近日来自北京生命科学研究所的研究人员在新研究证实，一类存在于巨噬细胞中的先天性免疫受体分子能够直接识别来自病原菌的鞭毛蛋白分子和三型分泌系统的组成蛋白分子，进而激活炎症小体介导的巨噬细胞免疫反应。这一研究成果在线发表在9月14日的《自然》（Nature）杂志上。
文章的通讯作者是北京生命科学研究所研究员邵峰博士，博士研究生赵越和杨杰凌为本文共同第一作者。文章的其他作者还包括研究生石建金、巩乙南和徐浩，以及邵峰小组的陆秋鹤博士和技术员柳丽萍。此项研究获得了科技部973和北京市科委资助。
真核生物的天然免疫系统是保护机体免受外来微生物侵害的第一道防线。天然免疫系统一方面可以通过炎症反应等机制直接清除感染，另一方面还可诱导获得性免疫系统的活化，进而激发更加高效和特异性的免疫反应。获得性免疫系统通常依赖基因重排产生的克隆化的淋巴细胞表面受体对各种各外来抗原产生特异性的应答，而天然免疫系统依靠为数很少的模式识别受体（pattern-recognition receptors，PRRs）来识别细菌，病毒等外来微生物。
自1989年Charles Janeway在冷泉港会议上提出模式识别受体假说以来，在高等动物中迄今已经发现了三大家族的模式识别受体，分别是Toll-样受体（TLR）、视黄酸诱导基因-样受体（RLR）和Nod受体（NLR）。其中NLR是一种具有识别入侵病原体和激活先天免疫反应重要功能的胞内模式识别受体。在识别微生物成分后，某些NLR会形成胞浆的多蛋白复合物，称之为炎症小体（inflammasome），通过招募、裂解和激活炎性Caspase-1进而导致白介素（IL-1β和IL-18）等炎症因子的成熟和分泌以及一种称为“pyrotosis”的特殊细胞死亡的发生，从而抵御致病菌侵袭。此前的研究仅仅知道个别NOD样受体分子（比如NLRC4）能够感受特定的病原菌分子（如鞭毛蛋白分子和三型分泌系统的组成蛋白分子），但还未有任何NOD样分子被证明为具有受体的功能，在激活炎症小体信号通路中起作用。
在这篇文章中，研究人员报道了一类叫做NAIP的、具有BIR结构域的新型NOD样受体分子，并首次证实了这类分子具有受体的功能，可以直接识别和结合来自病原菌的不同配体分子。小鼠的基因组编码7个NAIP家族的蛋白分子，其中4个（NAIP1, NAIP2, NAIP5和NAIP6）在通常使用的实验小鼠品系有表达。该文章通过大量的生物化学和细胞生物学的实验证明了NAIP5以及和NAIP5最为相似的NAIP6能够特异性识别并直接结合病原菌的鞭毛蛋白分子，从而通过和NLRC4发生进一步相互作用进而激活Caspase-1和炎症小体介导的巨噬细胞先天性免疫反应。利用噬肺军团菌以及沙门氏菌的遗传敲除和感染的实验，他们也证明了NAIP5在巨噬细胞感受鞭毛蛋白分子进而激活caspase-1炎症信号通路中必不可少的作用。
此外，研究人员还发现NAIP2具有和NAIP5类似的，作为受体分子介导NLRC4炎症小体组装和激活的功能，但NAIP2并不识别鞭毛蛋白，而是特异性识别三型分泌系统的基座组成蛋白分子(rod component)，进而和NLRC4组装成活性的炎症小体。这种由NAIP2介导的炎症小体的激活在巨噬细胞感受和拮抗肠致病大肠杆菌和沙门氏菌的感染中起到重要的作用。
与小鼠不同的是，人的基因组只编码一个NAIP家族分子（hNAIP）。他们发现人源的巨噬细胞对鞭毛蛋白和三型分泌系统的基座蛋白分子都没有响应，却对一种叫做紫花色杆菌（Chromobacterium violaceum）的病原菌感染有很强的反应，进一步通过对紫花色杆菌的遗传敲除分析，研究人员发现紫花色杆菌引起的炎症小体的激活是由于人的hNAIP也可以作为受体分子特异性识别三型分泌系统的另外一个用于形成通道的“Needle”蛋白分子。进一步的实验发现，和基座蛋白分子一样，很多来自不同病原菌的三型分泌系统的“Needle”蛋白分子都具有刺激炎症小体介导的先天性免疫反应的活性。
这项研究首次确立了小鼠的NAIP5分子是感受和识别病原菌鞭毛蛋白分子的胞内免疫受体，同时也确立了整个NAIP家族的NOD样蛋白分子是一类普遍的可以感受不同病原菌分子、进而激活由NLRC4介导的炎症小体的受体分子。另外，这项研究工作也明确提出了病原菌三型分泌系统本身也是一类会被宿主免疫系统感受的病原菌模式分子（pathogen-associated molecular patterns, PAMP），不同的三型分泌系统组成分子分别由不同的NAIP家族受体分子所识别。该研究成果也预示其它的NAIP家族成员很可能是识别其它类似病原菌分子的炎症小体受体分子。整个研究工作对深入理解和揭示炎症小体介导的先天性免疫信号通路的机制有着重要的指导意义和极大的推动作用。
生物探索推荐英文论文摘要：
The NLRC4 inflammasome receptors for bacterial flagellin and type III secretion apparatus
Inflammasomes are large cytoplasmic complexes that sense microbial infections/danger molecules and induce caspase-1 activation-dependent cytokine production and macrophage inflammatory death. The inflammasome assembled by the NOD-like receptor (NLR) protein NLRC4 responds to bacterial flagellin and a conserved type III secretion system (TTSS) rod component. How the NLRC4 inflammasome detects the two bacterial products and the molecular mechanism of NLRC4 inflammasome activation are not understood. Here we show that NAIP5, a BIR-domain NLR protein required for Legionella pneumophila replication in mouse macrophages6, is a universal component of the flagellin–NLRC4 pathway. NAIP5 directly and specifically interacted with flagellin, which determined the inflammasome-stimulation activities of different bacterial flagellins. NAIP5 engagement by flagellin promoted a physical NAIP5–NLRC4 association, rendering full reconstitution of a flagellin-responsive NLRC4 inflammasome in non-macrophage cells. The related NAIP2 functioned analogously to NAIP5, serving as a specific inflammasome receptor for TTSS rod proteins such as Salmonella PrgJ and Burkholderia BsaK. Genetic analysis of Chromobacterium violaceum infection revealed that the TTSS needle protein CprI can stimulate NLRC4 inflammasome activation in human macrophages. Similarly, CprI is specifically recognized by human NAIP, the sole NAIP family member in human. The finding that NAIP proteins are inflammasome receptors for bacterial flagellin and TTSS apparatus components further predicts that the remaining NAIP family members may recognize other unidentified microbial products to activate NLRC4 inflammasome-mediated innate immunity.
