NLRP3、NF-κB p65、TLR4与IL-1β信号通路的协同调控机制

1. 信号通路是什么？

信号通路是指细胞外的信号分子（如激素、生长因子、细胞因子、神经递质等）通过细胞膜上的受体传递到细胞内部，触发一系列酶促反应，从而引起细胞内相应生理反应的过程。信号通路的概念最早在1972年被提出，当时称为信号转换（signal transmission）。1980年，M. Rodbell在综述中提到信号转导（signal transduction），此后这一概念被广泛接受并使用。信号通路能够将细胞外的分子信号经细胞膜传入细胞内，发挥效应。这些细胞外的分子信号被称为配体（ligand），包括激素、生长因子、细胞因子、神经递质以及其他小分子化合物等。许多信号通路之间存在复杂的相互作用和调控网络，精细地调控着众多生物过程。

以动脉粥样硬化为例，这是一种慢性血管炎性疾病，主要病理改变包括脂质代谢紊乱、炎性细胞浸润、出血、血栓形成以及纤维组织增生等，它是冠心病、高血压病、脑卒中等心脑血管疾病的病理基础，严重威胁人类健康。免疫和炎症介导的信号通路与动脉粥样硬化病变密切相关。研究这些信号通路有助于科研人员开发新的生物标志物和治疗方法。在动脉粥样硬化病变中，重要的免疫和炎症介导的信号通路包括：TLR信号通路、NLRP3炎症体通路、PCSK9通路、JAK/STAT信号通路、MAPK信号通路、NF-κB信号通路以及CD40/CD40L通路等。

2. NLRP3功能及信号通路是怎样的？

一、NLRP3的核心功能

炎症小体传感器
NLRP3（NOD样受体家族Pyrin域蛋白3）作为模式识别受体（PRR），通过感知病原体相关分子模式（PAMPs，如细菌毒素）和损伤相关分子模式（DAMPs，如ATP、尿酸晶体），启动炎症反应，是先天免疫防御的关键调控者。
调控细胞因子成熟与释放
- 激活caspase-1，剪切无活性的前体pro-IL-1β和pro-IL-18，生成具有生物活性的促炎因子IL-1β和IL-18。
- 通过裂解gasdermin D（GSDMD）诱导细胞焦亡（pyroptosis），促进炎症因子释放及病原体清除。
双向调控NF-κB通路
- 启动阶段：与接头蛋白ASC结合，作为NF-κB信号的上游激活子，促进促炎基因表达。
- 抑制阶段：负反馈抑制RELA（NF-κB p65亚基）的转录活性，限制过度炎症反应。

二、NLRP3炎症小体的激活机制

1. 双阶段激活模型

启动阶段（Priming）
由TLR4/NF-κB等信号触发，上调NLRP3、pro-IL-1β/IL-18的表达，为激活提供物质基础。
触发因素：LPS（脂多糖）、TNF-α、IL-1β等。
激活阶段（Activation）
通过多种刺激引发NLRP3寡聚化，与ASC、caspase-1形成炎症小体复合物。
触发因素：
- 外源性：细菌毒素（如尼日利亚菌素）、病毒RNA。
- 内源性：线粒体ROS、K⁺外流、溶酶体破裂（如胆固醇晶体）。

2. 经典与非经典激活途径

途径	关键分子	作用机制
经典途径	NLRP3-ASC-caspase-1	直接剪切pro-IL-1β/pro-IL-18，生成活性形式；裂解GSDMD诱导细胞焦亡。
非经典途径	小鼠：caspase-11 人：caspase-4/5	识别胞内LPS，激活pannexin-1通道，促进K⁺外流间接激活NLRP3；增强IL-1β前体表达。

三、NLRP3的病理意义与调控

疾病关联：过度激活与动脉粥样硬化、痛风、阿尔茨海默病、2型糖尿病等慢性炎症性疾病密切相关。
调控靶点：
- 抑制策略：靶向NLRP3（如MCC950）、阻断ASC寡聚化、抑制caspase-1活性。
- 天然调控：自噬清除受损线粒体（mitophagy）可减少DAMPs释放，抑制NLRP3激活。

图示：NLRP3炎症小体信号通路简图

触发因素（PAMPs/DAMPs）
↓

启动阶段：NF-κB激活 → NLRP3/pro-IL-1β表达 ↑
↓

激活阶段：K⁺外流/ROS ↑ → NLRP3寡聚化 → ASC募集 → caspase-1激活
↓

效应：IL-1β/IL-18成熟释放 + GSDMD介导细胞焦亡 → 炎症放大

3. NF-κB p65功能及信号通路是怎样的？

NF-κB（核因子κB）是一种多效性转录因子，在细胞内发挥着关键的调控作用。NF-κB p65是NF-κB家族的重要成员之一，其功能及信号通路如下：

NF-κB p65的功能

转录调控：

NF-κB p65是NF-κB家族的核心亚基之一，参与调控多种基因的表达，这些基因涉及炎症、免疫反应、细胞分化、细胞生长、凋亡、肿瘤发生等多种生物学过程。

NF-κB p65的转录活性受多种机制调控，包括翻译后修饰（如磷酸化、乙酰化）和与其他转录因子、辅因子或共抑制因子的相互作用。

NF-κB p65能够与DNA结合，激活或抑制特定基因的转录，从而调节细胞的生理功能。

参与炎症和免疫反应：

在炎症反应中，NF-κB p65能够调控多种炎症因子的表达，如TNF-α、IL-1β等。

在免疫反应中，NF-κB p65参与调节免疫细胞的活化、增殖和分化。

细胞生长和凋亡调控：

NF-κB p65能够调控细胞周期相关基因的表达，影响细胞的生长和增殖。

在细胞凋亡过程中，NF-κB p65可以通过调控抗凋亡基因的表达，如Bcl-2，抑制细胞凋亡。

与疾病相关性：

NF-κB p65的异常激活与多种疾病的发生发展密切相关，如炎症性疾病、自身免疫性疾病、肿瘤等。

在肿瘤中，NF-κB p65的持续激活可以促进肿瘤细胞的增殖、存活和侵袭。

NF-κB信号通路

NF-κB信号通路主要分为经典途径（canonical pathway）和非经典途径（non-canonical pathway）。这两种途径都涉及IκB激酶（IKK）复合物的激活，该复合物由催化激酶亚基（IKKα和/或IKKβ）和无酶活性的调控骨架蛋白NEMO（NF-κB必需调节剂，亦称IKKγ）组成。

经典途径（Canonical Pathway）

信号激活：

经典途径的激活通常由多种刺激触发，包括TNF-α、IL-1β、病原体相关分子模式（PAMPs）和细菌脂多糖（LPS）等。

这些刺激通过其受体激活上游信号分子，如TNF受体激活TNF受体相关因子（TRAFs），进而激活IκB激酶（IKK）复合物。

IκB的降解：

在未激活状态下，NF-κB p65与IκB（抑制因子κB）结合，形成复合物，IκB将NF-κB锚定在细胞质中，抑制其活性。

当IKK复合物被激活后，IKKβ磷酸化IκB，导致IκB被泛素化并降解。

NF-κB的核转位：

IκB降解后，NF-κB p65从细胞质转移到细胞核。

在细胞核中，NF-κB p65与DNA结合，激活或抑制特定基因的转录。

非经典途径（Non-Canonical Pathway）

信号激活：

非经典途径的激活主要由CD40、B细胞激活因子（BAFF）和淋巴毒素β（LTβ）等刺激触发。

这些刺激通过其受体激活NIK（NF-κB诱导激酶），进而激活IKKα。

p100的加工：

在非经典途径中，IKKα激活后，磷酸化p100（p52的前体），导致p100加工为p52。

p52与RelB形成异二聚体，转移到细胞核。

基因调控：

在细胞核中，p52/RelB复合体结合到特定的启动子区域，调控基因的转录。

NF-κB p65的调控机制

翻译后修饰：

NF-κB p65的转录活性受多种翻译后修饰的调控，包括磷酸化和乙酰化。

例如，p65的磷酸化可以增强其DNA结合能力，而乙酰化可以调节其转录活性。

亚细胞区室化：

NF-κB p65的活性还受到其在细胞内的定位调控。在未激活状态下，p65主要存在于细胞质中，与IκB结合。

当信号激活后，p65转移到细胞核，发挥其转录调控功能。

与其他因子的相互作用：

NF-κB p65可以与其他转录因子、辅因子或共抑制因子相互作用，共同调控基因的表达。

例如，p65可以与c-Jun、STAT3等转录因子协同作用，增强基因的转录。

NF-κB p65与疾病

炎症性疾病：

NF-κB p65的异常激活与多种炎症性疾病的发生发展密切相关，如类风湿性关节炎、炎症性肠病等。

在这些疾病中，NF-κB p65的持续激活导致炎症因子的过度表达，加剧炎症反应。

肿瘤：

NF-κB p65的异常激活在多种肿瘤中被发现，如乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌等。

在肿瘤细胞中，NF-κB p65的持续激活可以促进肿瘤细胞的增殖、存活和侵袭，抑制凋亡。

神经退行性疾病：

NF-κB p65在神经退行性疾病中也发挥重要作用，如阿尔茨海默病、帕金森病等。

在这些疾病中，NF-κB p65的异常激活可能导致神经炎症的发生，加剧神经细胞的损伤。

总结

NF-κB p65是NF-κB家族的核心成员，参与调控多种生物学过程，包括炎症、免疫反应、细胞生长、凋亡和肿瘤发生等。NF-κB信号通路分为经典途径和非经典途径，通过IκB激酶复合物的激活，调控NF-κB p65的核转位和基因转录。NF-κB p65的活性受到翻译后修饰、亚细胞区室化和与其他因子相互作用的调控。NF-κB p65的异常激活与多种疾病的发生发展密切相关，是潜在的治疗靶点。

4. TLR4功能及信号通路

一、TLR4的功能

TLR4（Toll样受体4）是模式识别受体（PRRs）家族的重要成员，在先天免疫系统中起着关键作用。它能够识别病原体相关分子模式（PAMPs），如脂多糖（LPS）等，并触发炎症反应。此外，TLR4还广泛参与感染性疾病、慢性炎症、代谢紊乱和癌症的病理机制，是免疫调节和靶向治疗的重要靶点。

具体来说，TLR4的功能包括但不限于：

识别病原体：TLR4能够识别多种细菌（如革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖）、真菌和病毒成分，从而触发机体的免疫反应。
触发信号转导：当TLR4识别到病原体相关分子模式时，会触发一系列信号转导通路，包括蛋白激酶和核因子（NF）-κB转录因子等，进而激活免疫反应。
调控炎症反应：TLR4通过激活NF-κB和MAPK等信号通路，调控炎症因子的表达，从而参与炎症反应的调控。
参与免疫调节：TLR4不仅参与先天免疫应答，还参与适应性免疫应答的调控，如通过调节T细胞的功能来影响机体的免疫稳态。

二、TLR4的信号通路

TLR4的信号通路主要包括MyD88依赖途径和非依赖途径（包括TRIF依赖途径）。以下是详细的信号通路描述：

MyD88依赖途径：
- 当TLR4识别到LPS等病原体相关分子模式时，会招募MyD88至其胞质域。
- MyD88进而与IRAK4（白细胞介素-1受体相关激酶4）相互作用，形成复合物。
- 这一复合物进一步传递信号到NF-κB和MAPK等下游信号分子，通过激活这些信号分子来调控炎症因子的表达。
TRIF依赖途径（非MyD88依赖途径）：
- 在某些情况下，TLR4还可以通过TRIF依赖途径传递信号。
- TRIF与RIP1、TRAF6和Pellino-1等蛋白相互作用，形成复合物。
- 这一复合物进一步激活TAK1或与非经典TBK1和IKKε（IKKi）一起激活干扰素调节因子3（IRF3）和7。
- 这些信号分子进而诱导炎性细胞因子的表达，参与免疫应答和炎症反应的调控。

此外，TLR4在细胞内部的易位及其进一步的溶酶体降解也是炎症反应终止的重要机制之一。当TLR4被激活后，它会从质膜转移到胞内体，并在那里被溶酶体降解，从而终止炎症反应。

综上所述，TLR4作为重要的免疫系统受体，在识别病原体、触发信号转导、调控炎症反应和参与免疫调节等方面发挥着关键作用。其信号通路包括MyD88依赖途径和非依赖途径（包括TRIF依赖途径），这些途径共同构成了复杂的调控网络，以应对不同的病原体刺激并调控机体的免疫反应。

名称	货号	规格
Rabbit anti-NF-KB p65 Monoclonal Antibody(3H2)	abs159619-100ul	100ul
NF-kappaB p65 (D14E12) XP ® Rabbit mAb	8242S	100ul
NF-kappaB p65 (L8F6) Mouse mAb	6956T	20ul
Phospho-NF-kappaB p65 (Ser536) (93H1) Rabbit mAb (Alexa Fluor ® 647 Conjugate)	4887S	100ul