邵峰实验室发现磷酸化修饰在Pyrin炎症小体通路激活中起重要 作用

    2016年8月1日，我所邵峰实验室在《PNAS》杂志在线发表题为“Site-specific phosphorylation and microtubule dynamics control Pyrin inflammasome activation”的文章，发现位点特异性磷酸化与微管细胞骨架的动态平衡在天然免疫Pyrin炎症小体通路的激活中起重要作用。

    胞质内天然免疫识别反应在抵抗病原微生物感染过程中发挥着非常重要作用，其核心执行分子包括Caspase-1与Caspase-11（人类同源蛋白Caspase-4/5），Caspase-1和Caspase-11激活后导致细胞发生焦亡（一种细胞炎性坏死）。Caspase-1由胞质内不同受体蛋白在识别病原微生物组分后与ASC接头蛋白一起组装形成的炎症小体复合物激活，而Caspase-11/4/5则通过直接识别并结合胞质内LPS激活。激活的Caspase-1/11切割并活化GSDMD蛋白，活化后的GSDMD蛋白在细胞膜上打孔引起细胞焦亡。活化的Caspase-1还可将IL-1β与IL-18前体切割为其活性形式分泌至细胞外，进一步促进炎症反应。Pyrin的编码基因MEFV突变可导致一种名为家族性地中海热（FMF）的自身炎症性疾病。2014年，邵峰实验室首次发现Pyrin蛋白的正常生理功能是感知各种细菌毒素对宿主细胞Rho家族小G蛋白的修饰和失活，进而和ASC蛋白组装形成一个新的炎症小体复合物，在抗细菌天然免疫中发挥重要作用（Xu et al., Nature 2014）。 与其他炎症小体不同，Pyrin并不直接识别和结合病原微生物分子，而是间接感受细菌毒力作用的结果。然而，Pyrin蛋白是如何感知由毒素作用产生的上游信号进而被激活的机制尚不明确。

    邵峰实验室的这项新的研究发现，在树突状细胞与原代的骨髓来源巨噬细胞中，Pyrin蛋白和细胞内的特异性识别磷酸化蛋白的14-3-3家族蛋白结合形成复合物，这种相互作用使得Pyrin处于活性抑制状态；通过质谱和大量位点突变的实验，他们鉴定出Pyrin蛋白中的第205位和241位的丝氨酸上存在磷酸化修饰，而正是这两个位点的磷酸化介导了Pyrin和14-3-3分子的结合。当细胞受到细菌毒素的刺激、胞内的Rho家族小G蛋白发生失活性修饰进而导致肌动蛋白细胞骨架发生紊乱后，Pyrin蛋白的205位和241位丝氨酸同时发生去磷酸化，导致其失去结合14-3-3分子的能力，Pyrin/14-3-3复合物发生解离；这一系列事件的发生和Pyrin炎症小体的激活高度关联，从而有力地说明位点特异性去磷酸化在Pyrin炎症小体活化中发挥关键作用。同时，该研究还发现治疗家族性地中海热的有效药物秋水仙素和其它多个微管蛋白药物均能特异性抑制细菌毒素激活巨噬细胞中的Pyrin炎症小体，这些微管药物并不抑制细菌毒素诱导Pyrin去磷酸化以及其与14-3-3蛋白的解离，而是通过阻断Pyrin招募下游接头蛋白ASC发挥抑制性作用。

    该研究推进了我们对Pyrin感知细菌毒素对Rho蛋白的修饰和失活进而活化形成功能性炎症小体的机制的理解，为认识细胞质天然免疫识别模式提供新的见解；该研究同时还发现微管蛋白细胞骨架的平衡可能在Pyrin炎症小体激活中发挥重要作用，揭示了秋水仙素治疗家族性治疗家族性地中海热的可能机理。

    我所与中国农业大学联合培养博士生高文青为本文第一作者，其他作者包括邵峰实验室的博士后杨杰陵，博士研究生刘旺与王玉鹏。邵峰博士为本文通讯作者。该研究由国家自然科学基金委员会，科技部973项目，中科院先导计划、北京市政府和美国霍华德-休斯医学研究所资助，在北京生命科学研究所完成。