炎癥小體依賴于一個(gè)“兩步”活化模型。不過每個(gè)炎癥小體都有獨(dú)特的傳感器激活和平臺(tái)關(guān)聯(lián)機(jī)制。這些傳感器既可以直接與它的激動(dòng)劑結(jié)合，也可以依賴于另一種分子。ASC接頭蛋白對(duì)于某些炎癥小體的組裝是必需的，但也可以不參與或完全缺乏于某些炎癥小體的組裝。不同炎癥小體之間的相互作用通過特定的保守結(jié)構(gòu)域發(fā)生。各種激活和組裝策略可能經(jīng)進(jìn)化，演變成能對(duì)威脅做出及時(shí)的響應(yīng)。

“兩步”激活模型

啟動(dòng)（Priming）和激活是所有炎癥小體都需要的兩個(gè)步驟。首先，啟動(dòng)步驟可以視為一種必要的調(diào)節(jié)，以避免不必要的激活。它允許炎癥小體組裝和下游信號(hào)所需蛋白的轉(zhuǎn)錄上調(diào)。一旦啟動(dòng)，傳感器將保持在自動(dòng)抑制但對(duì)信號(hào)敏感的狀態(tài)。它們通過直接的配體結(jié)合或間接的細(xì)胞內(nèi)事件被不同的PAMPs或DAMPs激活。

第二步激活，是誘導(dǎo)啟動(dòng)后的傳感器進(jìn)行翻譯后修飾（PTMs），導(dǎo)致去抑制的構(gòu)象變化。這是傳感器寡聚化和炎癥小體平臺(tái)組裝的起點(diǎn)。下文我們?cè)敿?xì)介紹了NLRP3、NLRC4和CASP-11/4/5炎癥小體的獨(dú)特激活和組裝機(jī)制。

NLRP3炎癥小體

NLRP3炎癥小體是最被研究透徹的經(jīng)典炎癥小體。然而，關(guān)于NLRP3激活的確切機(jī)制仍存在爭(zhēng)議 [5, 38]。NLRP3可以被一系列結(jié)構(gòu)上和化學(xué)上無關(guān)的刺激物激活。這些刺激物可以是無菌的（例如尿酸晶體、β-淀粉樣蛋白、膽固醇晶體）、來自微生物（例如造孔毒素、離子通道激活劑）或環(huán)境的（例如石棉、二氧化硅）[5]。目前的認(rèn)知是NLRP3不直接與這些分子結(jié)合。相反，它感知下游細(xì)胞溶質(zhì)應(yīng)激信號(hào)，如K+ 外排 [5, 38]、外化線粒體心磷脂和氧化線粒體DNA，后兩者在一些研究中被認(rèn)為是NLRP3的“最終”配體 [39-41]。

NLRP3是一種擁有三個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白，包含LRR、NOD（或NATCH）和PYD結(jié)構(gòu)域（見第4頁）。由于NOD和LRR結(jié)構(gòu)域之間的內(nèi)部相互作用，NLRP3被自動(dòng)抑制為閉合構(gòu)象 [42]。NOD結(jié)構(gòu)域的ATP結(jié)合和水解允許NLRP3變成開放構(gòu)象 [43]。此外，PTMs由不同的刺激物驅(qū)動(dòng)，這些刺激物可以靶向NLRP3結(jié)構(gòu)域中的特定殘基 [38, 44, 45]。例如PRR配體（如LPS或Pam3CSK4）的刺激，可以在NOD結(jié)構(gòu)域中導(dǎo)致JNK1介導(dǎo)的S198磷酸化以及NLRP3去泛素化 [44]。一旦LRR結(jié)構(gòu)域被暴露，它就與NEK7（NimA相關(guān)蛋白激酶7）結(jié)合。NEK7對(duì)于橋接相鄰NLRP3亞單位之間的間隙是必需的，不過，這種相互作用發(fā)生的時(shí)間和位置尚未完全闡明 [25-27]。NLRP3的激活會(huì)使炎癥小體開始組裝。NLRP3-PYD結(jié)構(gòu)域招募ASC，然后通過其CARD結(jié)構(gòu)域與pro-caspase-1結(jié)合。CASP-1受鄰近誘導(dǎo)進(jìn)行自溶性活化，從而使細(xì)胞表面形成GSDMD孔，允許IL-1β/IL-18和警報(bào)素分泌，最終導(dǎo)致細(xì)胞焦亡 [5, 46]。

細(xì)胞器在NLRP3炎癥小體組裝中起關(guān)鍵作用 [5, 47]。啟動(dòng)和激活信號(hào)一同協(xié)調(diào)NLRP3炎癥小體成分在線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）和高爾基體的亞細(xì)胞定位。至于是否存在多種細(xì)胞器的機(jī)制去調(diào)控NLRP3炎癥小體組裝則還在研究中 [48]。

NLRP3炎癥小體已被發(fā)現(xiàn)有不同的啟動(dòng)機(jī)制。長時(shí)間的TLR刺激（>3小時(shí)）可以觸發(fā)NF-κB介導(dǎo)的新NLRP3分子轉(zhuǎn)錄 [44, 49]。短時(shí)間的TLR刺激（<1小時(shí)）較可能觸發(fā)MyD88或TRIF介導(dǎo)的NLRP3蛋白PTM [44, 50]。PTM介導(dǎo)的NLRP3啟動(dòng)可能已經(jīng)進(jìn)化到允許即時(shí)的炎癥反應(yīng)發(fā)生。另外，轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)的啟動(dòng)可以通過上調(diào)NLRP3和效應(yīng)分子的表達(dá)，來增強(qiáng)炎癥反應(yīng)。近期也有研究顯示，至少在體外的人類單核細(xì)胞中，TLR介導(dǎo)的啟動(dòng)對(duì)于NLRP3炎癥小體的活化并不是必需的 [51]。

重要的是，非經(jīng)典炎癥小體CASP-11/4/5炎癥反應(yīng)也能觸發(fā)NLRP3炎癥小體的激活和組裝（見下文）。

NLRC4/NAIP炎癥小體

NLRC4感測(cè)細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌分子，如屬于運(yùn)動(dòng)器官的鞭毛蛋白，或來自細(xì)菌III型或IV型分泌系統(tǒng)(T3SS或T4SS)的內(nèi)桿和針狀蛋白。更具體地說，NAIP與其相應(yīng)的配體直接結(jié)合后，再結(jié)合NLRC4。另外，人源和鼠源的NAIP表達(dá)存在差異。人源基因組只表達(dá)一種NAIP，作用于NLRC4上游并與上述激活劑結(jié)合 [7, 52]。這種獨(dú)特的人源NAIP存在兩種異構(gòu)體，且對(duì)感知鞭毛蛋白和T3SS蛋白有不同的親和力 [52]。而小鼠表達(dá)多個(gè)NAIPs，它們對(duì)每個(gè)配體都表現(xiàn)出不同的親和力；例如NAIP1對(duì)T3SS針狀蛋白具有較高的親和力，NAIP2對(duì)T3SS內(nèi)桿蛋白具有較高的親和力，NAIP5和NAIP6對(duì)鞭毛蛋白具有較高的親和力 [8-11]。盡管NAIPs和NLRC4的轉(zhuǎn)錄調(diào)控仍缺乏文獻(xiàn)記載，但最近發(fā)現(xiàn)鼠源NAIPs的本底表達(dá)至少依賴于IRF8 [53] 。

NAIPs和NLRC4擁有相似的LRR和NOD結(jié)構(gòu)域，其中LRR結(jié)構(gòu)域是令它們處于自抑制狀態(tài)所必需的 [8, 54-56]。此外，NLRC4還有一個(gè)CARD 結(jié)構(gòu)域。一旦配體結(jié)合到NAIP的NOD區(qū)域，處于自抑制狀態(tài)的NAIP就會(huì)伸展出來，暴露出NOD結(jié)構(gòu)域 [55]。被激活的NAIP通過NOD-NOD相互作用募集NLRC4啟動(dòng)子（promoter），迫使NLRC4開放。而活化的NLRC4利用其暴露出來的NOD表面與其他NLRC4分子發(fā)生骨牌反應(yīng)，形成組裝炎癥小體平臺(tái) [56]。NLRC4的CARD結(jié)構(gòu)域聚集后會(huì)使NLRC4聚合化，NLRC4/NAIP復(fù)合物然后可以通過直接的CARD-CARD相互作用或通過ASC接頭蛋白與pro-caspase-1結(jié)合 [15, 56]。

CASP-11和CASP-4/5非經(jīng)典炎癥小體

鼠源CASP-11和人源CASP-4/5同時(shí)作為傳感器和效應(yīng)蛋白分子，形成非經(jīng)典炎癥小體。CASP-11是在感染革蘭氏陰性細(xì)菌小鼠模型中首次被發(fā)現(xiàn)能感應(yīng)細(xì)胞內(nèi)的LPS，且不依賴于細(xì)胞表面的LPS受體TLR4 [57, 58]。此外，CASP-11和CASP-4/5會(huì)驅(qū)動(dòng)GSDMD介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和CASP-1依賴性的IL-1β/IL-18分泌 [22]。

LPS的識(shí)別和caspase的寡聚化都是被CASP-11/4/5的CARD結(jié)構(gòu)域所介導(dǎo)，它們也是使其自身亞單位進(jìn)行自催化激活所必需的 [29]。這些活化的caspase會(huì)切割GSDMD，最終誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生。與CASP-1不同，CASP-11/4/5不會(huì)將pro-IL-1β和pro-IL-18切割成成熟形態(tài) [59]。當(dāng)質(zhì)膜形成GSDMD孔，會(huì)釋放出作為應(yīng)激信號(hào)的胞漿成分。K+外排會(huì)促使NLRP3炎癥小體組裝和CASP-1介導(dǎo)的IL-1β/IL-18分泌 [38, 60]。不過，關(guān)于CASP-11/4/5確切的激活機(jī)制仍需要進(jìn)行深入的研究。

細(xì)胞外LPS通過細(xì)菌OMV的攝?。ㄒ姷?3頁）或細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌的溶解進(jìn)入胞質(zhì) [57, 61]。之后的事件會(huì)涉及鳥苷酸結(jié)合蛋白（GBPs）和干擾素反應(yīng)基因B10蛋白（IRGB10）的參與。GBPs積聚在吞噬體膜上，促使細(xì)菌產(chǎn)物（如DNA、LPS）釋放到細(xì)胞質(zhì)中 [62]。它們會(huì)通過招募IRGB10參與穿透細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌膜 [63]。GBPs也被認(rèn)為能促使CASP-11與LPS疏水脂質(zhì)A的相互作用 [64]。

人源CASP-4/5和鼠源CASP-11的本底表達(dá)會(huì)因細(xì)胞類型而有所不同，它們的表達(dá)可在使用各種TLR激動(dòng)劑(如LPS和Pam3CSK4)和干擾素（IFN-β和IFN-γ）預(yù)處理后獲得上調(diào) [22, 65-67]。同樣，GBPs和IRGB10也受干擾素轉(zhuǎn)錄調(diào)控 [67]。

既然人類基因存在著兩種CASP-11相似的蛋白，這就引申出CASP-4和CASP-5在功能上是否具冗余性的問題。目前有體外實(shí)驗(yàn)顯示要應(yīng)答轉(zhuǎn)染的LPS，最低限度也需要CASP-5，但在小鼠感染傷寒沙門氏菌的情況下CASP-5則是必需的 [68]。CASP-4和CASP-5在體內(nèi)細(xì)菌感染中的確切作用還待進(jìn)一步研究。

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