高澤乾，朱學(xué)亮，張志東，竇永喜

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所,家畜疫病病原生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730046)

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病毒感染激活炎癥小體的分子機(jī)制

高澤乾，朱學(xué)亮，張志東，竇永喜*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所,家畜疫病病原生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730046)

炎癥小體是宿主細(xì)胞應(yīng)對(duì)外界刺激、特殊病原或細(xì)胞損傷相關(guān)分子產(chǎn)生的一類多聚蛋白復(fù)合物，可以直接導(dǎo)致宿主細(xì)胞發(fā)生炎性壞死，即細(xì)胞焦亡。炎癥小體復(fù)合物主要由炎癥信號(hào)識(shí)別受體、凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白(ASC)和含半胱氨酸的天冬氨酸水解酶1(caspase-1)組成。炎癥信號(hào)識(shí)別受體識(shí)別刺激信號(hào)后，自身發(fā)生寡聚化，并募集ASC和caspase-1，活化的caspase-1切割促炎癥因子前體(pro-IL)-1β和IL-18，產(chǎn)生成熟的促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18。根據(jù)炎癥信號(hào)識(shí)別受體的種類，炎癥小體主要分為兩類，即核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(NLR)炎癥小體和黑色素瘤缺乏因子2樣受體(ALR)炎癥小體。宿主細(xì)胞可以識(shí)別病毒的不同結(jié)構(gòu)，如離子通道蛋白、非結(jié)構(gòu)蛋白和病毒核酸等，并產(chǎn)生相應(yīng)的炎癥小體，進(jìn)而激活后續(xù)炎癥和免疫相關(guān)反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。作者從病毒結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，闡述了宿主細(xì)胞是如何應(yīng)對(duì)病毒不同結(jié)構(gòu)的刺激并產(chǎn)生相應(yīng)的炎癥小體。

病毒；細(xì)胞焦亡；炎癥小體；NLRP3；AIM2；IFI16

1 炎癥小體概述

炎癥小體的產(chǎn)生是宿主細(xì)胞應(yīng)對(duì)外界病原入侵的重要手段。宿主細(xì)胞識(shí)別病原炎癥刺激信號(hào)后，炎癥小體進(jìn)行組裝并激活含半胱氨酸的天冬氨酸水解酶1(caspase-1)和促進(jìn)促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(interleukin, IL)-1β和IL-18的成熟。促炎細(xì)胞因子促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生并誘發(fā)一系列免疫反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生炎性壞死，即細(xì)胞焦亡。細(xì)胞焦亡概念最早由A. Zychlinsky等于1992年提出，其本質(zhì)上是一種細(xì)胞程序性死亡。焦亡早期細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜等質(zhì)膜上會(huì)形成小陽(yáng)離子滲透空隙(即質(zhì)膜孔)，引起質(zhì)膜兩側(cè)離子梯度消失，造成滲透溶脹和裂解，最終細(xì)胞釋放內(nèi)容物并造成強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，還會(huì)引起多種自身免疫炎癥和自身免疫病[1]。經(jīng)典炎癥小體的組裝主要依賴兩種炎癥信號(hào)識(shí)別分子，即核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain, NOD)樣受體和黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2, AIM-2)樣受體[2]。人類基因組編碼22個(gè)NOD樣受體(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor，NLR)，但只有核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體1 (NOD-like receptor family pyrin domain-containing 1, NLRP1)、NLRP3、NLRP6、NLRP7、NLRP12和NAIP/NLRC4被證實(shí)參與相應(yīng)炎癥小體組裝[3-8]。其他NOD樣受體的生物學(xué)功能仍不清楚。AIM2樣受體主要包括AIM2和干擾素誘導(dǎo)蛋白16(interferon inducible protein 16, IFI16)，均可組裝成炎癥小體，尤其是在宿主細(xì)胞識(shí)別病毒核酸炎癥信號(hào)過(guò)程中發(fā)揮作用[9-10]。

NLRP3炎癥小體是目前研究最為透徹的炎癥小體。NLRP3屬于NLR家族，含有多個(gè)功能結(jié)構(gòu)域，包括熱蛋白結(jié)構(gòu)域(pyrin domain，PYD)、桿狀病毒抑制因子細(xì)胞凋亡重復(fù)域(baculovirus inhibitor of apoptosis repeat domain，BIR)、中央核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(central nucleotide-binding and oligomerization domain，NACHT)和富亮氨酸重復(fù)序列(leucine-rich repeats，LRRs)(圖1)。NLRP3通過(guò)其N端的PYD和其他含PYD形成異源多聚體，從而介導(dǎo)信號(hào)傳輸。NLRP3分子之間通過(guò)NACHT結(jié)構(gòu)域發(fā)生寡聚化，組成炎癥小體的支持結(jié)構(gòu)，該過(guò)程是炎癥小體形成的關(guān)鍵步驟。其C端的LRRs結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)識(shí)別病原結(jié)構(gòu)成分。NLRP3接收到刺激信號(hào)后通過(guò)NACHT結(jié)構(gòu)域形成同源多聚體，然后其PYD結(jié)構(gòu)域直接和凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白(apoptosis associated speck like protein containing a C-terminal caspase recruitment domain，ASC)的PYD結(jié)構(gòu)域結(jié)合。然后通過(guò)ASC的 C端半胱天冬酶募集域(C-terminal caspase recruitment domain，CARD)與caspase-1的CARD結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成異源二聚體并激活caspase-1，活化的caspase-1切割促炎因子前體pro-IL-1β和pro-IL-18轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腎L-1β和IL-18(圖2)[11]。由于NLRP3缺少CARD，所以通過(guò)ASC蛋白和caspase-1間接發(fā)生作用。NLR家族中NLRP1也參與組裝炎癥小體形成NLRP1炎癥小體。由于NLRP1 N端含有CARD結(jié)構(gòu)域，因此NLRP1能以非依賴ASC方式激活caspase-1，促進(jìn)促炎因子IL-1β和IL-18前體的分泌和成熟[12]。

圖1 炎癥小體復(fù)合體各蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模式Fig.1 Domain organization of inflammasome component proteins

AIM2結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，屬于黑色素瘤缺乏因子2樣受體(absent in melanoma 2-like receptor, ALR)家族，只有PYD和HIN-200兩個(gè)結(jié)構(gòu)域。AIM2 C端HIM-200結(jié)構(gòu)域識(shí)別dsDNA(double stranded DNA)行使信號(hào)識(shí)別功能，其N端PYD結(jié)構(gòu)域可以和ASC蛋白的PYD直接結(jié)合。然后ASC的CARD與caspease-1的CARD結(jié)合，組成AIM2炎癥小體，促進(jìn)促炎因子前體pro-IL-1β和pro-IL-18轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒煨问絒13]。IFI16是ALR家族的另一成員，具有1個(gè)PYD結(jié)構(gòu)域和2個(gè)HIN-200結(jié)構(gòu)域，IFI16的HIN-200結(jié)構(gòu)域可以識(shí)別病毒的DNA和RNA結(jié)構(gòu)，促進(jìn)IFI16炎癥小體的組裝。和AIM2炎癥小體、NLRP3炎癥小體不同，IFI16氨基酸序列中還有核定位信號(hào)，所以IFI16炎癥小體既可在細(xì)胞質(zhì)中完成組裝，又可在細(xì)胞核內(nèi)完成組裝[10]。

病毒入侵宿主細(xì)胞后，病毒的多種成分被相應(yīng)的炎癥信號(hào)識(shí)別受體所識(shí)別，信號(hào)經(jīng)多種接頭分子傳輸至炎癥小體，炎癥小體完成組裝后誘導(dǎo)促炎因子前體的分泌和成熟。目前已通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，能夠激活炎癥小體組裝的病毒成分包括病毒核酸、病毒編碼離子通道蛋白和一些非結(jié)構(gòu)蛋白。筆者將對(duì)病毒激活炎癥小體組裝的分子機(jī)制進(jìn)行綜述，為病毒激活炎癥小體相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)，并為相關(guān)藥靶篩選和新藥物開(kāi)發(fā)提供新思路。

2 炎癥小體激活機(jī)制

炎癥小體的激活模型主要有三種。第一種，離子通道模型。離子通道模型主要分為鉀離子通道模型和鈣離子通道模型。鉀離子模型主要表現(xiàn)為，當(dāng)細(xì)胞膜外ATP濃度上升時(shí)，可以通過(guò)P2X7 ATP依賴性離子通道和膜的泛連接蛋白1(pannexin-1)孔隙促進(jìn)鉀離子外流，這樣會(huì)促進(jìn)病原相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular patterns, PAMPs)和損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns, DAMPs)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而促進(jìn)NLRP3炎癥小體的組裝和激活[14]。鈣離子模型表現(xiàn)為，當(dāng)細(xì)胞膜外Ca2+濃度升高時(shí)，磷脂酰肌醇/Ca2+信號(hào)通路被激活，鈣敏感受體(calcium sensing receptors, CaSRs)，G蛋白偶聯(lián)受體C家族6A(G protein coupled receptor family C, group6, subtype A, GPRC6A)和磷脂酶C(phospholipase C，PLC)等活化后會(huì)分解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate，PIP2)產(chǎn)生二脂酰甘油(diacylglycerol，DAG)和三磷酸肌醇(inositol triphosphate，InsP3)。InsP3通過(guò)結(jié)合其在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)上的受體，促進(jìn)ER中貯存的Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)炎癥小體的組裝和IL-1β的產(chǎn)生[15-17]。激活的CaSRs也可以通過(guò)降低細(xì)胞內(nèi)環(huán)化腺苷酸(cyclic adenosine 3′,5′-monophosphate, cAMP)促進(jìn)NLRP3炎癥小體的激活[16]。第二種，線粒體模型。NLRP3炎癥小體的激活因子可以通過(guò)激活NADPH氧化酶誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)，而ROS與成熟促炎因子IL-1β的外排有緊密聯(lián)系[18]。將與ROS產(chǎn)生直接相關(guān)的電壓依賴性陰離子通道(voltage-dependent anion channel，VDAC)基因沉默后，發(fā)現(xiàn)炎癥小體的組裝激活受到抑制。細(xì)胞質(zhì)中ROS的積累同樣能促進(jìn)鉀離子的外流從而進(jìn)一步激活NLRP炎癥小體[19]。所以線粒體產(chǎn)生的ROS并不是直接在炎癥小體組裝和激活中發(fā)揮作用。同時(shí)，線粒體上脂質(zhì)雙磷脂酰甘油也參與調(diào)控炎癥小體組裝和激活過(guò)程，其直接結(jié)合NLRP3形成復(fù)合物，抑制NLRP3炎癥小體的組裝[20]。第三種，溶酶體破裂模型。NLRP3炎癥小體激活因子(如二氧化硅、石棉等)通過(guò)吞噬作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，會(huì)誘導(dǎo)溶酶體破裂和內(nèi)容物的釋放，尤其是組織蛋白酶B(cathepsin B)，在NLRP3炎癥小體激活過(guò)程中起著重要作用[21]。

3 病毒結(jié)構(gòu)成分激活炎癥小體的機(jī)制

病毒侵入宿主細(xì)胞后，將宿主細(xì)胞的核酸和蛋白質(zhì)合成等系統(tǒng)為自身所用，產(chǎn)生新的病毒粒子。病毒復(fù)制過(guò)程中的產(chǎn)生的多種結(jié)構(gòu)成分可以激活炎癥小體的組裝，引起宿主細(xì)胞強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，造成宿主細(xì)胞焦亡。這些引起炎癥小體激活的病毒組分主要分為病毒粒子通道蛋白(Viroporin)、病毒核酸和病毒非結(jié)構(gòu)蛋白。

3.1 病毒編碼Viroporin激活炎癥小體

Viroporin是病毒編碼的一種小分子，疏水，多聚化后形成孔狀結(jié)構(gòu)的病毒蛋白質(zhì)，在病毒入侵、復(fù)制、組裝和釋放等重要過(guò)程發(fā)揮重要作用。Viroporin基因編碼50～120氨基酸，通常包括1到2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域(trans-membrane domain，TM)，Viroporin穿透磷脂分子層后可以形成離子通道，暴露在細(xì)胞膜外的區(qū)域與相應(yīng)的病毒或宿主蛋白質(zhì)發(fā)生作用，從而改變細(xì)胞膜的通透性[22-23]。

根據(jù)TM的數(shù)量，Viroporin蛋白可以分為I和II家族。每個(gè)家族根據(jù)其N端和C端的膜穿透特性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又分為兩個(gè)亞家族。I家族含有1個(gè) TM結(jié)構(gòu)域，II家族含有2個(gè)TM結(jié)構(gòu)域。I家族中Viroporin蛋白N端分布在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)為A亞家族，而N端位于細(xì)胞外的為B亞家族。 II型Viroporin蛋白中C端和N端均位于細(xì)胞質(zhì)中為A亞家族，均位于細(xì)胞膜外為B亞家族。此外還有研究報(bào)道存在III型Viroporin家族，該家族還有3個(gè)TM結(jié)構(gòu)域，其生化特性有待研究。由于該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，Viroporin很容易發(fā)生多聚化[22]。一旦Viroporin蛋白在細(xì)胞膜表面發(fā)生多聚化，就會(huì)和其他蛋白質(zhì)共同組成離子通道蛋白復(fù)合體。通道蛋白復(fù)合體的形成是病毒入侵和釋放過(guò)程中非常重要的階段。

正黏病毒科A型流感病毒侵染細(xì)胞后，宿主細(xì)胞通過(guò)TLR7識(shí)別病毒基因組RNA，促進(jìn)IL-1β和IL-18基因轉(zhuǎn)錄和前體的合成[24]。流感病毒編碼的M2蛋白屬于I型Viroporin，是一種質(zhì)子特異性離子通道，在病毒入侵和新病毒粒子合成過(guò)程中扮演重要角色。M2蛋白主要定植于高爾基體上，可以將H+轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞器內(nèi)腔，造成高爾基體和細(xì)胞質(zhì)的H+濃度失衡，這與NLRP3炎癥小體激活直接相關(guān)。同時(shí)，將M2蛋白第37位氨基酸由組氨酸突變?yōu)楦拾彼岷?，M2蛋白獲得了轉(zhuǎn)運(yùn)Na+和K+能力，進(jìn)一步增強(qiáng)了細(xì)胞中炎癥小體激活的程度，這表明不僅是H+，其他離子如Na+和K+等離子濃度失衡均能引起NLRP3炎癥小體激活[25]。

微RNA病毒科成員腦心肌炎病毒(encephalomyocarditis virus，EMCV)侵入鼠樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞后，能夠激活NLRP3炎癥小體的組裝。單獨(dú)將其以單鏈正義RNA形式的基因組轉(zhuǎn)染細(xì)胞后可以引起巨噬細(xì)胞I型干擾素的分泌，但檢測(cè)不到表達(dá)量呈顯著上升的IL-1β和IL-18。EMCV非結(jié)構(gòu)蛋白2B屬于II型Viroporin，被證實(shí)定植于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體膜上，在鼠骨髓源巨噬細(xì)胞中進(jìn)行過(guò)表達(dá)，可以使細(xì)胞器中的鈣離子濃度降低，促使NLRP3炎癥小體組裝和IL-1β的分泌。2B蛋白的過(guò)表達(dá)不能通過(guò)線粒體ROS和溶酶體組織蛋白酶B途徑引起NLRP3炎癥小體組裝和IL-1β分泌。除EMCV外，該屬其他病毒(如脊髓灰質(zhì)炎病毒和腸病毒71)編碼的2B蛋白均可以引起NLRP3炎癥小體的組裝[26]。

Viroporin除了可以造成離子濃度失衡外，還有研究推測(cè)其可能通過(guò)線粒體活性氧ROS產(chǎn)生來(lái)激活炎癥小體組裝，但具體機(jī)制還不清楚，需要進(jìn)一步探索[27-28]。

3.2 病毒核酸激活炎癥小體的分子機(jī)制

病毒入侵宿主細(xì)胞后，其基因組釋放到細(xì)胞質(zhì)中，病毒基因組會(huì)被相應(yīng)的炎癥信號(hào)識(shí)別受體識(shí)別，激活相應(yīng)炎癥小體的組裝。

A型流感病毒除編碼Viroporin外，其基因組RNA同樣可以激活NLRP3炎癥小體。將病毒RNA類似物poly(I:C)接種于野生鼠鼻腔內(nèi)可引起溫和的炎癥反應(yīng)，對(duì)比將poly(I:C)接種于NLRP3缺陷型小鼠鼻腔，IL-1β呈顯著下調(diào)趨勢(shì)。采用shRNA方法發(fā)現(xiàn)PYCARD和NLRP3蛋白對(duì)于poly(I:C)誘導(dǎo)IL-1β產(chǎn)生是必需的。用富含GU的單鏈RNA(ssRNA40)刺激細(xì)胞同樣可以引起NLRP3和PYCARD依賴性的IL-1β分泌。這表明細(xì)胞可以針對(duì)RNA病毒基因組產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。通過(guò)采用藥物拮抗劑阻斷特殊信號(hào)通路的方法，發(fā)現(xiàn)DAMP和組織蛋白酶B與NLRP3介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和IL-1β分泌直接相關(guān)。采用同樣的方法發(fā)現(xiàn)線粒體ROS的產(chǎn)生也是炎癥小體激活的必需步驟，但病毒核酸激活NLRP3炎癥小體的具體機(jī)制仍不清楚[29]。流感病毒RNA可以激活NLRP3炎癥小體組裝，但NLRP3炎癥小體的任何組分都不能直接結(jié)合病毒核酸，因此存在相應(yīng)的核酸信號(hào)識(shí)別分子協(xié)助誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的組裝，如DDX19A可以直接結(jié)合動(dòng)脈炎病毒RNA，協(xié)助激活NLRP3炎癥小體的組裝[30]。將丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)的RNA基因組polyU/UC區(qū)段刺激THP1細(xì)胞，同樣可以促進(jìn)IL-1β mRNA的表達(dá)，但其具體的炎癥小體激活機(jī)制仍不清楚[31-32]。除RNA病毒基因組可以激活炎癥小體外，DNA病毒基因組也可以激活炎癥小體。如痘苗病毒等正痘病毒屬病毒侵入宿主細(xì)胞后，其基因組dsDNA可被細(xì)胞質(zhì)中的炎癥信號(hào)識(shí)別受體AIM2識(shí)別，促進(jìn)AIM2炎癥小體組裝與IL-18和IL-1β促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生(圖2)[33]。同樣，細(xì)胞核中的病毒核酸也可以被相應(yīng)的炎癥信號(hào)識(shí)別受體識(shí)別，在細(xì)胞核中組裝和激活相應(yīng)的炎癥小體。如，ALR家族的IFI16不僅在細(xì)胞質(zhì)中識(shí)別單純性皰疹病毒(herpes simplex virus，HSV)-1和卡波西肉瘤相關(guān)皰疹病毒(Kaposi′s sarcoma-associated herpesvirus, KSHV)的基因組DNA，同時(shí)也在細(xì)胞核中識(shí)別其基因組DNA，激活I(lǐng)FI16炎癥小體[34-35]。病毒核酸是通過(guò)哪些接頭蛋白將刺激信號(hào)傳遞至相應(yīng)炎癥信號(hào)識(shí)別受體的機(jī)制仍然不清楚，仍需進(jìn)一步探索。

圖2 病毒各組分激活炎癥小體示意Fig.2 Inflammasome activation by diverse viral components

3.3 病毒非結(jié)構(gòu)蛋白激活炎癥小體

病毒編碼的非結(jié)構(gòu)蛋白也可以激活炎癥小體。有研究發(fā)現(xiàn)，A型流感病毒編碼的PB1-F2蛋白可以激活NLRP3炎癥小體。該研究證實(shí)PB1-F2蛋白通過(guò)溶酶體破裂模型激活NLRP3炎癥小體，誘導(dǎo)成熟IL-1β的產(chǎn)生[36]。病毒非結(jié)構(gòu)蛋白激活炎癥小體的研究非常少，有待進(jìn)一步探索。

4 病毒結(jié)構(gòu)抑制炎癥小體激活的分子機(jī)制

病毒入侵宿主細(xì)胞后，宿主細(xì)胞為應(yīng)對(duì)病毒感染，在持續(xù)的進(jìn)化壓力下，產(chǎn)生了多種炎癥信號(hào)識(shí)別受體，它們能夠識(shí)別病毒的不同結(jié)構(gòu)，獲得識(shí)別信號(hào)后激活相應(yīng)的炎癥小體，產(chǎn)生促炎癥細(xì)胞因子，誘發(fā)細(xì)胞焦亡，從而抑制病毒繁殖和擴(kuò)散。但是，病毒同樣進(jìn)化出相應(yīng)的防護(hù)機(jī)制，主要途徑是通過(guò)其非結(jié)構(gòu)蛋白來(lái)抑制炎癥小體的激活。病毒編碼的多種非結(jié)構(gòu)蛋白直接抑制炎癥小體激活途徑中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，造成抑制效應(yīng)。

病毒非結(jié)構(gòu)蛋白可以和炎癥小體激活途徑關(guān)鍵蛋白質(zhì)直接結(jié)合來(lái)抑制炎癥小體的產(chǎn)生。如人巨細(xì)胞病毒(human cytomegalovirus，HCMV)編碼的pUL83蛋白可以通過(guò)自身的PAD結(jié)構(gòu)域直接和IFI16 PYD結(jié)構(gòu)域結(jié)合，阻止IFI16多聚化，進(jìn)而抑制IFI16炎癥小體的產(chǎn)生[37]；痘苗病毒編碼的F1L蛋白也會(huì)直接結(jié)合NLRP1抑制其功能；麻疹病毒V蛋白可以直接抑制NLRP3蛋白，抑制IL-1β的產(chǎn)生[38]。病毒非結(jié)構(gòu)蛋白通過(guò)泛素化降解來(lái)抑制炎癥小體的激活。如，HSV-1編碼一種E3泛素化連接酶ICP0，該蛋白質(zhì)可以直接靶向IFI16，造成IFI16的泛素化降解[39]。由于炎癥小體的炎癥信號(hào)識(shí)別受體在細(xì)胞中的定位可通過(guò)乙?；蛄姿峄瘺Q定，所以病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白也可以通過(guò)對(duì)激活途徑中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)進(jìn)行乙?；蛄姿峄瘉?lái)改變信號(hào)識(shí)別受體的細(xì)胞定位，造成炎癥小體抑制。例如，HCMC編碼的激酶pUL97可以磷酸化IFI16，造成IFI16由細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，因此IFI16不能識(shí)別細(xì)胞核中HCMC的病毒DNA，無(wú)法激活I(lǐng)FI16炎癥小體[40]。

5 總結(jié)與展望

病毒感染宿主細(xì)胞和炎癥小體的組裝激活是一個(gè)極其復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程。宿主細(xì)胞通過(guò)識(shí)別病毒的不同結(jié)構(gòu)成分，激活相應(yīng)的炎癥小體和免疫反應(yīng)，造成細(xì)胞焦亡，從而抑制病毒的繁殖。同時(shí)，病毒可以利用自身非結(jié)構(gòu)蛋白來(lái)抑制炎癥小體的組裝和激活，以逃避宿主細(xì)胞的防御機(jī)制。病毒炎癥小體的激活途徑非常復(fù)雜，且各激活模型之間并不是獨(dú)立發(fā)揮激活炎癥小體作用，而是相互聯(lián)系和相互影響。例如，病毒感染過(guò)中，線粒體模型中ROS的積累可以促進(jìn)NLRP3炎癥小體的激活，也可以通過(guò)離子通道模型促進(jìn)鉀離子外流的方式進(jìn)一步激活NLRP3炎癥小體[41]。但各個(gè)激活途徑之間相互聯(lián)系的研究仍處于起步階段，需深入研究。同時(shí)，病毒炎癥信號(hào)識(shí)別受體和相應(yīng)接頭分子的鑒定是炎癥小體研究中非常重要的環(huán)節(jié)。這對(duì)于理解不同病毒炎癥信號(hào)激活相應(yīng)炎癥小體以及各個(gè)炎癥小體激活之間的相互聯(lián)系非常重要。如人類NLR家族有22個(gè)成員，小鼠NLR家族有34個(gè)成員，大部分成員在炎癥小體激活過(guò)程中的功能是未知的，需要進(jìn)一步探索。病毒激活炎癥小體的研究加深了我們對(duì)于宿主細(xì)胞抵抗外界病原的理解，為疾病治療和藥物開(kāi)發(fā)提供新的思路。

[1] LAROCK C N, COOKSON B T. Burning down the house: cellular actions during pyroptosis[J].PLoSPathog, 2013, 9(12):e1003793.

[2] CHEN I Y, ICHINOHE T. Response of host inflammasomes to viral infection[J].TrendsMicrobiol, 2015, 23(1):55-63.

[4] JO E K, KIM J K, SHIN D M, et al. Molecular mechanisms regulating NLRP3 inflammasome activation[J].CellMolImmunol, 2016, 13(2):148-159.

[5] WLODARSKA M, THAISS C A, NOWARSKI R, et al. NLRP6 inflammasome orchestrates the colonic host-microbial interface by regulating goblet cell mucus secretion[J].Cell, 2014, 156(5):1045-1059.

[6] KHARE S, DORFLEUTNER A, BRYAN N B, et al. An NLRP7-containing inflammasome mediates recognition of microbial lipopeptides in human macrophages[J].Immunity， 2012, 36(3):464-476.

[7] VLADIMER G I, WENG D, PAQUETTE S W, et al. The NLRP12 inflammasome recognizesYersiniapestis[J].Immunity, 2012, 37(1):96-107.

[8] VANCE R E. The NAIP/NLRC4 inflammasomes[J].CurrOpinImmunol, 2015, 32: 84-89.

[9] HORNUNG V, ABLASSER A, CHARREL-DENNIS M, et al. AIM2 recognizes cytosolic dsDNA and forms a caspase-1-activating inflammasome with ASC[J].Nature, 2009, 458(7237):514-518.

[10] XIAO T S. The nucleic acid-sensing inflammasomes[J].ImmunolRev, 2015, 265(1):103-111.

[11] LATZ E, XIAO T S, STUTZ A. Activation and regulation of the inflammasomes[J].NatRevImmunol, 2013, 13(6):397-411.

[12] MASTERS S L, GERLIC M, METCALF D, et al. NLRP1 inflammasome activation induces pyroptosis of hematopoietic progenitor cells[J].Immunity, 2012, 37(6):1009-1023.

[13] MAN S M, KARKI R, KANNEGANTI T D. AIM2 inflammasome in infection, cancer and autoimmunity: role in DNA sensing, inflammation and innate immunity[J].EurJImmunol, 2016, 46(2):269-280.

[14] KANNEGANTI T D, LAMKANFI M, KIM Y G, et al. Pannexin-1-mediated recognition of bacterial molecules activates the cryopyrin inflammasome independent of Toll-like receptor signaling[J].Immunity, 2007, 26(4):433-443.

[15] ROSSOL M, PIERER M, RAULIEN N, et al. Extracellular Ca2+is a danger signal activating the NLRP3 inflammasome through G protein-coupled calcium sensing receptors[J].NatCommun, 2012, 3:1329.

[16] LEE G S, SUBRAMANIAN N, KIM A I, et al. The calcium-sensing receptor regulates the NLRP3 inflammasome through Ca2+and cAMP[J].Nature, 2012, 492(7427):123-127.

[17] MURAKAMI T, OCKINGER J, YU J, et al. Critical role for calcium mobilization in activation of the NLRP3 inflammasome[J].ProcNatlAcadSciUSA, 2012, 109(28):11282-11287.

[18] CRUZ C M, RINNA A, FORMAN H J, et al. ATP activates a reactive oxygen species-dependent oxidative stress response and secretion of proinflammatory cytokines in macrophages[J].JBiolChem, 2007, 282(5):2871-2879.

[19] ZHOU R, YAZDI A S, MENU P, et al. A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation[J].Nature, 2011, 469(7329):221-225.

[20] IYER S S, HE Q, JANCZY J R, et al. Mitochondrial cardiolipin is required for Nlrp3 inflammasome activation[J].Immunity, 2013, 39(2):311-323.

[21] HORNUNG V, BAUERNFEIND F, HALLE A, et al. Silica crystals and aluminum salts activate the NALP3 inflammasome through phagosomal destabilization[J].NatImmunol, 2008, 9(8):847-856.

[22] SZE C W, TAN Y J. Viral membrane channels: Role and function in the virus life cycle[J].Viruses, 2015, 7(6):3261-3284.

[23] SCOTT C, GRIFFIN S. Viroporins: structure, function and potential as antiviral targets[J].JGenVirol, 2015, 96(8):2000-2027.

[24] MARTINON F, TSCHOPP J. Inflammatory caspases: linking an intracellular innate immune system to autoinflammatory diseases[J].Cell, 2004, 117(5):561-574.

[25] ICHINOHE T, PANG I K, IWASAKI A. Influenza virus activates inflammasomes via its intracellular M2 ion channel[J].NatImmunol, 2010, 11(5):404-410.

[26] ITO M, YANAGI Y, ICHINOHE T. Encephalomyocarditis virus viroporin 2B activates NLRP3 inflammasome[J].PLoSPathog, 2012, 8(8):e1002857.

[27] TRIANTAFILOU K, KAR S, VAKAKIS E, et al. Human respiratory syncytial virus viroporin SH: a viral recognition pathway used by the host to signal inflammasome activation[J].Thorax, 2013, 68(1):66-75.

[28] SEGOVIA J, SABBAH A, MGBEMENA V, et al. TLR2/MyD88/NF-κB pathway, reactive oxygen species, potassium efflux activates NLRP3/ASC inflammasome during respiratory syncytial virus infection[J].PLoSOne, 2012, 7(1):e29695.

[29] ALLEN I C, SCULL M A, MOORE C B, et al. The NLRP3 inflammasome mediatesinvivoinnate immunity to influenza a virus through recognition of viral RNA[J].Immunity, 2009, 30(4):556-565.

[30] LI J, HU L, LIU Y, et al. DDX19A senses viral RNA and mediates NLRP3-dependent inflammasome activation[J].JImmunol, 2015, 195(12):5732-5749.

[31] BURDETTE D, HASKETT A, PRESSER L, et al. Hepatitis C virus activates interleukin-1beta via caspase-1-inflammasome complex[J].JGenVirol, 2012, 93(Pt 2):235-246.

[32] NEGASH A A, RAMOS H J, CROCHET N, et al. IL-1beta production through the NLRP3 inflammasome by hepatic macrophages links hepatitis C virus infection with liver inflammation and disease[J].PLoSPathog, 2013, 9(4):e1003330.

[33] RATHINAM V A, JIANG Z, WAGGONER S N, et al. The AIM2 inflammasome is essential for host defense against cytosolic bacteria and DNA viruses[J].NatImmunol, 2010,11(5):395-402.

[34] KERUR N, VEETTIL M V, SHARMA-WALIA N, et al. IFI16 acts as a nuclear pathogen sensor to induce the inflammasome in response to Kaposi Sarcoma-associated herpesvirus infection[J].CellHostMicrobe, 2011, 9(5):363-375.

[35] JOHNSON K E, CHIKOTI L, CHANDRAN B. Herpes simplex virus 1 infection induces activation and subsequent inhibition of the IFI16 and NLRP3 inflammasomes[J].JVirol, 2013, 87(9):5005-5018.

[36] THOMAS P G, DASH P, ALDRIDGE J R Jr, et al. The intracellular sensor NLRP3 mediates key innate and healing responses to influenza A virus via the regulation of caspase-1[J].Immunity, 2009, 30(4):566-575.

[37] LI T, CHEN J, CRISTEA I M. Human cytomegalovirus tegument protein pUL83 inhibits IFI16-mediated DNA sensing for immune evasion[J].CellHostMicrobe, 2013, 14(5):591-599.

[38] GERLIC M, FAUSTIN B, POSTIGO A, et al. Vaccinia virus F1L protein promotes virulence by inhibiting inflammasome activation[J].ProcNatlAcadSciUSA, 2013, 110(19):7808-7813.

[39] ORZALLI M H, DELUCA N A, KNIPE D M. Nuclear IFI16 induction of IRF-3 signaling during herpesviral infection and degradation of IFI16 by the viral ICP0 protein[J].ProcNatlAcadSciUSA, 2012,109(44):E3008-17.

[40] DELL′OSTE V, GATTI D, GUGLIESI F, et al. Innate nuclear sensor IFI16 translocates into the cytoplasm during the early stage ofinvitrohuman cytomegalovirus infection and is entrapped in the egressing virions during the late stage[J].JVirol, 2014, 88(12):6970-6982.

[41] ZHOU R, TARDIVEL A, THORENS B, et al. Thioredoxin-interacting protein links oxidative stress to inflammasome activation[J].Natimmunol, 2010, 11(2):136-140.

(編輯 白永平)

The Mechanisms of Inflammasomes Activation by Viral Components

GAO Ze-qian, ZHU Xue-liang, ZHANG Zhi-dong, DOU Yong-xi*

(ViralDiseasesinGrazingAnimalsProgramme,StateKeyLaboratoryofVeterinaryEtiologicalBiology,LanzhouVeterinaryResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730046,China)

Inflammasomes are multiprotein complexes that induce downstream immune responses to environmental stimuli, specific pathogens and host cell damage, leading to the pyroptotic cell death of host cells. Inflammasomes mainly consist of recognition receptors of inflammatory signals ASC (the adapter apoptosis-associated speck-like protein containing a C-terminal caspase recruitment domain) and pro-caspase-1. Once activated, inflammasomes can induce the activation of caspase-1 and maturation of inflammatory cytokines, including IL-1β and IL-18. Inflammasomes can be classed into the NLR (nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain-containing 3) inflammasome and the ALR (absent in melanoma 2 like receptor) inflammasome on the basis of the types of inflammatory signals recognition receptors. Host cells can recognize different viral components, including viroporins, non-structural proteins, viral double-stranded DNA and viral single stranded RNA, by different inflammatory signals recognition receptors and promote the formation of responding inflammasomes. Herein, we outlined the mechanisms of inflammasome formation activated by diverse viral components, and therefore provide a reference for future research and development of novel antiviral drugs.

viruses; pyroptosis; inflammasomes; NLRP3; AIM2; IFI16

10.11843/j.issn.0366-6964.2016.11.003

2016-06-13

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程基金；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303059)

高澤乾(1988-)，男，河北邯鄲人，碩士，主要從事分子生物學(xué)與免疫學(xué)的研究，E-mail：zeqian_gao@sina.cn

*通信作者：竇永喜，副研究員，碩士生導(dǎo)師，博士，E-mail:douyongxi@caas.cn

S852.4

A

0366-6964(2016)11-2167-08