（尤其是 NLRP3）作为先天免疫的核心胞质传感器，通过整合代谢应激、感染、细胞结构破坏等危险信号，激活 caspase-1 介导的 IL-1β/IL-18 成熟及 gasdermin D 依赖的焦亡，在免疫防御和炎症调控中发挥关键作用。该综述系统总结了炎症小体的研究现状：分子调控层面，NLRP3 激活受 BRCC3 介导的去泛素化、赖氨酸氨甲酰化、细胞内转运至微管组织中心（MTOC）、内溶酶体定位（PI4P 介导）等多重机制精细调控，去泛素化酶（DUBs）还通过调控凋亡、坏死性凋亡、焦亡、铁死亡等细胞死亡通路间接影响炎症小体活性；激活机制层面，内吞转运紊乱、钾外流、核糖体毒性应激、免疫代谢与缺氧等新兴机制降低炎症小体组装阈值，揭示其结构激活的复杂性；疾病关联层面，炎症小体功能异常与脓毒症、帕金森病、HIV-1 感染、呼吸道病毒感染、COVID-19 等多种疾病密切相关，不同炎症小体成员（NLRP1、CARD8、AIM2）展现组织和病原体特异性功能；治疗潜力层面，MCC950、硫链丝菌肽（THL）、HDAC6 抑制剂等在临床前模型中显示疗效，氨甲酰化介导的抑制、内吞动态干扰等新型策略为治疗提供新切入点。总体而言，炎症小体是整合免疫、代谢与细胞死亡的核心枢纽，其精细调控机制的解析为炎症相关疾病的精准治疗提供了全新框架，未来需进一步推动机制研究向临床转化。 研究内容 1. NLRP3 炎症小体的分子调控机制 NLRP3 的激活受多重分子机制协同调控，其中泛素化修饰是关键 “分子刹车”—— 静息状态下，NLRP3 通过赖氨酸残基的多聚泛素化维持 inactive 构象，避免寡聚化激活；激活时，BRISC 复合物的活性亚基 BRCC3 介导去泛素化，使 NLRP3 形成活性构象并与衔接蛋白 ASC、前 caspase-1 组装为功能复合物。硫链丝菌肽（THL）可通过抑制 BRCC3 活性，阻断 NLRP3 去泛素化及下游炎症反应，且能同时抑制经典、非经典及替代炎症小体通路，对 NLRP3 组成型激活突变（如冷吡啉相关周期性综合征 CAPS）也有效，其衍生物全霉素（holomycin）毒性更低，临床转化潜力显著。去泛素化酶（DUBs）还通过调控细胞死亡通路间接影响炎症小体活性：USP9X、USP13 稳定抗凋亡蛋白 MCL-1，USP15 促进效应 caspase-3 激活介导凋亡；CYLD 通过去除 RIPK1 的 K63/M1 泛素链促进坏死性凋亡；USP35、USP11 等调控铁转运体及抗氧化防御相关蛋白，抑制铁死亡；BRCC3、ABRAXAS2 促进 NLRP3 依赖的焦亡，而 CYLD、TNFAIP3 等则抑制该过程，形成复杂的细胞命运调控网络。 细胞内转运是 NLRP3 激活的另一关键环节：NLRP3 需从反式高尔基体网络（TGN）经微管、动力蛋白复合物及衔接蛋白 HDAC6 转运至微管组织中心（MTOC），HDAC6 可识别泛素化的 NLRP3 聚集物并引导其定位，该机制与聚集小体形成、自噬清除的细胞通路共享分子 machinery，抑制 HDAC6 可在炎症刺激存在时阻断 NLRP3 激活，为痛风、神经退行性疾病等慢性炎症提供精准治疗靶点。聚集小体作为细胞应对蛋白毒性应激的保护机制，可隔离错误折叠蛋白并通过自噬清除，其形成依赖完整微管骨架，与炎症小体均定位于 MTOC，提示细胞通过 “蛋白稳态 - 炎症” 交叉调控维持生理平衡，聚集小体的长期存在可能通过破坏细胞骨架、抑制蛋白酶体活性，参与神经退行性疾病的发病。此外，TLR4 受体识别 LPS 或饱和脂肪酸后，可激活 NF-κB 并诱导 IL-1β 前体产生，协同 DAMPs 信号启动 NLRP3 炎症小体激活，TREM-1 可放大 TLR4 介导的炎症信号，共同参与无菌性炎症及自身免疫病的病理过程。 图1. NLRP3的分子调控机制 研究结论：NLRP3 炎症小体的激活受泛素化 / 去泛素化、细胞内转运、聚集小体形成及先天信号通路的多层级调控，DUBs 通过调控多种细胞死亡通路构建复杂调控网络，HDAC6 介导的转运机制为靶向治疗提供关键节点，炎症小体与蛋白稳态通路的交叉对话进一步揭示其调控的精细性，为理解炎症失衡的分子根源提供核心框架。 2. 炎症小体激活的新兴机制 内吞转运紊乱是 NLRP3 激活的重要新兴机制：内吞转运功能异常（如细胞器功能障碍、代谢应激）时，原本弥散分布的 NLRP3 会被招募至富含 LAMP1 的内溶酶体区室，并与磷脂酰肌醇 - 4 - 磷酸（PI4P）共定位实现结构稳定，虽不足以直接激活炎症小体，但可降低激活阈值，使亚阈值刺激引发过度炎症反应。该机制在糖尿病、动脉粥样硬化等慢性疾病中尤为重要，其导致的持续无菌性炎症可通过调控内吞转运、稳定细胞器或阻断 NLRP3-PI4P 相互作用进行干预。钾外流是 NLRP3 激活的核心结构触发信号，ATP、尿酸结晶、细菌毒素等 agonist 诱导的胞内钾离子流失，可独立于钙信号触发 NLRP3 构象开放 —— 通过 PYD 结构域 - 连接区 - FISNA 结构域的协同作用，暴露核苷酸结合口袋，促进 ATP 结合水解及 NLRP3 与 ASC 的寡聚化，氧化线粒体 DNA（ox-mtDNA）可通过 PYD 结构域直接激活 NLRP3，不依赖钾外流，为开发高选择性抑制剂提供新靶点。 核糖体毒性应激是上皮组织中 NLRP1 炎症小体激活的特异性机制：UVB 辐射或细菌核糖体毒素可诱导核糖体碰撞，激活激酶 ZAKα，后者磷酸化人上皮细胞特有的 NLRP1 无序连接区，触发其 UPA-CARD 结构域释放及蛋白水解切割，进而与 ASC、前 caspase-1 组装为炎症小体，介导 IL-1β/IL-18 释放及焦亡，构成上皮屏障免疫的关键防线，该通路的异常激活与炎症性皮肤病、呼吸道感染相关，ZAKα、p38 等节点为靶向治疗提供可能。免疫代谢与缺氧通过代谢重编程调控炎症小体激活：葡萄糖 - 氧气剥夺（如缺血组织）可抑制 HMG-CoA 还原酶（HMGCR），减少香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）合成，导致 Rac1 无法异戊烯化而滞留胞质，通过结合支架蛋白 IQGAP1 激活 NLRP3，他汀类药物可能通过该机制在急性缺氧状态下加重炎症，提示代谢通路干预可作为炎症调控的重要策略。 图2 .炎症小体激活的新机制 研究结论：炎症小体的激活存在内吞转运紊乱、钾外流、核糖体毒性应激、免疫代谢失衡等多种新兴机制，这些机制具有细胞类型特异性和信号依赖性，既揭示了炎症小体激活的复杂性，也为不同疾病场景下的精准靶向干预提供了多样化靶点，尤其是钾外流相关结构域、ZAKα 激酶、HMGCR 代谢通路等具有重要转化价值。 3. 炎症小体的治疗调控策略与疾病关联 炎症小体的药物抑制已取得显著进展：MCC950 通过靶向 NLRP3 的 NACHT 结构域阻断 ATP 水解，特异性抑制其激活及 IL-1β/IL-18 成熟，对脓毒症、帕金森病等多种疾病的临床前模型有效，但存在肝毒性等脱靶效应；OLT1177（dapansutrile）通过干扰 NLRP3-ASC-caspase-1 相互作用抑制炎症小体寡聚化，口服活性强、安全性高，在 CAPS 患者中可抑制 IL-1β 释放达 84%，并能改善实验性自身免疫性脑脊髓炎、脊髓损伤的病理表型。新型抑制剂（如靶向 PYD 结构域的小分子化合物）通过独特机制抑制 ox-mtDNA 介导的 NLRP3 激活，选择性更高，为规避脱靶效应提供新方向。炎症小体与中性粒细胞胞外陷阱（NETs）、巨噬细胞胞外陷阱（METs）的相互作用也为治疗提供切入点：PAD4 抑制剂（如 Cl-amidine）可阻止组蛋白瓜氨酸化，抑制 NETs/METs 形成，重组 DNase I 可降解胞外 DNA 支架，秋水仙碱通过破坏微管减少 NETosis，与 NLRP3/GSDMD 抑制剂联合使用，可在脓毒症、COVID-19 中减少炎症、微血栓及多器官衰竭。 新兴治疗策略还包括氨甲酰化介导的抑制和 gasdermin 冗余机制调控：LACC1 酶催化瓜氨酸生成异氰酸，介导 NLRP3 的 K593 位点氨甲酰化，阻断其与 NEK7 的相互作用及炎症小体组装，模拟该修饰的药物可在不抑制全身免疫的前提下调控炎症；NLRP3 慢性激活时，即使 GSDMD 缺失，caspase-8/3 可通过切割 gasdermin E（GSDME）介导细胞焦亡及细胞因子释放，双功能抑制剂 CuET 可同时抑制 GSDMD 和 GSDME，展现更强的抗炎效果。炎症小体在人类疾病中具有广泛关联：脓毒症中，NLRP3 被 PAMPs/DAMPs 激活，通过焦亡及细胞因子风暴加剧器官衰竭，CIRBP 作为 DAMP 可直接激活 NLRP3，MCC950 可通过靶向炎症小体或内吞转运发挥保护作用；帕金森病中，错误折叠的 α- 突触核蛋白激活小胶质细胞的 NLRP3，引发慢性神经炎症及多巴胺能神经元退变，MCC950 或 NLRP3 敲除具有神经保护效果；HIV-1 感染中，病毒蛋白酶可切割 CARD8，激活炎症小体并诱导潜伏感染 CD4+ T 细胞焦亡，非核苷逆转录酶抑制剂（NNRTIs）可通过激活病毒蛋白酶触发该通路，清除潜伏病毒库；呼吸道病毒感染（如人鼻病毒 HRV）中，病毒 3C 蛋白酶切割 NLRP1 的自抑制结构域，激活炎症小体加剧哮喘、COPD 的肺部炎症；COVID-19 中，SARS-CoV-2 RNA 及细胞应激激活巨噬细胞、中性粒细胞的 NLRP3，促进 NETs 形成及炎症因子释放，加剧急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和血栓形成，NLRP3 抑制剂已进入临床研究。 研究结论：炎症小体的治疗调控已形成 “经典药物抑制 - 新型机制干预 - 联合治疗” 的多元策略，MCC950、OLT1177 等药物展现临床潜力，氨甲酰化修饰、gasdermin 冗余机制为创新治疗提供新方向；炎症小体在脓毒症、神经炎症、感染性疾病等中具有关键病理作用，其特异性激活模式为疾病分型及精准治疗提供依据，联合 NETs/METs 调控可进一步提升治疗效果。 结论与讨论 炎症小体（尤其是 NLRP3）作为整合结构损伤、代谢应激、感染信号的核心免疫枢纽，其激活受泛素化修饰、细胞内转运、免疫代谢等多重机制精细调控，具有显著的细胞类型特异性和信号依赖性。研究的创新价值在于系统阐明了炎症小体的新兴激活机制（如内吞转运紊乱、核糖体毒性应激），揭示了其与细胞死亡通路、蛋白稳态网络的交叉对话，明确了 “调控机制 - 疾病表型 - 治疗靶点” 的逻辑链，为炎症相关疾病的精准治疗提供了全新框架。 当前研究的局限性在于：多数机制研究基于体外细胞和小鼠模型，难以完全复刻人类疾病的复杂性；炎症小体家族成员（NLRP1、CARD8、AIM2）的协同 / 拮抗关系尚未完全阐明；现有抑制剂存在选择性不足、脱靶毒性等问题，临床转化效率有限；炎症小体激活的时空动态特征及组织微环境的调控作用仍需深入探索；缺乏有效的生物标志物用于患者分层及治疗响应评估。 未来研究应聚焦三大方向：一是利用单细胞多组学、空间转录组等技术，解析炎症小体在疾病不同阶段、不同细胞类型中的动态激活模式，明确组织特异性调控网络；二是基于炎症小体的结构特征（如 NACHT 结构域、PYD 结构域）及调控机制（如 BRCC3、HDAC6、ZAKα），开发高选择性抑制剂及 PROTAC 等新型药物，降低脱靶毒性；三是推动炎症小体抑制剂的临床转化，设计适应性临床试验评估单药或联合治疗的疗效，开发炎症小体相关生物标志物（如 ASC 斑点、IL-1β、cleaved GSDMD）用于患者筛选及疗效监测。尽管面临诸多挑战，但炎症小体作为免疫调控的核心枢纽，其基础研究与临床应用的深度融合有望为炎症性疾病、感染性疾病、神经退行性疾病等提供新的治疗策略，改善患者预后。 往期回顾 去泛素化专题|Cell Death and Disease解读：USP11 通过稳定 EGFR 和 TRAF6 促进结直肠癌进展：EGFR 和 TLR 驱动肿瘤发生中的潜在治疗靶点 去泛素化专题|《Nature Communications》（2025IF：16.6，JCR Q1）解读：USP29-SMURF1-FSP1 轴通过铁死亡抑制驱动胃癌化疗耐药 去泛素化专题|《Cell Death Discovery》（2024IF：9.5998，JCR Q1）解读：UCHL1 通过去泛素化稳定 Twist1 驱动 NSCLC 转移 去泛素化专题|《Signal Transduction and Targeted Therapy》解读： 靶向泛素化：疾病发生机制与治疗干预的核心靶点 去泛素化专题|《Journal of Translational Medicine 》解读：泛素- 蛋白酶体系统重塑结直肠癌肿瘤微环境免疫抑制，为靶向治疗破局 泛素化专题 |《Signal Transduction and Targeted Therapy》解读：ERAD 与 ER-phagy 在健康与疾病中的调控机制及治疗潜力 关于我们 安提海拉生物科技（厦门）有限公司成立于2015年4月。公司集研究、开发、销售生物产品为一体，是一家新兴的高新技术企业。公司依托现代科学技术，致力于提供分子生物学技术服务与相关产品，包括基因过表达与抑制（如多种病毒颗粒及Talen，crispr系统），超纯细胞因子、生长因子等蛋白产品以及其他分子生物学、细胞生物学服务。我们的目标是通过为科研院所及生物制药公司提供高品质的服务和产品，从而促进现代生物医学及制药行业的发展     长按识别二维码   关注微信公众号           关注视频号            全文链接：https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1624770