在免疫反應起始階段，機體通過模式識別受體感應病原體相關(guān)模式分子 (pathogen associated molecular pattern, PAMP) 和損傷相關(guān)模式分子 (damage associated molecular pattern, DAMP) 。NOD樣受體（Nod-like receptor, NLR）家族是機體最大的一類模式識別受體；目前認為NLR感知識別相應模式分子后，可通過自身寡聚化組裝形成大型信號分子機器, 如NLRP3，NLRC4等形成的炎癥小體（Inflammasome），NOD2等形成的Nodosome，從而激活NF-κB通路、MAPK通路、細胞焦亡等，釋放TNFα，IL-1β和IL-18等炎性細胞因子，介導下游一系列免疫炎癥級聯(lián)反應。這是機體最為基本的天然免疫防御反應之一，在機體清除病原感染和內(nèi)源危險信號中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在人體中，多個NLR基因突變導致的異常激活也被發(fā)現(xiàn)參與了膿毒癥、炎性腸病等多種重大炎性疾病的病理進程。

NLR家族蛋白在結(jié)構(gòu)上都含有一個核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域 (Nucleotide-binding and oligomerization domain, NOD或NACHT) ；除NLRP10外，所有NLR蛋白的C端都含有亮氨酸重復序列 (leucine-rich repeat, LRR)，而其N末端則由各異的蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，如CARD、PYD結(jié)構(gòu)域等。大量研究表明，依賴NACHT結(jié)構(gòu)域介導的寡聚化是NLR蛋白激活的共同特征和主要方式；但目前人們對NLR家族蛋白寡聚化組裝激活的機制并不清楚。

2023年3月21日，韓家淮院士團隊在Immunity雜志上發(fā)表題為 Ribosome-rescuer PELO catalyzes the oligomeric assembly of NOD-like receptor family proteins via activating their ATPase enzymatic activity 的研究論文，報道了核糖體質(zhì)量控制關(guān)鍵因子PELO通過激活NOD樣受體家族蛋白的ATPase活性，控制其寡聚化組裝和激活。

PELO是進化上高度保守的蛋白，參與核糖體相關(guān)質(zhì)量控制（ribosome-associated quality control，RQC），其與HBS1L形成的復合物可以識別具有空解碼中心（decoding center）的停滯核糖體（stalled ribosome），進而介導停滯核糖體的40S亞基和60S亞基分離，促進核糖體的回收利用（ribosome rescue）。因而，PELO在胚胎發(fā)育、精子生成、表皮內(nèi)穩(wěn)態(tài)及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等生理學過程中發(fā)揮重要功能；但其在免疫應答等應激反應中的功能研究仍是空白。韓家淮團隊早前在果蠅中通過正向遺傳學篩選鑒定到PELO，發(fā)現(xiàn)PELO通過調(diào)控病毒蛋白合成參與抗病毒天然免疫，首先揭示了PELO在天然免疫中的作用。之后陸續(xù)有研究表明植物中PELO的同源物也與抗病毒免疫相關(guān)，提示PELO參與免疫反應在進化上的高度保守性。研究者在利用定量質(zhì)譜分析NLRP3炎癥小體蛋白復合物時，發(fā)現(xiàn)PELO隨著刺激被募集到NLRP3炎癥小體蛋白復合物上，這引起了研究者的關(guān)注。

團隊首先確認了PELO和NLRP3的直接相互作用，并發(fā)現(xiàn)這種相互作用是通過NLRP3的NACHT和LRR結(jié)構(gòu)域介導的，不依賴于其N端的PYD結(jié)構(gòu)域。由于NACHT和LRR是NLR家族蛋白的共有結(jié)構(gòu)域，研究者進一步分析發(fā)現(xiàn)PELO可以特異性地和所有胞質(zhì)內(nèi)的NLR家族蛋白相互作用。接著，研究者在多種細胞和小鼠模型中證實PELO參與調(diào)控NLR家族蛋白介導的天然免疫應答反應，如NOD2介導的NF-κB和MAPK信號通路激活，NLRP3、NLRC4和NLRR6介導的炎癥小體激活和細胞焦亡等。進一步細胞實驗發(fā)現(xiàn)，PELO通過直接與NLR蛋白結(jié)合控制了NLR蛋白在激活信號刺激下的寡聚化組裝。另外，研究者證實，PELO介導NLR蛋白的激活不依賴其在核糖體相關(guān)質(zhì)量控制通路中的作用，但二者之間存在互斥的關(guān)系：核糖體應激反應和NLR炎性小體激活可能通過競爭PELO分子以協(xié)調(diào)細胞在應激條件下的命運決定。

在核糖體相關(guān)質(zhì)量控制中，PELO可以促進HBS1L的GTPase活性，解聚停滯核糖體；而有意思的是，NLR蛋白屬于STAND (signal transduction ATPases with numerous domains) ATPase家族，其NACHT結(jié)構(gòu)域含有保守的ATP結(jié)合和水解結(jié)構(gòu)域，且ATPase活性對于NLR的激活至關(guān)重要。因此，研究者推測PELO通過結(jié)合NLR蛋白的NACHT結(jié)構(gòu)域，可能直接調(diào)節(jié)NACHT結(jié)構(gòu)域的ATPase活性，進而影響NLR蛋白的寡聚化組裝和激活。研究者通過體外ATPase活性檢測實驗，發(fā)現(xiàn)PELO可以高效地激活NLR家族蛋白的ATPase活性。緊接著，研究者建立了NLRC4炎癥小體的體外組裝系統(tǒng)，并證實PELO通過激活NLRC4的ATPase活性控制其寡聚化組裝和激活。

綜上所述，該研究揭示了PELO的全新免疫學功能，發(fā)現(xiàn)PELO是所有胞質(zhì)內(nèi)NOD樣受體蛋白的互作因子；PELO通過高效激活NLR蛋白的ATPase活性，控制NLR蛋白的寡聚化組裝和激活，從而參與調(diào)控NLR家族蛋白介導的多種免疫炎癥反應。

該論文的第一作者為學院吳秀榕博士和醫(yī)學院楊章華助理教授；韓家淮院士和吳秀榕博士為該論文的共同通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.02.014

（圖/文 韓家淮課題組）

來源：廈門大學