北京大学生命科学学院蒋争凡课题组发现AMBRA1解除NLRP3自抑制启动炎症小体组装与活化

炎症应答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），在免疫防御体系中发挥着重要作用。NLRP3是一个细胞内的模式识别受体，被广泛的内外源性危险信号激活后导致炎症小体形成、促炎因子释放及细胞焦亡发生（图1），然而NLRP3激活及调控机制，尤其是NLRP3在活化中自抑制的解除机制很不清楚。

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教授课题组在《自然·免疫学》（Nature Immunology）上在线发表了最新研究成果“AMBRA1 allosterically activates NLRP3 by releasing its autoinhibition”，发现并解析了AMBRA1作为支架蛋白变构激活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，该研究发现AMBRA1蛋白与NLRP3复合物存在相互作用，并验证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缺失导致多种激动剂引发的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缓解了NLRP3介导的炎症反应，表明AMBRA1对于NLRP3活化很重要。

其次，该研究对AMBRA1调控NLRP3炎症小体的具体机制进行了探究，证明NLRP3与AMBRA1之间存在激活诱导的相互作用。通过构建不同截短突变体，发现AMBRA1与NLRP3的结合依赖于AMBRA1的WD40 β-propeller区域以及NLRP3的NACHT和LRR结构域。AMBRA1主要通过WD40 β-propeller结构中的一段N端螺旋区与NLRP3的trLRR及NACHT中的HD2亚结构域发生互作，该互作促进NLRP3分子内和分子间自抑制的解除，有助于破坏非活化NLRP3的闭合构象，并促进NLRP3结合ATP及构象开放为活化状态。这些结果揭示了AMBRA1作为结构性支架蛋白变构激活NLRP3的分子机制。

该研究还筛选了靶向AMBRA1的N端螺旋区的纳米抗体，并验证了该纳米抗体具备干扰AMBRA1-NLRP3相互作用及抑制NLRP3炎症小体活化的效果。这些结果不仅证明AMBRA1的N端螺旋区对于NLRP3-AMBRA1互作的重要性，同时揭示通过靶向该互作界面治疗NLRP3异常活化驱动的疾病的应用潜力。

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。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。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）。

北京大学生命科学学院2026届博士潘明慧为论文的第一作者，蒋争凡为通讯作者。清华大学生命学院、北大-清华生命科学联合中心李丕龙教授和周杰博士对纳米抗体的筛选与验证作出了重要贡献。此研究工作得到了科技部国家重点基础研究项目、国家自然科学基金委、北京大学“细胞增殖与分化”教育部重点实验室及“北大-清华生命科学联合中心”的资助。