caspase 7

关注并星标CPHI制药在线靶向机体亚单位治疗是当前癌症治疗的新型策略，也是现代分子药理学研究和发展的重点方向。线粒体是产生能量的场所和细胞的代谢中心，肿瘤细胞具有代谢异常的特征，这使得开发靶向线粒体的化合物成为新的抗肿瘤研究方向。线粒体与癌症的关系线粒体与癌症的关联体现在多个相互交织的生物学过程中。从凋亡调控到氧化还原稳态，从离子平衡到遗传物质变异，每个环节均存在促癌与抑癌的动态博弈。①线粒体调控细胞凋亡。细胞凋亡可由内源性线粒体途径（Bcl-2 途径）与外源性死亡受体途径两种途径引发。在线粒体在内源性凋亡途径中，Bcl-2 家族蛋白通过调控促凋亡信号，改变内质网与线粒体间的钙离子（Ca²⁺）动态平衡，促使动力相关蛋白 1（Drp1）介导线粒体分裂形成碎片化结构。这一过程导致细胞色素C释放至胞质，进而激活 Caspase-3 并引发凋亡级联反应。外源性凋亡途径则由细胞表面死亡受体（如TNFR 家族）启动，通过 Caspase-8 水解促凋亡蛋白，最终激活下游 Caspase-3和Caspase-7。②线粒体产生 ROS。作为活性氧（ROS）的主要来源，线粒体在肿瘤进展中呈现双重角色。肿瘤细胞内 ROS水平通常高于正常细胞，低浓度 ROS 通过激活Ras-ERK 、MAPK 及PI3K/AKT 等信号通路促进癌细胞增殖与侵袭。例如，肝癌细胞中ROS 通过 AKT 通路调控端粒酶活性，而抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）可阻断这一过程。然而，当ROS积累超过阈值时，会造成脂质过氧化、蛋白质失活及 DNA 损伤，最终触发细胞死亡。研究显示，丙氨酸内酯通过 ROS-MAPK 通路抑制 NF-κB 、AP-1 和STAT3 转录因子活性，从而抑制肿瘤生长；葫芦素 B则通过提升 ROS 水平破坏线粒体膜电位，诱导前列腺癌细胞凋亡。③线粒体内Ca2+的摄取。线粒体钙离子单向转运体（MCU）介导的 Ca²⁺摄取机制在癌症中同样呈现矛盾特性。肝癌等肿瘤中 MCU 的过度表达可通过增加线粒体内Ca²⁺浓度，激活ROS/Nrf2/Notch信号轴，促进上皮-间充质转化及转移进程。此外，Ca²⁺信号还可通过稳定 p53 蛋白调控细胞周期。但在病理条件下，MCU 介导的 Ca²⁺内流与硫化氢（H₂S）协同引发氧化应激暴发，抑制 ATP 合成和下调热休克蛋白表达，从而抑制癌症的发展。④线粒体DNA（mtDNA）。mtDNA因缺乏组蛋白保护及高效修复系统更易发生突变，其异常与肿瘤代谢重编程密切相关。 mtDNA突变可导致氧化磷酸化功能障碍，迫使癌细胞依赖糖酵解供能（即Warburg 效应），从而适应缺氧微环境。尽管膀胱癌、乳腺癌等肿瘤中常观察到 mtDNA拷贝数减少，但部分癌细胞通过上调核编码线粒体基因进行代偿。例如，肾癌细胞可通过增强线粒体基因表达抵消 mtDNA 损耗，维持呼吸链蛋白水平。靶向线粒体小分子化合物1、亲脂性阳离子小分子化合物亲脂性阳离子小分子可通过肿瘤细胞线粒体超极化膜电位（ψm）实现靶向蓄积。正常细胞线粒体膜电位（130~150 mV）与胞浆（-60 mV）形成约180 mV 跨膜电位差，而肿瘤细胞ψm更高，使带正电分子更易富集于其线粒体。三苯基膦（TPP）容易穿透带负电荷的细胞膜和线粒体膜，使其积累在线粒体的浓度可达其他部位的数百倍，成为纳米递药系统常用靶头。研究发现，罗丹明-23可用于活细胞的线粒体定位，并在较高浓度下通过抑制ATP 合酶破坏线粒体的生物能量功能，从而对线粒体产生毒性，其衍生物 MKT-077能优先在肿瘤细胞线粒体中积累，并诱导线粒体DNA选择性耗损，抑制肿瘤生长。但由于具有反复肾毒性的不良反应，其临床试验已在第一阶段被终止。地喹氯铵（DEQ）可选择性靶向线粒体，从而抑制线粒体 ATP 酶，阻止细胞中的能量产生，但随后发现它在多药耐药性肿瘤细胞系中表现出交叉耐药性，DEQ可通过外排泵被肿瘤细胞排出。尽管 TPP 、DEQ 等药效有限，但其高靶向性为递药系统设计提供了基础，通过偶联药物或结构优化可提升线粒体富集效率，增强抗肿瘤效果，但仍需解决毒性、耐药性等挑战。2、改变线粒体膜通透性的小分子化合物线粒体膜通透性改变是触发内源性细胞凋亡的关键机制，凋亡信号及多种因子通过激活线粒体膜通透性转换孔（MPTP）引发线粒体膜完整性破坏，导致基质肿胀、外膜破裂、膜电位（ψm）下降或丧失、氧化磷酸化解耦联及 ATP 合成减少，进而通过内容物释放诱导细胞凋亡或坏死，在肿瘤治疗中起到重要作用。①Bcl-2 蛋白家族类似物Bcl-2蛋白家族通过调控线粒体外膜通透性成为细胞凋亡的“主开关”，其成员包含促凋亡蛋白（如Bax、Bad）和抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bcl-xL）。基于 Bcl-2同源结构域 BH3设计的靶向小分子化合物中，天然化合物棉酚作为首个 BH3 模拟物可抑制 Bcl-2 并破坏线粒体膜完整性，但因脱靶效应终止临床开发；后续研发的 ABT-737对 B细胞淋巴瘤和小细胞肺癌具有显著细胞毒性，但口服生物利用度不足，经结构优化得到的 ABT-263进入临床 III 期试验，其衍生物 ABT-199（venetoclax，9）凭借纳摩尔级亲和力成为首个FDA批准的BH3 模拟物，用于治疗特定慢性淋巴细胞白血病。此外，WEHI-539作为高选择性 Bcl-xL 抑制剂被发现，经研究优化获得高效口服抑制剂 A-1331852。②VDAC/ANT 抑制剂电压依赖性阴离子通道（VDAC）和腺嘌呤核苷酸转位酶（ANT）作为线粒体膜的关键整合蛋白，分别在线粒体外膜和内膜构成代谢物运输的重要通道。研究表明，VDAC/ANT 复合体功能紊乱可通过诱导线粒体通透性转变（MPT），进而触发肿瘤细胞凋亡级联反应。这一分子机制为开发新型抗肿瘤药物提供了重要理论依据。在靶向治疗策略开发方面，有研究基于砷化物的生物活性设计的三价砷-谷胱甘肽复合物 GSAO，通过特异性结合 ANT 蛋白的半胱氨酸残基产生共价交联，有效抑制线粒体功能并阻滞肿瘤细胞增殖。尽管该化合物在临床I期试验（NCT01147029）中因砷毒性问题终止研发，但其结构优化产物 PENAO展现出显著改进特性。研究证实，PENAO 通过调控多药耐药蛋白 MRP1/2 的转运动力学，使细胞内蓄积速率较母体化合物提升 85 倍，且具有更强的抗肿瘤效力。目前该衍生物已进入 I/IIa 期临床试验，正在评估其单药或联合雷帕霉素的治疗效果。此外，Bcl-2 蛋白家族与 VDAC/ANT 系统在线粒体膜通透性调控中具有协同作用。已进入临床研究的ABT-199 等靶向药物，通过验证其安全性和有效性，进一步证实了该策略的可行性。3、靶向己糖激酶 2(hexokinase 2，HK2)的小分子抑制剂HK是催化己糖转化成6磷酸己糖的一种酶，包含HK1、HK2、HK3、HK4 4个亚型，对其进行阻断可以抑制肿瘤细胞的生长。其中HK2 亚型因在恶性肿瘤中特异性高表达而备受关注，其可通过催化葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（G6P），并通过与VDAC1 的竞争性结合干扰 Bax 介导的凋亡通路，使肿瘤细胞逃离凋亡。针对 HK2 的抑制策略主要聚焦于三个关键作用位点。①靶向葡萄糖结合位点基于竞争性抑制原理，2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）作为经典抑制剂可通过占据 HK2 葡萄糖结合位点实现抑制作用，10 mmol·L⁻¹浓度即可显著下调 HeLa 细胞 HK2 表达。目前该化合物已在转移性前列腺癌领域进入I/II 期临床评估（NCT00633087）。通过虚拟筛选发现的苄丝肼（Benserazide）及其结构优化产物BNBZ，经苯环引入和肼氮芳构化修饰后，其与结合袋的极性/非极性相互作用显著增强，抑制活性提升11倍，IC50从5.5 μmol·L⁻¹优化至 0.5 μmol·L⁻¹，展现出更优的成药潜力。②靶向G6P 结合位点G6P作为葡萄糖的HK2 催化产物，是HK2的天然抑制剂，有葡萄糖片段和磷酸片段2个与HK2结合的关键片段。G6P 能与葡萄糖结合竞争，破坏HK2的独特催化结构而发挥选择性抑制功能。③靶向HK2催化功能结合位点最新研究发现，3-溴丙酮酸（3-BP）可通过烷基化修饰 HK2 的Cys158 残基，破坏其与 VDAC1 的蛋白互作网络。实验证实，该化合物能有效恢复线粒体凋亡通路敏感性，在乳腺癌小鼠模型中可使肿瘤体积缩小62%。尽管目前尚处临床前研究阶段，但其独特的作用机制为开发新型多靶点抑制剂提供了重要启示。参考资料[1]黄佳藤,王甜甜,刘华,等.线粒体靶向小分子化合物在肿瘤研究中的应用[J].中国现代应用药学,2024,41(22):3245-3254.[2]邹鑫,黄璨,李佳良,等.靶向线粒体在癌症治疗中的作用研究进展[J].肿瘤药学,2024,14(02):166-172.作者简介：小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。END2025金笔奖征文活动开启，来投稿吧！领取CPHI & PMEC China 2025展会门票智药研习社直播预告来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~

ChenFJMU内容团队编辑（原创） 思语湖畔Quote I don’t stop when I’m tired. I stop when I’m done. — DavidGoggins 非炎性细胞凋亡通过激活caspase-3裂解GSDME转化为炎性焦亡，这一过程可以作为一种有效的治疗策略。因此，一种选择性强效的活化caspase-3诱导剂在基于热解法的癌症治疗中起着至关重要的作用。该课题组将叠氮修饰的THP-1（人白血病细胞）巨噬细胞膜（TCM）与可瞬时表达水疱性口炎病毒g蛋白（VSVG）的pMD2.G质粒修饰的HEK293T（人胚胎肾细胞）细胞膜（VCM）共挤压制备多功能囊泡（HnV）。将二苯并环辛基（DBCO）修饰的四氨基苯卟啉（DBCO- TAPP）通过点击化学反应嵌入多功能囊泡HnV中，成功制备了用于PDT的人细胞膜囊泡纳米平台（HCNP）设计了一种基于人细胞膜囊泡的纳米平台（HCNP），用于光动力治疗（PDT）。结果表明，HCNP在激光照射下通过产生活性氧（ROS）有效地破坏细胞的线粒体功能；同时，GSDME被活化的caspase-3切割，促进肺癌细胞的焦亡。该研究提出了一种基于光激活PDT诱导焦亡的有效干预策略。 相关研究成果“Bioinspired Nano-Photosensitizer-Activated Caspase-3/GSDME Pathway Induces Pyroptosis in Lung Cancer Cells”发表在期刊Advanced Healthcare Materials。 Results 一、HCNP的制备与表征 N-叠氮基乙酰基氨基半乳糖（Ac4GalNAz）是一种广泛应用于叠氮化物修饰的糖，可作为生物正交化学的化学探针，一旦进入细胞，就被代谢成N-叠氮酰基半乳糖胺（GalNAz），然后整合成糖蛋白和其他生物分子。在本研究中，将THP-1细胞用Ac4GalNAz处理48 h，制备叠氮化物修饰的细胞膜，用于后续的生物正交反应。Ac4GalNAz对的浓度对THP-1细胞具有影响，高浓度下具有毒性，低浓度对THP-1细胞的毒性较小（图a）。流式细胞术检测巨噬细胞膜上叠氮基团的成功表达。如图b所示，叠氮化物与DBCO-Cy5.5发生点击反应后，THP-1细胞表面发出红色荧光，表明叠氮化物成功修饰到THP-1细胞膜上。G质粒免疫荧光染色显示，VSVG蛋白在HEK293T细胞膜上清晰表达（图c）。 为了将TCM与VCM结合形成多功能囊泡，将TCM和VCM的混合膜经过一系列挤压融合形成人细胞膜锚定纳米囊泡（HnV）。如图d所示，HCNP、DBCO-TAPP和游离TAPP的光谱相似，说明TAPP成功接枝到HnV上。同时，为了提供细胞膜囊泡载体功能依赖于亲本细胞的充分证据，通过蛋白凝胶电泳进一步证实HCNP是否成功保留了亲本细胞的功能蛋白；如图e所示，TCM和VCM的总蛋白谱在HnV和HCNP的全蛋白谱上得到了很好的保存，说明制备的HCNP成功地保存了两种亲本细胞膜蛋白。Western blotting还分析了细胞膜特异性蛋白整合素𝛽1、整合素𝛼4和VSVG，这些蛋白在HCNP中保留得很好（图f）。TEM观察HCNP的形貌，结构为球形（图g）。DLS和NTA分别测定了HCNP的粒径和浓度分布。结果表明，HCNP的平均直径约为200 nm（图h，i）。此外，多分散性指数表明HCNP具有良好的尺寸均匀性（图h）。 二、细胞膜锚定光敏剂的实验研究 为了探索细胞摄取机制，进一步研究HCNP在H1299细胞（人非小细胞肺癌细胞）细胞膜上的锚定作用。用相应的抑制剂对细胞进行预处理，以延缓特定的摄取机制。在没有抑制剂的情况下，细胞摄取被用作对照。阿米洛利是一种已知的巨噬细胞抑制剂，通过抑制Na/H交换而起作用，导致细胞内酸化为了研究巨噬细胞在细胞摄取中的作用，用Amiloride预处理细胞。结果表明，HCNP的吸收不受影响。Dynasore是一种GTPase动力蛋白抑制剂，可用于抑制动力依赖途径结果表明，Dynasore对H1299细胞中HCNP的摄取无明显抑制作用。氯丙嗪是一种阳离子两亲性分子，通过阻断网格蛋白的分解和受体的再循环来抑制网格蛋白介导的内吞作用与Amiloride和Dynasore处理的结果相似，HCNP的吸收没有受到影响。综上所述，共聚焦激光扫描显微镜结果显示，当内吞噬途径被阻断时，用3,3'-二十八环氧碳青高氯酸盐（DiO）标记的HCNP处理的细胞仍然有大量的绿色荧光，其荧光定量分析结果一致（图a，b）。此外，我们利用CellMask Deep Red荧光标记HCNP，并用流式细胞术进行定量分析，分析H1299细胞通过不同的内吞途径摄取HCNP，如图c、d所示。这些结果进一步证实了HCNP通过膜融合进入细胞。这表明可能涉及HCNP的其他摄取机制，例如通过VSVG与H1299细胞膜直接融合，这类似于包膜病毒进入细胞。 值得注意的是，一些包膜病毒主要通过膜融合进入细胞随后，CLSM进一步证实了HCNP的膜融合途径。用DiO（绿色）探针对HCNP进行染色，用Cellmask（红色）对H1299细胞膜进行染色。CLSM进一步证实了HCNP的膜锚定能力。如图e所示，非HCNP的绿色荧光明显定位于细胞质而不是质膜，表明其膜靶向能力较差。而在HCNP处理的H1299细胞中，大部分绿色荧光与细胞膜跟踪器的红色荧光共定位良好，说明VSVG锚定在H1299细胞的质膜上具有重要意义。荧光强度光谱分析也显示出突出的荧光共定位，这可归因于VSVG增强的质膜融合行为。总而言之，它可以结论：HCNP可能是有效的膜靶向给药。 三、体外分析显示肺癌细胞死亡增加 基于细胞膜锚定光敏剂可用于高效光动力治疗实验的事实，我们研究了HCNP诱导肺癌细胞的活力。首先，采用Annexin V-FITC/PI双染色法联合流式细胞术分析H1299细胞的存活率，结果表明，单独激光照射和HCNP不光照处理的细胞存活率均未明显下降。而激光照射下的HCNP显著降低了细胞活力（图a）。此外，根据试剂说明书，进行细胞活力/细胞毒性试验，检测不同处理后H1299细胞的细胞活力。绿色表示活细胞，红色表示死细胞。结果显示，“HCNP + L”处理的H1299细胞中，红色荧光细胞显著增加，绿色荧光细胞最少，这与流式细胞术结果一致（图b）。此外，3-（4,5 -二甲基噻唑-2-基）- 2,5 -二苯基溴化四唑（MTT）实验在PDT下测定细胞活力方面也显示出类似的趋势（图c）。细胞死亡率随激光照射时间和光敏剂剂量的增加而增加。值得注意的是，单独长时间的激光照射和HCNP暗细胞毒性可以忽略不计（图d，e）。 四、线粒体功能障碍 在激光照射下，光敏剂TAPP产生单线态氧（1O2），直接氧化并损伤肿瘤细胞。在体外，我们对PDT过程中H1299细胞产生的特异性ROS进行了表征，以阐明其诱导抗肿瘤活性的可能机制。首先，借助ROS指示剂（DCFH-DA）研究细胞内ROS的生成，其中无荧光的DCFH-DA可以通过与ROS反应转化为发出绿色荧光的DCF。HCNP处理的细胞ROS水平在黑暗中可以忽略不计，但在660 nm照射下（照射功率和时间分别为1.4 W/cm2,5 min）；绿色荧光在细胞内均匀可见（图a）。JC-1线粒体膜电位检测试剂盒进一步评价了不同处理后H1299细胞的线粒体功能，JC-1通常在正常线粒体膜上形成聚集体（J聚集体）时显示为红色荧光，在功能受损的线粒体膜上形成单体（J单体）时显示为绿色荧光。结果显示，HCNP处理后的细胞呈现出与“Control”组和“Control + L”组相似的红色荧光，与之形成鲜明对比的是，“HCNP + L”的细胞红色荧光明显减弱，绿色荧光明显增强（图b），说明“HCNP + L”由于膜靶向性的细胞内ROS生成而导致线粒体损伤。同时，通过流式细胞术定量分析线粒体损伤，从图c的流式细胞术数据可以看出，“HCNP + L”处理组细胞群中红色荧光向绿色荧光偏移最明显，说明线粒体损伤最严重。综上所述，膜锚定PDT通过线粒体途径发挥抗肿瘤作用。 五、HCNP通过GSDME诱导焦亡 本实验中值得注意的是，“HCNP + L”处理H1299细胞时，死细胞的质膜被吹出大气泡，整个细胞肿胀，细胞核完整，这是焦亡细胞的形态学特征，而HCNP处理组的细胞形态在没有照射的情况下没有变化（图a）。同时，通过乳酸脱氢酶（LDH）的释放来评估细胞膜完整性的损失。如图b所示，“HCNP+ L”处理的细胞LDH含量最高。虽然在膜靶向PDT下可以看到肿瘤细胞焦亡，但具体机制还需要在遗传水平上进一步研究，并结合上述膜靶向PDT通过线粒体途径杀伤肿瘤的结果。此外，焦亡是一种由GSDM蛋白家族介导的炎性细胞死亡，其中GSDME属于焦亡的执行蛋白，介导的焦亡与线粒体途径密切相关。为了确定这种焦亡机制，采用western blotting检测不同处理的H1299细胞中GSDME和caspase-3的表达水平。图c-e的结果显示，与未处理的细胞相比，在黑暗条件下培养的细胞中，GSDME和cleaved caspase-3的表达没有显著变化（对照）。然而，在光照下，HCNP处理的细胞中N-GSDME和cleaved caspase-3的蛋白表达显著增加，表明膜靶向PDT有效激活了caspase-3并裂解了GSDME。综上所述，膜锚定PDT可以通过焦亡途径诱导细胞死亡。 六、体内抗肿瘤作用 将H1299荷瘤小鼠随机分为4组：PBS组、PBS + L组、HCNP组、HCNP + L组。如图b所示，“HCNP +L”组肿瘤抑制明显，肿瘤完全消退。与PBS组相比，HCNP和“PBS + L”单独对肿瘤生长无影响。这些结果与肿瘤形态学图像（图c）、肿瘤生长曲线（图d）和小鼠在治疗过程中的形态学图像（图e）一致，说明HCNP在光照下具有良好的抗肿瘤能力。并对HCNP的安全性进行了评价。如图a所示，在给药13天内，HCNP处理组小鼠的体重没有明显下降。此外，对肿瘤组织进行H&E、Ki67和TUNEL染色分析。如图f所示，H&E染色证实“HCNP + L”治疗后肿瘤广泛坏死。Ki67染色显示“HCNP + L”组中Ki67阳性的肿瘤组织最少。此外，TUNEL分析显示，与其他组相比，“HCNP + L”处理显著诱导肿瘤组织凋亡，以绿色荧光表示。综上所述，体内实验结果表明，激光照射下HCNP不仅具有良好的生物相容性，而且具有良好的抗肺癌生长作用。 Conclusions 制备了一种细胞膜锚定光敏剂，在激光照射下在肺癌细胞中产生大量ROS，导致线粒体损伤，进一步激活caspase-3将GSDME裂解为N-GSDME，最终实现肺癌细胞的焦亡。这与以往报道的其他凋亡通路介导的抗肿瘤作用有明显不同，为癌症治疗提供了新的见解，也为抗肺癌药物的开发提供了新的理论基础。焦亡是一种新兴的PCD，它可以重塑肿瘤微环境，激发抗肿瘤免疫，从而成为肺癌的有效治疗方法，提高细胞凋亡逃逸肿瘤的满意治疗效果。生物激发纳米光敏剂可诱导肺癌细胞焦亡，证明焦亡途径也可能在光动力消融癌细胞中发挥重要作用，具有较好的临床应用潜力。在未来，我们还将更全面地探索这种焦亡模式联合免疫治疗抑制肿瘤恶性进展的机制和作用。 拓展：细胞凋亡、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡（ChenFJMU） t 细胞凋亡，是第一种被发现的调节性细胞死亡形式，由细胞内 caspase-3 和 caspase-7 进行，它们裂解不同的细胞内底物，导致细胞收缩、染色质碎裂、膜起泡并分解成称为凋亡小体的膜包裹囊泡。 坏死性凋亡，是一种受 RIPK3 介导的蛋白磷酸化控制的受调节坏死性细胞死亡形式。 焦亡，是一种细胞膜 Gasdermin 家族蛋白形成孔道，导致细胞内容物释放和细胞破裂的细胞死亡方式。炎性小体和 GasderminD (GSDMD) 在焦亡中起着关键作用。炎性小体是一种由多种细胞因子和炎症相关受体组成的蛋白质复合物，它可以被病原体相关分子模式 (PAMPs) 或损伤相关分子模式 (DAMPs) 激活，进而募集 caspase-1，引发细胞焦亡。GSDMD是焦亡的关键执行蛋白。GSDMD 被 caspase-1 裂解后，可以形成孔道，导致细胞内容物释放和细胞破裂。GSDMD 孔道可以导致细胞内离子梯度崩溃，水分涌入细胞，最终导致细胞肿胀和破裂。GSDMD 孔道还可以释放大量的促炎 DAMPs，例如 IL-1β 和 IL-18，引发炎症反应。 铁死亡，是一种由铁依赖性脂质过氧化引发的细胞死亡方式。与焦亡和细胞凋亡不同，铁死亡不涉及 caspase 的激活，而是通过脂质过氧化直接损伤细胞膜，导致细胞死亡。 编辑：虞娇娇 排版：周纯情 补充和审核：陈昌买 推送：ChenFJMU 原文链接： https://doi.org/10.1002/adhm.202401616 （欢迎个人转发分享，企业及其他公众号需授权后转载，并注明出处！）

先天免疫系统利用 PRRs 识别病原体和损伤相关分子模式（PAMPs 和 DAMPs），激活免疫信号通路，产生细胞因子应对感染和组织损伤，其中 NLRs 是重要的胞质 PRRs 家族，也是参与细胞死亡调节的重要分子。 NLR 家族的多样性与结构 起源与进化：NLRs 在植物免疫中具有重要作用，其基因数量和排列多样，随进化不断演变，在不同物种中数量差异大，反映其对生存的重要性。 结构域组成：NLRs 含 N 端效应结构域、中央核苷酸结合结构域（NACHT）和 C 端亮氨酸富集重复序列（LRR），不同亚家族的 N 端结构域不同，决定其功能，如 NLRA 含酸性反式激活结构域（AD），NLRB 含杆状病毒凋亡抑制蛋白重复序列（BIR）等。NLRs 的分类与功能 NLRA 亚家族（以 CIITA 为例）：CIITA 是 MHC II 类基因表达的关键转录调节因子，其表达受多种因素调控，影响先天和适应性免疫反应，与多种疾病相关。 NLRB 亚家族（以 NAIPs 为例）：人类有 1 个，小鼠有 7 个（Naip3 为假基因），可检测细菌 III 型分泌系统（T3SS）和鞭毛蛋白，与 NLRC4 协同激活炎症小体，引发炎症反应，其突变与脊髓性肌肉萎缩症有关。 NLRC 亚家族（包括 NOD1、NOD2、NLRC3、NLRC4、NLRC5） NOD1 和 NOD2：最早被表征，对细菌肽聚糖片段识别重要，激活 NF - κB 和 MAPK 信号通路，引发炎症反应，其突变与多种疾病相关，如 NOD2 突变与克罗恩病等炎症性肠病有关。 NLRC3：负调控 NF - κB 和 STING 介导的 IFN 信号，抑制细胞增殖，对维持免疫稳态重要，在多种疾病中发挥作用。 NLRC4：对革兰氏阴性菌感染响应，与 NAIPs 合作激活炎症小体，诱导细胞焦亡，在细菌感染防御、炎症和癌症中具有重要作用，突变可导致自身炎症性疾病。 NLRC5：高度表达于造血细胞，调节 MHC I 类基因表达，影响 CD8 + T 细胞激活，在癌症免疫逃避中有作用，其多态性与慢性牙周炎和肺曲霉病易感性有关。 NLRP 亚家族（包含多个成员，如 NLRP1、NLRP3 等） NLRP1：最早发现可组装炎症小体，在多种细胞中表达，突变与皮肤和全身炎症性疾病相关，其激活受多种机制调控，包括蛋白水解、与配体结合等。 NLRP3：研究广泛，与多种疾病相关，激活机制复杂，涉及两步过程（启动和激活），受多种因素调节，如 PAMPs、DAMPs、离子通量、细胞器变化等，还与其他 NLRs 和非 NLR 传感器相互作用形成网络。 NLRP6：在肝细胞和肠上皮细胞中高表达，调节炎症和组织修复，参与肠道微生物群稳态维持，在感染和疾病中发挥作用，可通过多种机制激活炎症小体。 NLRP9：在生殖系统中高度表达，在小鼠中参与抗病毒免疫和急性肺损伤，人类中其炎症小体形成和功能需进一步研究。 NLRP12：负调控炎症，可作为炎症小体传感器，在感染防御和炎症调节中发挥重要作用，突变与自身炎症性疾病相关。 其他 NLRPs（如 NLRP4、NLRP7、NLRP10、NLRP11 等）：表达广泛，功能多样，部分参与生殖过程，部分在炎症和免疫调节中发挥作用，具体机制和功能有待进一步研究。 NLRX 亚家族（以 NLRX1 为例）：定位于线粒体，对线粒体抗病毒免疫有调节作用，影响 NF - κB 和 JNK 信号通路，参与自噬和抗病毒反应调节，其在疾病中的作用尚不完全清楚。NLR 网络与细胞死亡NLR 网络概念 植物中的 NLR 网络：植物 NLRs 通过多种连接方式形成网络，如 guard 和 decoy 模型，在免疫防御中发挥关键作用，抵御病原体效应蛋白攻击，部分 NLRs 功能分化，有传感器和辅助 NLRs 之分，网络具有功能冗余性。哺乳动物中的 NLR 网络 NAIP - NLRC4 网络：在哺乳动物中，NAIPs 作为传感器 NLR，识别细菌配体后与辅助 NLR NLRC4 相互作用，激活炎症小体，诱导细胞焦亡，在细菌感染防御中起重要作用，不同物种中 NAIPs 的传感能力和表达调控有所差异。 NLRP3 相关网络：NLRP3 作为关键辅助 NLR，与多种传感器 NLRs（如 NLRP1、NLRC4、ZBP1 等）及非 NLR 传感器相互作用，形成网络，在不同细胞类型和条件下，参与炎症反应和细胞死亡调控，其激活机制复杂，可能是对多种刺激的综合响应。NLRs 与细胞死亡途径的交叉互作 炎症小体与凋亡、坏死的关联：炎症小体激活可引发细胞焦亡，同时与凋亡、坏死途径存在广泛交叉互作，如 NLRC4 和 NLRP3 炎症小体激活可诱导凋亡相关 caspase - 7 或 PARP1 活化，炎症小体还可通过多种方式影响线粒体凋亡途径，此外，细胞死亡成分间存在功能冗余，如 ASC 在 caspase - 1 缺失时可与 caspase - 8 相互作用诱导细胞死亡，caspase - 8 也可调节炎症小体活性。PANoptosome 与 PANoptosis PANoptosome 复合物的组成与功能：NLRs 和炎症小体是 PANoptosome 复合物的关键组成部分，该复合物可激活多种 caspases 和 RIPKs，诱导炎症性细胞死亡（PANoptosis），释放细胞因子和 DAMPs，形成多蛋白复合物，在免疫反应和疾病中发挥重要作用，目前已鉴定出多种 PANoptosome 复合物，如 ZBP1 - PANoptosome、RIPK1 - PANoptosome、NLRP12 - PANoptosome 和 AIM2 - PANoptosome 等。 NLRs 在疾病中的作用NLRP3 与疾病 在炎症和代谢疾病中的作用：NLRP3 炎症小体激活释放炎症因子，与肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化、心血管疾病、痛风等代谢疾病及阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病密切相关，在炎症性肠病和癌症中的作用具有复杂性，既有促炎致病作用，也有宿主防御功能，其异常激活可导致细胞因子风暴和组织损伤。 治疗靶向 NLRP3：多种化合物可抑制 NLRP3 炎症小体或其相关信号通路，如 MCC950 等，但部分药物存在局限性，如 MCC950 有潜在肝毒性，目前尚无 FDA 批准的特异性 NLRP3 抑制剂用于临床，其他抑制 IL - 1β 信号通路的药物已获批用于多种炎症性疾病。其他 NLRs 与疾病 NLRC4：增益 - 功能突变可致巨噬细胞活化综合征等自身炎症性疾病，在细菌感染防御中至关重要，如对沙门氏菌等感染的免疫反应，其缺失或突变会增加感染易感性，在炎症性肠病和癌症中也有重要作用。 NLRP6：在细菌和病毒感染防御中发挥作用，可调节肠道微生物群稳态，影响肠道上皮屏障完整性和炎症反应，对维持肠道健康和预防炎症相关疾病具有重要意义。 NLRP12：突变与家族性寒冷自身炎症综合征（FCAS2）及成人自身炎症性疾病相关，在感染防御中起关键作用，如对鼠疫耶尔森菌和疟原虫感染的免疫反应，还参与肠道炎症调节和 PANoptosis 诱导，与多种疾病相关。。未来研究方向 未来研究应聚焦于 NLRs 与配体相互作用机制、NLR 网络功能冗余性、NLRs 在不同器官和细胞类型中的作用，以及利用 NLRs 作为生物标志物等方面，这些研究将有助于深入理解先天免疫机制，为疾病诊断、治疗和个性化医疗提供新方向。