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NLRP3 激活机制一直成谜，为探究其奥秘，研究人员以表达特定 NLRP3 突变体的细胞系为模型开展研究。结果发现 NLRP3 棕榈酰化促进其液 - 液相分离（LLPS），驱动炎症小体激活。该研究为理解 NLRP3 激活提供新视角。
炎症，就像是身体里的一场 “小战争”，是身体面对感染时的自然反应。在这场 “战争” 中，先天性免疫系统会奋起反抗，努力清除病原体，修复受损的组织，让身体恢复往日的健康。然而，这场 “战争” 要是没控制好，持续爆发，就会带来大麻烦。像痛风、动脉粥样硬化，还有令人头疼的阿尔茨海默病等，这些非传染性疾病的发生，都和持续的炎症脱不了干系。
在免疫系统引发炎症的众多 “武器” 中，炎症小体（inflammasome）是一个非常关键的 “角色”。它是由多种蛋白质组成的大型复合物，其中 NLRP3 蛋白作为传感器，在炎症小体的组装过程中起着核心作用。一旦炎症小体组装完成，就会激活半胱天冬酶 - 1（caspase - 1），进而切割关键底物，比如形成孔道的 Gasdermin D 蛋白和促炎细胞因子 IL - 1β，引发细胞焦亡（pyroptosis），释放更多的炎症介质，让免疫反应进一步放大。
NLRP3 这个 “明星分子”，之所以备受关注，是因为它能参与从传染病到无菌性炎症疾病等多种病理过程。但它的激活机制却一直是个谜团。它不像经典的模式识别受体那样，能识别特定的配体，而是能感知细胞完整性的破坏。目前被广泛接受的一种模型认为，NLRP3 的激活和 K+外流有关，可这只是其中一部分原因，还有很多问题没有答案。比如，如何区分 NLRP3 的启动（priming）和激活过程？这一直是该领域研究的一大挑战。
为了揭开这些谜团，来自德国路德维希 - 马克西米利安大学（Ludwig - Maximilians-Universit?t München）基因中心和生物化学系，以及德国亥姆霍兹慕尼黑中心（Helmholtz Munich）计算生物学研究所的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在了《Cell Research》杂志上。
研究人员采用了一种巧妙的方法，把 NLRP3 的启动和激活过程分开来研究。他们利用一种能导致自身炎症性疾病穆克 - 韦尔斯综合征（Muckle - Wells syndrome）的功能获得性 NLRP3 突变体，这种突变体让 NLRP3 不需要第二个信号就能激活。在表达这种突变体的人类髓系细胞系（THP - 1）中，只需要一个启动刺激就能触发炎症小体激活。
研究人员运用正向遗传筛选技术，找到了多个基因，这些基因缺失后，细胞在接受启动信号后存活率更高。除了已知的 NF - κB 信号通路的组成部分，他们还发现了驻留在反式高尔基体网络（TGN）的棕榈酰酰基转移酶 ZDHHC7，它能调节 NLRP3 的激活。研究证实，在小鼠中 ZDHHC7 能使 NLRP3 在 Cys126 位点发生棕榈酰化，在人类中则是 Cys130 位点，并且还发现了人类 NLRP3 的另一个棕榈酰化位点 Cys261。破坏这些半胱氨酸位点，会损害 NLRP3 的棕榈酰化，使炎症小体无法激活。
接着，研究人员探究了棕榈酰化是如何促进炎症小体形成的。通过活细胞显微镜观察，他们发现，受到 NLRP3 激活剂刺激后，NLRP3 会迅速在细胞质中形成具有动态、液体样行为的斑点，这和液 - 液相分离（LLPS）的特征相符。而且这个过程完全依赖于棕榈酰化，没有棕榈酰化的 NLRP3 无法形成斑点，也不能支持炎症小体激活。
为了弄清楚囊泡定位对这个过程是否必要，研究人员使用了缺少膜招募所需多碱性基序的人类 NLRP3 突变体。令人惊讶的是，只要棕榈酰化和 FISNA 结构域中一段短的内在无序区域（IDR）完好无损，这些突变体依然能形成凝聚物，并发挥炎症小体的功能。在这个 IDR 区域，有三个保守的疏水残基对相分离至关重要，突变这些残基，即使棕榈酰化不受影响，也会破坏 NLRP3 的聚集，使其无法激活，这表明疏水多价相互作用和脂质化对 NLRP3 的激活都很重要。
研究人员还在体外重组实验中进一步验证。他们从细胞中纯化出重组的、棕榈酰化的 NLRP3，发现降低 K+浓度就能引发相分离，这直接将离子扰动和蛋白质凝聚联系了起来。此外，他们还发现两亲性小分子，比如二醇和化疗药物，即使在没有棕榈酰化的情况下，也能通过降低 NLRP3 的溶解度诱导其凝聚。
这项研究为 NLRP3 的激活机制提供了全新的视角。它提出的模型将研究重点从膜关联转移到了翻译后修饰和相行为上。研究表明，膜定位并非 NLRP3 激活的必要条件，棕榈酰化就足以让 NLRP3 产生响应。液 - 液相分离可能是多种 NLRP3 激活信号的共同终点，棕榈酰化降低了 NLRP3 的溶解度，使其能在离子外流、线粒体脂质或小分子等刺激下发生凝聚。不过，这个相分离模型如何与现有的结构数据相结合，特别是与冷冻电镜观察到的盘状炎症小体复合物结构的关系，还有待进一步研究。NLRP3 从相分离状态转变为确定的多聚体组装的过程，也需要更多的探索。但无论如何，这项研究让我们朝着全面理解 NLRP3 激活机制又迈进了重要的一步。
该研究用到的主要关键技术方法包括：使用表达特定 NLRP3 突变体的人类髓系细胞系（THP - 1）作为研究模型；运用正向遗传筛选技术寻找调节 NLRP3 激活的相关基因；借助活细胞显微镜观察 NLRP3 在细胞内的动态行为；通过体外重组实验，利用纯化的重组棕榈酰化 NLRP3 探究其相分离特性。
下面我们详细来看研究结果：
- 发现调节 NLRP3 激活的关键基因：研究人员利用表达导致穆克 - 韦尔斯综合征的 NLRP3 突变体的 THP - 1 细胞系，进行正向遗传筛选，找到了多个与 NLRP3 激活相关的基因。其中，ZDHHC7 作为棕榈酰酰基转移酶，能使 NLRP3 发生棕榈酰化，对 NLRP3 的激活起到关键调节作用。
- 确定 NLRP3 的棕榈酰化位点：研究证实，在小鼠中 NLRP3 的 Cys126 位点、人类中 Cys130 位点可被 ZDHHC7 棕榈酰化，并且还发现了人类 NLRP3 的另一个棕榈酰化位点 Cys261。破坏这些位点会影响 NLRP3 的棕榈酰化，进而抑制炎症小体激活。
- 揭示棕榈酰化与液 - 液相分离的关系：通过活细胞显微镜观察，发现受到激活剂刺激后，NLRP3 会形成具有液体样行为的细胞质斑点，呈现液 - 液相分离特征，且该过程依赖于棕榈酰化。非棕榈酰化的 NLRP3 无法形成斑点，也不能支持炎症小体激活。
- 探究相分离的关键因素：研究发现，即使缺少膜招募所需的多碱性基序，只要棕榈酰化和 FISNA 结构域中的 IDR 区域完好，NLRP3 突变体仍能形成凝聚物并发挥功能。IDR 区域中三个保守的疏水残基对相分离至关重要，突变这些残基会破坏 NLRP3 聚集和激活。
- 体外验证相分离机制：在体外重组实验中，降低 K+浓度可触发棕榈酰化的 NLRP3 发生相分离，表明离子扰动与蛋白质凝聚直接相关。此外，两亲性小分子在无棕榈酰化时也能诱导 NLRP3 凝聚。
研究结论表明，棕榈酰化是 NLRP3 激活的重要前提，它通过促进 NLRP3 的液 - 液相分离来驱动炎症小体激活。这一发现为理解 NLRP3 在多种炎症相关疾病中的作用机制提供了新的理论基础，也为开发针对这些疾病的治疗方法提供了潜在的新靶点。不过，目前仍有许多问题需要进一步研究，比如相分离模型与现有结构数据的整合，以及 NLRP3 从相分离状态到多聚体组装的转变过程等。但不可否认的是，这项研究为 NLRP3 激活机制的研究开辟了新的方向，在生命科学和健康医学领域具有重要的意义，有望推动相关疾病治疗手段的创新和发展。
