炎症小体是在机体应对感染和危险信号时，活化炎性半胱氨酸蛋白酶caspase，启动下游应答的一类多聚蛋白复合物【1】。活化的caspase-1可以切割细胞因子pro-IL-1b 和pro- IL-18为其成熟状态IL-1b和 IL-18 ，而所有caspase均可以切割GSDMD，最终导致细胞形成孔洞，细胞因子释放，以及细胞胶亡【2】。NLRP3可以感应多种刺激信号，从细菌毒素到胞外ATP，再到尿酸结晶和淀粉肽等颗粒物质【3】，但是这些信号分子都不直接和NLRP3发生相互作用。
NLRP3含有NACHT、LRR和PYD三个结构域，核苷酸结合结构域是NACHT中的一部分，含有螺旋结构域1（helical domain 1，简称HD1）、翼螺旋结构域（winged helical domain，简称WHD）和螺旋结构域2（helical domain 2，简称HD2）三部分【4】。而且，活化状的NLRP3很有可能像其家族成员NLRC4一样形成一个飞碟状的结构。之前作者通过蛋白质工程的方法解析了缺失PYD结构域的NLRP3蛋白【5】，并确定这一结构可以和丝苏氨酸激酶NEK7相结合，而NEK7是NLRP3活化的结构条件之一【6】。当然了，NLRP3全长的结构仍然有待解析。
2021年12月2日，来自美国哈佛大学的吴皓研究组在Cell上发表题为NLRP3 cages revealed by full-length mouse NLRP3 structure control pathway activation 的文章，确定了在静息状态下，NLRP3定位于膜上并形成一个双环笼状结构。
为了获得生理状态下NLRP3的结构，作者选取HEK293T细胞系表达并提取纯化NLRP3，因为这一细胞系不表达炎症小体其它组份。作者通过电子显微镜确定了20-25nm尺度的静息状态NLRP3单体【7】。随后，作者通过三维立体成像技术发现了NLRP3的双环笼状结构。其中，通过dATP稳定NLRP3的样本在4.2 Å分辨率下解析出六重双环笼状结构用来建立模型。
值得注意的是，最终的原子模型含有NACHT和LRR结构域，在NACHT-LRR笼中的PYD结构域存在相对较弱。NACHT结构域基本上不与其它部分发生相互作用；整个复合物是通过LRR“脸挨脸”和“背靠背”两种方式结合，且缺一不可；另外，缺失PYD结构域后，NLRP3结构也不复存在，这表示PYD结构域同样和NLRP3其它组份相互作用，并起到维持其稳定性的作用。另外，作者还确定，NEK7与NLRP3双环笼状结构的形成存在竞争关系，并在一定程度上可以起到打开笼状结构的作用。
PYD结构域可以有效促进ASC链条形成，从而进行炎症小体装配。作者发现，NACHT—LRR所形成的双环笼状结构将包裹其中的PYD结构域与外界ASC隔离开，从而将NLRP3稳定在静息状态，这很可能是调节炎症小体活化的机制之一。
另外，作者在纯化NLRP3过程中发现，NLRP3基本上都定位于膜结构细胞器上【8】，比如内质网、高尔基体等。并且通过突变膜结合核苷酸确定，与膜结构结合，可以促进NLRP3双环笼状结构的形成。当然，作者并没有将结合部位细化，但是指出，膜结构很可能为NLRP3双环笼状结构的形成提供框架支撑条件。
最后，作者选取缺失NLRP3的骨髓来源的巨噬细胞，表达双环笼状结构形成异常的NLRP3突变体，并通过LPS和尼日利亚菌素活化炎症小体。作者确定，NLRP3双环笼状结构的形成，是尼日利亚菌素活化炎症小体的必要条件。
综上所述，作者报道了小鼠NLRP3的结构，即通过LRR-LRR相互作用连接形成了NACHT-LRR双环笼状结构，并将PYD结构域包裹其中，从而避免了炎症小体的异常活化。值得注意的是，这一结构的形成是需要膜结构参与的，这也与NLRP3多定位于膜结构细胞器上相一致。另外，双环笼状结构如果不能正确形成，则炎症小体无法正常装配和活化。
参考文献
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【7】Zhou, M., Li, Y., Hu, Q., Bai, X.C., Huang, W., Yan, C., Scheres, S.H., and Shi, Y. (2015). Atomic structure of the apoptosome: mechanism of cytochrome c- and dATP-mediated activation of Apaf-1. Genes Dev. 29, 2349–2361.
【8】Chen, J., and Chen, Z.J. (2018). PtdIns4P on dispersed trans-Golgi network mediates NLRP3 inflammasome activation. Nature 564, 71–76.
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