炎症应答及细胞死亡是天然免疫反应的关键效应机制，构成了机体感知外源性病原体与内源性危险或损伤信号的首道防线。炎症小体响应各种刺激并启动炎症应答，最后导致裂解性的细胞死亡（焦亡），在免疫防御中发挥重要作用。NLRP3（Nod-like receptor family pyrin domain containing 3）是一个细胞内的模式识别受体，当其被各种各样的内、外源性危险信号激活后导致炎症小体形成、促炎性细胞因子释放及细胞焦亡发生（图1）。已有大量研究发现NLRP3炎症小体在免疫应答及多种炎症性疾病中的重要作用，然而有关NLRP3激活及调控仍存在诸多问题有待解答，尤其是NLRP3如何解除自抑制而启动活化。近期通过冷冻电镜分别解析的未活化和激活的NLRP3结构1-3，显著深化了人们对NLRP3激活机制的结构与功能认知，同时也产生了新的问题。NLRP3蛋白从未活化状态转变到激活状态，首先需要解除自抑制，包括破坏LRR结构域介导的分子间作用力及NACHT亚结构域介导的分子内作用力。目前对NLRP3如何解除自抑制仍不清楚，是否存在特定的变构调节因子也不明确。因此，活化过程中NLRP3自抑制构象如何解除是领域内亟待解决的关键科学问题。

图1. NLRP3的双信号激活和炎症小体的组装4。细胞中经典的NLRP3炎症小体激活需要两个信号。启动信号（第一信号）激活转录因子NF-κB，上调包括NLRP3、caspase-1和IL-1β在内的炎症小体组分表达。激活信号（第二信号）导致NLRP3活化及炎症小体组装。尼日利亚菌素是一种K+离子载体，可导致细胞内K+浓度降低。细胞外ATP激活质膜上的P2X7受体，随后触发K+外流。各种颗粒物质在被吞噬后损害溶酶体并导致K+外流。其它离子流事件，如Ca2+动员、Na+内流和Cl−外流都能参与NLRP3的激活。此外，某些细胞代谢物的异常累积、活性氧、线粒体功能障碍和线粒体DNA的胞质释放也可激活NLRP3。活化的NLRP3发生寡聚化并招募ASC，后者激活caspase-1。活化的caspase-1将IL-1β、IL-18和GSDMD切割为活性形式。当细胞质膜被GSDMD孔洞透化后，细胞经历一种称为焦亡的裂解性死亡过程，导致促炎细胞因子和其它损伤相关分子的释放。

2026年9月9日，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心蒋争凡课题组在《Nature Immunology》发表了题为“AMBRA1 allosterically activates NLRP3 by releasing its autoinhibition”的研究工作，为这个关键科学问题的解决提供了重要线索。他们发现AMBRA1（activating molecule in Beclin1-regulated autophagy protein 1）作为互作支架蛋白变构激活NLRP3的机制，解释了NLRP3如何从自抑制的闭合构象转变为激活的开放构象，并提示了保守而统一的诱导细胞死亡（凋亡、焦亡）组装平台。

首先，该研究利用质谱技术筛选到AMBRA1蛋白与NLRP3炎症小体复合物存在相互作用，并验证了AMBRA1是NLRP3炎症小体的组分。通过在人单核细胞系THP-1和小鼠骨髓来源巨噬细胞系中的功能学研究，发现AMBRA1缺失导致由尼日利亚菌素、ATP、二氧化硅颗粒和咪喹莫特等经典激动剂引发的NLRP3炎症小体的激活受损。在内毒素休克、结肠炎及脓毒症小鼠模型中，髓系细胞谱系特异性敲除Ambra1缓解NLRP3活化导致的炎症反应。其次，该研究对AMBRA1调控NLRP3炎症小体的具体机制进行了探究。内源性的免疫共沉淀实验表明NLRP3与AMBRA1之间存在着激活信号诱导的相互作用。通过构建不同的AMBRA1和NLRP3截短突变体，发现AMBRA1与NLRP3的结合依赖于AMBRA1的WD40 β-propeller区域以及NLRP3的NACHT（present in NAIP, CIITA, HET-E and TP1）和LRR（leucine-rich repeat）结构域。结构预测和突变分析表明AMBRA1主要通过WD40 β-propeller结构中的一段N端螺旋区与NLRP3的NACHT结构域中的HD2（helical domain 2）亚结构域及trLRR（transition LRR）发生互作。该互作有助于解除NLRP3分子内和分子间自抑制作用力并破坏NLRP3的闭合构象。利用ATP沉降实验和荧光共振能量转移技术，验证了NLRP3与AMBRA1的互作促进前者结合ATP及构象开放为活化状态。因此，该研究揭示了AMBRA1作为结构性互作支架蛋白变构激活NLRP3的分子机制。为确定AMBRA1调控NLRP3的作用并探索AMBRA1作为治疗靶点的可行性，该研究从合成文库中筛选了靶向AMBRA1的N端螺旋区的纳米抗体，验证了纳米抗体具备干扰AMBRA1-NLRP3相互作用及抑制NLRP3炎症小体活化的效果。这些结果不仅强调了AMBRA1的N端螺旋区对于介导NLRP3-AMBRA1互作的重要性，同时揭示了通过靶向该互作界面而治疗多种NLRP3异常活化相关疾病的应用潜力。

重要的是，凋亡小体支架蛋白Apaf1（apoptotic protease activating factor 1）既有与NLRP3同源的NACHT结构域，又有与AMBRA1相似的WD40 β-propeller结构，类似于NLRP3-AMBRA1复合体。以往的研究表明Apaf1具有效应蛋白与调控蛋白的双重功能，表现为在静息时Apaf1通过N-端的WD40 β-propellers与C-端NACHT结合形成自抑制的闭合构象；而细胞凋亡信号诱导线粒体释放的细胞色素c结合到Apaf1-WD40 β-propellers区域，打开其自抑制的闭合构象并与dATP或ATP结合（图2，下），这个过程与该研究发现的AMBRA1-NLRP3复合物促进NLRP3自抑制解除并结合、水解ATP非常相似（图2，上）。因此，AMBRA1-NLRP3复合物及其协同作用可与Apaf1的结构组成和活化机制类比，提示了NLRP3炎症小体与Apaf1凋亡小体活化的进化保守性。

更重要的是，几乎所有的NOD样受体（NOD-like Receptors，NLRs），包括NODs, NLRPs及IPAF家族蛋白都具有类似的结构组成（特别是NACHT结构域）及自抑制的未活化构象，因此NLRs都被称为Apaf1样家族蛋白。该研究的结果暗示了其它NLRs的活化也需要依赖额外的（未知）包含β-propeller结构的伴侣蛋白进行调控，在活化过程中帮助解除它们的自抑制状态。

综上所述，该研究发现了AMBRA1是NLRP3的支架伴侣蛋白，通过互作解除NLRP3的自抑制从而推动NLRP3的构象开放，解决了领域内关于如何解除NLRP3自抑制构象这个关键科学问题。不仅细胞中AMBRA1蛋白缺失极大减弱了NLRP3的激活，条件性敲除Ambra1小鼠也显著减轻了NLRP3介导的炎症反应，揭示了AMBRA1调控NLRP3活化的生理重要性。阻断AMBRA1-NLRP3相互作用的纳米抗体成功抑制了NLRP3炎症小体的活化，表明AMBRA1蛋白可作为潜在的药理靶点，并为开发针对NLRP3相关炎症性疾病的疗法提供了新的途径。此外，该研究发现了含有β-propeller区域的AMBRA1伴侣蛋白在调控NLRP3方面的重要作用，提示了NLRs家族蛋白（介导细胞焦亡）与Apaf1（介导细胞凋亡）的激活机制的保守性与统一性（图2）。

图2. NLRP3与Apaf1采取保守激活机制的示意图。NLRP3需要AMBRA1的β-propeller结构作为其变构调节元件，与之结合后解除NLRP3的自抑制，促进NLRP3结合ATP及构象转变激活（上）；相似的是，Apaf1需要细胞色素C（Cyt c）结合其WD40 β-propeller结构域后解除自抑制，促进Apaf1结合dATP/ATP及构象转变激活（下）。

邮箱：

jiangzf@pku.edu.cn

实验室主页：

https://web.bio.pku.edu.cn/homes/Index/news_cont_jl/17/50.html

研究方向： 

天然免疫赋予机体对病原及肿瘤细胞的抵抗力，是人类抵抗感染与肿瘤的第一道防线。天然免疫失调引起各种感染性疾病、自身免疫病和肿瘤。尤其重要的是，识别细胞内DNA的cGAS-STING通路，对肿瘤的免疫监视及免疫治疗都至关重要。蒋争凡实验室是世界上同期发现STING蛋白的三个实验室之一，对其生理学功能进行了深入系统的研究。发现ERIS的二聚体化对其激活天然免疫反应重要；细胞通过STING-TBK1活化STAT6及NF-kB在cGAS-STING通路中的重要作用；发现特异性降解3'3'-cGAMP的磷酸二酯酶；发现多种Caspase负调控天然免疫反应，避免过度的免疫反应及凋亡细胞保持“免疫沉默”的机制；发现锰元素在cGAS-STING通路中发挥“警报素”与“激动剂”的双重功能，以此为基础发现锰离子的免疫调节功能，为锰元素在体内的生理学功能，特别是作为免疫调节剂的功能研究打开了一个新的窗口，并揭示锰元素未来在抗感染、抗肿瘤及免疫佐剂等应用方面拥有广阔的前景。