Nature：揭示人NLRP3十聚体与其抑制剂CRID3结合在一起时的三维结构

2022年2月8日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自德国波恩大学和雷根斯堡大学的研究人员阐明了一种称为NLRP3的中枢细胞炎症开关的结构。他们的研究显示了NLRP3抑制剂可以与这种大型蛋白的哪个位点结合。这为开发针对痛风、2型糖尿病等炎症性疾病甚至阿尔茨海默病的新药物开辟了道路。相关研究结果于2022年2月3日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structure of the NLRP3 decamer bound to the cytokine release inhibitor CRID3”。

NLRP3是细胞中的一种危险传感分子：当细胞遭受应激（比如细菌感染或毒素）时，它就会发出警报。它诱导细胞膜内形成孔隙，最终导致细胞死亡。然而，在此之前，这种传感分子会刺激炎症信使物质（细胞因子）的形成，并通过穿孔的膜释放出来。这些细胞因子招募更多的免疫细胞到现场，并确保周围区域的细胞自杀，从而防止细菌或病毒进一步扩散。

论文通讯作者、波恩大学结构生物学研究所教授Matthias Geyer博士说，“由此产生的结果就是一种大规模的炎症反应。这对于防御病原体当然非常有用。但是，如果这种反应过度或甚至被无害的线索触发，它可能导致慢性炎症疾病，如II型糖尿病、痛风、克罗恩病，甚至像阿尔茨海默病这样的痴呆症。”

有针对性地遏制炎症的发生

因此，全球的科学家们正在寻求在不破坏整个免疫反应机制的情况下靶向炎症过程的方法。早在20年前，美国制药公司辉瑞公司就在这方面发表了一个有趣的发现：某些活性物质可以阻止细胞因子的释放，而细胞因子是最重要的炎症信使分子。然而，这些细胞因子释放抑制药物（Cytokine Release Inhibitory Drug, CRID）是如何做到这一点的，在此之前一直是未知的。

多年来，人们已经知道CRID以某种方式阻止细胞危险传感分子发出警报。Geyer的同事Inga Hochheiser解释说，“我们如今发现了它们发挥这种作用的方式。”这涉及从细胞中分离出大量的NLRP3，对它进行纯化，并加入抑制剂CRID3。Hochheiser将这一混合物的微小部分滴在一个载体上，然后迅速将其冻住。

这种方法产生了一层薄薄的冰膜，其中含有数百万个与CRID3结合的NLRP3分子。这些NLRP3分子可以用电子显微镜观察到。由于它们在下落时的方式不同，在显微镜下可以看到它们的不同侧面。Hochheiser解释说，“这些不同侧面的图片可以结合起来，形成一个三维的图像。”

NLRP3炎小体的激活增加了tau蛋白的过度磷酸化。图片来自Signal Transduction and Targeted Therapy, 2020, doi:10.1038/s41392-020-0145-7。

由此形成的冷冻电镜图像允许详细了解由与CRID3结合在一起时的NLRP3（此时，它是没有活性的）的结构。该结构显示NLRP3在它的非活性形式下组装成一个大型分子。该大型分子由十个NLRP3单元组成，共同形成一种笼子。Geyer高兴地报告说，“不过，我们的研究中最令人兴奋的结果是，我们能够确定CRID3分子停靠在它的结合位点上。这是全世界许多研究团体一直试图破解的一个难题。”

抑制剂阻止了NLRP3大型分子的激活

结合位点（对结构生物学家而言，指的是“口袋”）位于这种笼子的内部。这十个NLRP3单元中的每一个都有一个这样的口袋。当被CRID3占据时，该抑制剂会阻止NLRP3激活所需的笼瓣（flap mechanism）。就像是一朵盛开时才能被蜜蜂访问的玫瑰，NLRP3蛋白的某些部分在笼瓣翻转的时候到达该笼子的表面，从而变得可以访问。

NLRP3是NLRP蛋白家族的一个代表。据推测，该蛋白家族中的每一种NLRP蛋白都在不同的炎症过程中执行其非常特异性的任务。Geyer说，“根据我们的研究，我们认为所有这些NLRP的口袋是不同的。因此，可能可以为它们中的每一个找到特异性的抑制剂。这给人们提供了一个潜在的新武器库，以对抗多样化的炎症性疾病。”

例如，这项新的研究允许有针对性地寻找更有效且副作用更少的CRID3替代物。Geyer说，这仅仅是个开始，“我相信，我们的研究开辟了一个富有成效的新的研究领域，将使科学家们在未来几十年内都忙碌不已。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Inga V. Hochheiser et al. Structure of the NLRP3 decamer bound to the cytokine release inhibitor CRID3. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04467-w.