异氰酸：调控 NLRP3 炎性小体激活的关键内源性代谢物

为探究异氰酸在炎症反应中的作用，研究人员发现其可抑制 NLRP3 炎性小体激活，为炎症调控提供新视角。

　　

在人体的免疫系统中，炎症反应就像一把双刃剑，适当的炎症反应有助于抵御病原体入侵，但过度或异常的炎症反应却会引发一系列疾病，给健康带来严重威胁。其中，NLRP3 炎性小体（Nucleotide-binding oligomerization domain 、leucine-rich repeat 、pyrin domain–containing protein 3 inflammasome）在炎症反应中扮演着极为重要的角色，它就像免疫系统里的一个 “开关”，一旦被异常激活，会导致多种炎症性、自身免疫性和退行性疾病的发生。然而，目前对于 NLRP3 炎性小体激活的调控机制，科学界尚未完全明确，这就好比在黑暗中摸索，我们急需找到一盏 “明灯” 来照亮前行的道路。

在这样的背景下，中国科学院生物物理研究所的研究人员开展了一项极具意义的研究，旨在深入探究异氰酸（Isocyanic acid）在炎症反应中的作用机制。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解炎症调控提供了全新的视角。

研究人员在本次研究中主要运用了基因编辑技术（如构建 Lacc1^?/?小鼠和 Nlrp3 K593R 小鼠）、细胞生物学技术（包括细胞培养、细胞转染等，使用 THP-1 细胞、iBMDMs 等细胞系）、蛋白质分析技术（免疫印迹、免疫沉淀、质谱分析等）以及代谢物检测技术（液相色谱 - 质谱联用技术 LC-MS）等关键技术方法。通过这些技术，研究人员对相关细胞和动物模型进行了深入研究。

研究结果主要包括以下几个方面：

• LACC1 限制 NLRP3 炎性小体激活：研究人员发现，脂多糖（LPS）刺激可使小鼠骨髓来源的巨噬细胞（mBMDMs）中异氰酸合酶 LACC1（Laccase domain containing 1）表达显著增加。通过敲除 THP-1 细胞和 iBMDMs 中的 LACC1 基因，研究发现 LACC1 缺失会导致 NLRP3 炎性小体激活增强，表现为 IL-1β、IL-18 和乳酸脱氢酶（LDH）释放增加，IL-1β 和 caspase-1 的切割增强，以及 GSDMD-N（gasdermin D 的活性 N 端片段）和大型多聚 ASC 复合物的形成增多。进一步研究表明，LACC1 通过依赖 NEK7（mitotic kinase never in mitosis gene a–related kinase 7）的方式限制 NLRP3 炎性小体激活，且对 AIM2 和 NLRC4 炎性小体的激活无明显影响。

• 异氰酸产生及对 NLRP3 炎性小体激活的限制作用：研究证实 LACC1 可将瓜氨酸转化为异氰酸和鸟氨酸，LPS 刺激能显著增加 WT 细胞内异氰酸水平，而 LACC1 敲除则会消除这种增加。补充外源性氰酸盐（异氰酸的互变异构体）可抑制 LACC1 敲除导致的 NLRP3 炎性小体过度激活，且外源性氰酸盐对 LACC1 正常的巨噬细胞 NLRP3 炎性小体激活无明显影响，同时浓度不超过 1 mM 的外源性氰酸盐对巨噬细胞无毒性。

• LACC1 产生异氰酸的方式：研究表明 LACC1 产生异氰酸的过程不依赖尿素和髓过氧化物酶（MPO）。表达脲酶水解尿素或检测 MPO 表达，均未发现其对 LACC1 依赖的异氰酸产生有明显影响。

• 异氰酸对 NLRP3 的修饰及作用机制：异氰酸可通过非酶促反应使 NLRP3 的 K593 位点发生氨甲酰化，从而破坏 NLRP3 与 NEK7 的相互作用，抑制 NLRP3 炎性小体激活。表达致病的 LACC1 突变体（如 T276fs*2 和 A278P）会导致 NLRP3 K593 氨甲酰化减少，NLRP3 炎性小体激活增强。

• NLRP3 K593 氨甲酰化对炎性小体激活的影响：表达 NLRP3 K593R 突变体可促进 NLRP3 炎性小体激活，且这种激活不受外源性氰酸盐的影响，表明异氰酸介导的 NLRP3 K593 氨甲酰化是限制 NLRP3 炎性小体激活所必需的。此外，LACC1 对 NLRP3 炎性小体激活的限制作用呈刺激时间依赖性。

• 异氰酸介导的 NLRP3 K593 氨甲酰化在体内的作用：在败血症和痛风的小鼠模型中，Lacc1^?/?小鼠和 Nlrp3 K593R 小鼠表现出更严重的炎症反应，生存率降低，血清中 IL-1β 和 IL-18 水平升高。而补充外源性氰酸盐可减轻 Lacc1^?/?小鼠的炎症反应，表明异氰酸介导的 NLRP3 K593 氨甲酰化在体内可限制炎症反应。在原代巨噬细胞中，Nlrp3 K593R mBMDMs 也表现出 NLRP3 炎性小体激活增强的现象。

综上所述，该研究揭示了异氰酸作为一种内源性免疫调节代谢物，可通过氨甲酰化修饰 NLRP3 的 K593 位点，破坏 NLRP3 与 NEK7 的相互作用，进而限制 NLRP3 炎性小体激活，在炎症反应调控中发挥重要作用。这一发现不仅为我们深入理解 NLRP3 炎性小体激活的调控机制提供了关键线索，也为开发针对炎症相关疾病的新型治疗策略奠定了理论基础，具有重要的科学意义和潜在的临床应用价值。