穿心莲内酯靶点嘌呤霉素敏感的氨肽酶PSAP对NLRP3炎症小体及相关疾病的调控作用

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NLRP3炎症小体是机体或细胞应对内源性和外源性的危险信号等,介导炎症因子IL-1β、IL-18的成熟释放引发天然免疫反应的大分子复合物。它在抵御病原微生物感染和维持机体自身稳态方面有非常重要的作用,参与众多炎症、免疫系统相关性疾病发生发展。因此深入研究其调控机制并寻找到新的调控节点具有非常重要的临床意义。  本文第一章首先综述了模式识别受体的研究进展,详细阐述了NLRP3炎症小体的活化假说及目前已报道的调控机制,概述了NLRP3炎症小体相关的临床疾病;最后介绍了嘌呤霉素敏感的氨肽酶PSAP及其蛋白家族的相关研究,提出本文的研究目的。  在第二章中,我们发现穿心莲内酯可以改善MSU诱导的小鼠足痛风及OVA诱导的小鼠肺损伤,并且在体外实验中,穿心莲内酯可以显著抑制LPS引起的NF-κB的活化,以及OVA刺激诱导的CASP1活化,提示穿心莲内酯可以同时抑制TLR4-TRAF6-NF-κB及NLRP3-CASP1两个信号通路的活化,最终抑制炎症反应。  在第三章中,我们合成生物素偶联的穿心莲内酯,通过生物素垂钓,银染结合质谱分析发现了穿心莲内酯的靶蛋白PSAP,并采用免疫共沉淀,免疫荧光共定位及胞内热迁移等实验进行了验证。通过过表达PSAP不同结构域的截短质粒与生物素-穿心莲内酯的免疫共沉淀发现,PSAP 577-919与穿心莲内酯发生结合。同时我们结合计算机辅助模拟技术,同源建模PSAP的蛋白结构,通过对接计算找到了穿心莲内酯与PSAP的结合位点,并采用点突变结合免疫共沉淀实验及穿 线莲内酯衍生物进行了验证,确证了PSAP G711为关键结合位点,穿心莲内酯3、14位羟基为关键基团,并且通过体外酶活实验发现这种结合并不影响PSAP的氨肽酶活性。最后借助巨噬细胞敲除PSAP的条件性敲除鼠,证实穿心莲内酯确实通过靶向PSAP发挥抗炎活性。  在第四章中,我们主要考察了穿心莲内酯如何通过与PSAP相互作用实现对TLR4-NF-κB及NLRP3-CASP1的两个信号的活化抑制。我们借助于巨噬细胞敲除PSAP的条件性敲除鼠或慢病毒干扰和过表达的方法,通过敲除、敲低或过表达PSAP,证实PSAP 577-919能够与TRAF6互作从而促进NF-κB信号。与此同时,穿心莲内酯通过结合在PSAP 577-919结构域,阻断二者的互作从而抑制NF-κB信号。另一方面,PSAP也可以负调控CASP1的活化,其机制与ROS的产生、线粒体或溶酶体损伤和胞内K+外流无关。进一步实验证明PSAP可以通过1-577结构域与NLRP3的NOD-LRR结构域相互作用阻断NLRP3炎症小体的组装,继而抑制CASP1的活化。通过初步的实验,我们发现PSAP的泛素化水平与其功能密切相关:在LPS刺激下,PSAP主要发生K63泛素化修饰,通过PSAP 577-919与TRAF6结合而促进TLR4信号的传递并激活NF-κB;而在Nigericin等刺激下,PSAP主要发生K48泛素化修饰及寡聚化,通过1-577与NLRP3结合,阻断炎症小体组装从而抑制CASP1的活化。穿心莲内酯结合于PSAP577-919调控PSAP的泛素化类型从而使PSAP由促进TLR4-NF-κB信号转向抑制NLRP3-CASP1,并最终导致IL-1β产生的两个信号都被抑制,实现炎症反应的短路式调控。  基于前四章的研究结果,在第五章中我们使用巨噬细胞敲除PSAP的条件性敲除鼠构建了肺损伤、腹膜炎、痛风和银屑病模型,观察巨噬细胞缺失PSAP对这些疾病的影响。结果显示这些疾病都明显加重,在腹膜炎、痛风和肺损伤的模型中NLRP3炎症小体的活化也显著加剧。  综上所述,我们通过穿心莲内酯发现了其靶蛋白PSAP,穿心莲内酯可通过阻碍PSAP与TRAF6结合转向与NLRP3相互作用从而同时切断TLR4-NF-κB和NLRP3-CASP1信号,抑制NF-κB-NLRP3环路所介导的炎症反应并改善相关疾病。这些发现丰富了NF-κB炎症信号的调控机制并为基于NF-κB的炎症疾病治疗提供了新的思路。
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