Cell：新發現的一類天然免疫受體---己糖激酶

日期：2016-07-19 09:19:29

巨噬細胞與樹突狀細胞能夠識別病原體特有的分子模式（Pathogen associated molecular pattern，PAMP）從而引發炎癥反應。胞外的PAMP能夠被細胞表面TLR以及C-type lectin等天然免疫受體所識別。此外，巨噬細胞還能夠吞噬微生物進而將其降解，從而釋放PAMP到細胞內部。胞內的PAMP則能夠被其它類型的TLR或NLR識別。此前研究表明：金黃色葡萄球菌被巨噬細胞吞噬之后進入胞內巨噬小體中進一步降解。這以過程決定了巨噬作用后期炎癥因子的分泌以及炎癥反應的類型。例如，金黃色葡萄球菌降解產生的肽聚糖（PGN）能夠引發IL-1b以及IL-18的分泌。

IL-1b與IL-18在宿主抗細菌感染過程中起著非常重要的作用，它們能夠招募中性粒細胞到感染部位進而促進特異性T細胞反應。另外，它們還是炎癥小體激活后的產物。眾所周知，天然免疫細胞中存在多種類型的炎癥小體，而能夠針對PGN起反應的是NLRP3炎癥小體。不過，目前NLRP3受到PGN激活的分子機制仍不清楚。此前研究表明，NLRP3受PGN激活的過程并不依賴于NOD2。

另一方面，NLRP3能夠被多種不同的刺激所激活，比如二氧化硅、明礬、石棉、尿酸以及膽固醇等等。與PGN相同，巨噬細胞對這些晶體的吞噬作用對于其炎癥小體的激活是必要的條件。由于晶體并不像微生物分子一樣能夠降解，因而有研究者認為是由于巨噬小體結構的破壞引發的NLRP3炎癥小體的激活。不過，另外一些研究的表明PGN在被吞噬進入巨噬小體中之后該結構仍舊沒有遭受破壞，因此上述假設并不成立。

為了研究PGN激活NLRP3炎癥小體的精細分子機制，來自美國西德斯-西奈醫學中心的David M. Underhill課題組進行了深入研究，相關結果發表在最近一期的《Cell》雜志上。

首先，作者對野生型小鼠以及NLRP3缺失突變體小鼠的BMDM進行體外刺激，結果顯示，金黃色葡萄球菌分解產生的PGN確實能夠激活胞內的NLRP3炎癥小體進而引起IL-18以及IL-1b的分泌，而這一過程與鉀離子的外流或者細胞死亡之間并沒有明顯的關系。

PGN是格蘭氏陽性菌的主要組成部分，主要是由NAM與NAG兩類氨酰單糖交聯形成的多聚糖結構。通過逐步的降解，作者發現PGN中的NAG結構足以能夠激活NLRP3炎癥小體。這說明NAG是PGN中激活NLRP3的最小結構。進一步，作者將缺乏NAG結構的PGN進行體外刺激，發現這化合物相比PGN不再能夠引起NLRP3的激活，這一結果證實了上述實驗得出的結論。

進一步，作者希望研究清楚NAG是如何引起NLRP3的激活。他們發現，NAG或PGN的刺激能夠引發線粒體DNA的外流，這一現象促使作者們研究NAG對線粒體的刺激作用。早期試驗結果顯示，NAG能夠抑制葡萄糖的糖酵解過程，而NAG直接抑制的是一類叫做hexokinase的酶。通過分離巨噬細胞的線粒體并將其與NAG共同孵育，作者發現NAG確實能夠抑制NAG的酶活。而其它PGN的分解產物，如NAM或MDP則沒有上述效應。

作為競爭性的抑制劑，NAG能夠主動與hexokinase的催化位點結合。由于hexokinase并不能將NAG磷酸化，因此NAG能夠持續地與hexokinase結合，從而起到了明顯的競爭性抑制的效果。此前研究表明，hexokinase能夠與線粒體外膜的電壓依賴性離子通道蛋白（VDAC）相結合，這一結合能夠調節糖酵解，線粒體穩定性，活性氧分泌等多種細胞活動。VDAC的表達的抑制能夠阻斷NLRP3炎癥小體的激活。因此，作者認為NAG可能通過抑制hexokinase與線粒體表面VDAC的結合進而調控NLRP3的激活。通過實驗，作者發現NAG的刺激能夠明顯提高胞漿中hexokinase的水平。