石彦课题组在《Cell Reports》发文报道膜电位在NLRP3炎症小体激活过程中的重要意义及相关机制
2018年8月28日，清华大学免疫研究所石彦课题组在《Cell Reports》在线发表题为“A membrane potential and calpain-dependent reversal of Caspase-1 inhibition regulates canonical NLRP3 inflammasome”的研究论文。该论文报道了膜电位在NLRP3炎症小体激活过程中的重要意义及相关机制。
NLRP3炎症小体是由胞内固有免疫受体NLRP3、接头蛋白ASC和蛋白酶caspase-1作为核心组成的炎性蛋白复合物，它可以帮助机体识别内源和外源的异常物质，释放炎性细胞因子IL-1β和IL-18。近年来，随着对NLRP3炎症小体激活机制研究的深入，活性氧、线粒体损伤、溶酶体破裂及离子流动等模型相继被提出。其中，由于胞外高浓度钾离子能够阻断不同刺激条件下NLRP3炎症小体的激活，钾离子外流被认为是NLRP3激活的必要条件，但其作用仍不十分清楚。
该研究发现NLRP3炎症小体可以在晶体刺激早期细胞内钾离子浓度并未发生降低的情况下被激活，说明NLRP3激活信号的启动并不依赖于钾离子外流。同时，胞外高浓度钾离子的处理在阻碍钾离子流出的同时造成了细胞膜电位的持续去极化，这对细胞内信号转导以及生物大分子的活性会产生剧烈影响。经典的NLRP3激活途径都会导致细胞内钙离子浓度的升高，增强胞内钙蛋白酶 (calpain) 的活性。实验结果表明，活化的calpain可以使部分caspase-1从抑制性结合蛋白flightless-1或其它细胞骨架蛋白中释放出来，并最终调节了NLRP3炎症小体的激活。当用胞外高浓度钾离子溶液使膜电位去极化，或者用小分子化合物使膜电位超极化，都可以降低calpain活性并阻碍NLRP3炎症小体的激活。结合电生理及荧光成像技术，研究直接证明了膜电位的持续改变对calpain的活化起到了抑制作用。由此，该文章否定了钾离子外流对于NLRP3炎症小体激活的必要性，提出了一种静息膜电位下calpain调节NLRP3炎症小体组装的分子机制，从膜电位持续改变的角度解释了高浓度钾离子阻断NLRP3炎症小体激活的作用机制。
石彦教授为该项研究的通讯作者，清华大学生命学院博士生张艺扉和医学院已毕业博士研究生荣华为本文的共同第一作者，课题的开展同时还得到了卡尔加里大学Gerald W Zamponi 教授及清华大学药学院肖百龙研究员两个课题组的大力支持。该研究受到国家自然科学基金委以及清华大学免疫研究所及清华大学-北京大学联合生命科学中心的经费资助。
