炎症小体（Inflammasome）是先天免疫系统感知感染、细胞损伤和代谢异常的重要胞质信号复合物，可激活炎症性Caspase，促进IL-1β和IL-18成熟，并驱动Gasdermin介导的细胞焦亡。NLRP3、AIM2、NLRC4等炎症小体具有不同的上游感知机制，其中NLRP3能够响应离子稳态改变、晶体沉积和细胞器损伤等多类危险信号，是当前免疫炎症研究中关注度较高的靶点。

        关键词：炎症小体；NLRP3；Caspase-1；GSDMD；细胞焦亡；IL-1β；AIM2；先天免疫

1 炎症小体的组成与主要类型

1.1 基本组成

        典型炎症小体由胞质模式识别受体、衔接蛋白ASC和炎症性Caspase组成。感受器激活后发生构象变化和寡聚化，通过PYD或CARD结构域募集ASC及pro-Caspase-1，形成高阶信号复合物。Caspase-1成熟后切割pro-IL-1β、pro-IL-18和GSDMD，将危险信号识别转化为炎症因子释放和细胞焦亡。

1.2 Priming与Activation

（1）Priming

        TLR、TNFR和IL-1R等受体可通过NF-κB提高NLRP3及pro-IL-1β表达，为后续炎症小体组装建立分子基础。NLRP3蛋白升高主要反映启动信号增强，并不能单独证明炎症小体已经活化。

（2）Activation

        ATP、尼日利亚菌素、晶体颗粒、胞质DNA和细菌结构等刺激可进一步促进感受器活化、ASC聚集及炎症性Caspase成熟。炎症小体活化通常需要结合ASC speck、Caspase-1成熟、IL-1β释放和GSDMD裂解进行判断。

1.3 主要炎症小体

表1 主要炎症小体及功能定位

2 NLRP3炎症小体的激活机制

图1 NLRP3炎症小体双信号激活及炎症性效应输出机制

2.1 启动信号

        LPS等刺激可通过TLR4–NF-κB通路增加NLRP3和pro-IL-1β表达；TNF-α和IL-1相关信号也可通过NF-κB形成priming。该阶段主要改变炎症相关蛋白储备及细胞状态，为第二信号触发炎症小体组装提供条件。

2.2 激活信号

（1）K⁺外流

        胞内K⁺降低是多种NLRP3刺激共享的重要过程。胞外ATP可通过P2X7相关离子通透性变化促进K⁺外流，尼日利亚菌素则通过离子交换快速破坏K⁺梯度，因此两者均常用于建立NLRP3激活模型。

（2）溶酶体损伤

        尿酸盐结晶、胆固醇结晶和二氧化硅等颗粒被吞噬后可造成溶酶体膜损伤，使组织蛋白酶及其他危险信号进入胞质，适合用于痛风、动脉粥样硬化和颗粒性炎症模型。

（3）线粒体应激

        线粒体膜电位异常、ROS增加、mtDNA释放及线粒体质量控制障碍可降低NLRP3激活阈值。此类变化通常与离子稳态和代谢重编程共同存在，因此不能仅根据ROS升高完成NLRP3归因。

2.3 NLRP3–ASC–Caspase-1组装

        活化NLRP3发生寡聚化并募集ASC，ASC进一步形成高阶聚集结构，使pro-Caspase-1近距离聚集并完成活化。ASC speck、ASC寡聚体和NLRP3–ASC相互作用可用于评价炎症小体装配，而Caspase-1成熟则反映复合物已经进入功能输出阶段。

2.4 GSDMD与细胞焦亡

        Caspase-1切割GSDMD后释放GSDMD-N，后者结合质膜并形成孔道，引起离子梯度破坏、膜通透性增加及IL-1β、IL-18释放。当成孔超过细胞膜修复能力时，可进一步出现细胞肿胀和终末膜破裂，因此GSDMD裂解是连接炎症小体和焦亡的重要节点。

3 其他重要炎症小体通路

3.1 AIM2炎症小体

        AIM2通过HIN结构域识别胞质双链DNA，并通过PYD与ASC的PYD相互作用募集ASC；ASC进一步通过CARD结构域募集pro-Caspase-1并促进其活化。细菌或DNA病毒感染、核DNA异常泄漏以及线粒体DNA释放均可形成AIM2激活条件；由于胞质DNA同时可激活cGAS–STING，实验中可结合Caspase-1/GSDMD与TBK1/IRF3信号区分两类通路。

3.2 NLRC4炎症小体

        NAIP蛋白识别细菌鞭毛蛋白或Ⅲ型分泌系统组分后可促进NLRC4寡聚化。NLRC4具有CARD结构域，可直接募集Caspase-1，也可通过ASC加强细胞因子成熟，主要用于研究沙门氏菌、军团菌等胞内细菌感染过程。

3.3 非经典炎症小体

        人Caspase-4和Caspase-5以及小鼠Caspase-11可响应胞质LPS并直接切割GSDMD。GSDMD成孔产生的K⁺外流还可继发激活NLRP3–Caspase-1，使非经典通路同时连接胞质LPS感知、焦亡和IL-1β/IL-18成熟。

4 炎症小体的主要疾病研究方向

4.1 感染性炎症

        NLRP3、NLRC4、AIM2和非经典炎症小体分别响应感染造成的细胞损伤、细菌结构、胞质DNA和胞质LPS。炎症小体激活可促进病原体清除和免疫细胞募集，但过度的Caspase-1/GSDMD信号也可能扩大组织损伤，因此感染模型应同时评价病原控制和炎症损伤。

4.2 代谢与无菌性炎症

        尿酸盐结晶、胆固醇结晶、脂质积累和线粒体异常均可形成持续NLRP3刺激，使IL-1β相关炎症参与痛风、动脉粥样硬化及部分代谢疾病。此类研究的重点是证明疾病表型是否真正依赖NLRP3–Caspase-1–GSDMD轴，而不是仅观察炎症因子升高。

4.3 神经炎症

        小胶质细胞可响应ATP、蛋白聚集物、线粒体损伤和神经元来源危险信号，形成NLRP3相关炎症反应。神经系统模型可联合检测NLRP3组装、IL-1β释放、GSDMD裂解、小胶质细胞活化和神经元损伤，以分析炎症小体在神经退行性改变中的作用层级。

4.4 缺血与组织损伤

        缺血再灌注可造成ATP释放、ROS增加、线粒体损伤和坏死细胞成分释放，为NLRP3活化提供多种刺激。心肌、脑和肾脏缺血模型均可用于研究炎症小体介导的无菌性炎症及继发组织损伤。

5 炎症小体研究的实验应用

5.1 NLRP3经典模型

（1）LPS＋ATP

        LPS提供priming，ATP通过P2X7相关信号促进K⁺外流，适合评价NLRP3组装、Caspase-1成熟和IL-1β释放。

（2）LPS＋尼日利亚菌素

        尼日利亚菌素可快速改变K⁺梯度，通常产生较稳定的NLRP3激活，适合机制研究和抑制剂筛选。刺激过强可造成非特异性膜损伤，因此需要控制处理浓度和时间。

（3）晶体模型

        尿酸盐或胆固醇结晶等颗粒刺激通过吞噬、溶酶体损伤和细胞器应激激活NLRP3，更接近痛风和动脉粥样硬化等无菌性炎症环境。

5.2 炎症小体活化检测

（1）复合物组装

        ASC speck免疫荧光、ASC寡聚化和NLRP3–ASC蛋白互作可用于分析炎症小体组装。仅检测NLRP3总蛋白不能代替这些功能性指标。

（2）Caspase-1与炎症因子

        Western blot或活性探针可检测Caspase-1成熟，ELISA和Western blot可检测IL-1β与IL-18。应区分细胞内pro-IL-1β和胞外成熟IL-1β，以区别priming与完整炎症小体活化。

（3）焦亡执行

        GSDMD裂解、PI/SYTOX摄取、LDH释放及实时细胞成像可用于评价焦亡。LDH和膜通透性变化并不具有焦亡特异性，应与GSDMD和炎症性Caspase指标联合判读。

表2 炎症小体常用检测指标

5.3 炎症小体抑制剂研究

（1）NLRP3抑制

        候选NLRP3抑制剂可在ATP、尼日利亚菌素和晶体模型中进行交叉验证，并使用AIM2或NLRC4刺激体系评价通路选择性。若化合物同时降低NLRP3和pro-IL-1β表达，则需要排除其对NF-κB priming的影响。

（2）Caspase-1抑制

        Caspase-1抑制通常降低成熟IL-1β和GSDMD裂解，但上游NLRP3及ASC组装仍可能保留。该特征可用于区分炎症小体组装抑制和下游酶活抑制。

（3）GSDMD抑制

        GSDMD抑制主要影响膜成孔和终末焦亡，上游ASC聚集及Caspase-1活化可能仍然存在。将上游组装、Caspase活性和膜通透性分层检测，有助于确定候选化合物的具体作用位置。

6 常见问题

6.1 NLRP3表达升高是否代表炎症小体被激活

        不代表。NLRP3表达升高主要反映priming，完整激活还需结合ASC聚集、Caspase-1成熟、IL-1β释放及GSDMD裂解判断。

6.2 IL-1β升高能否证明NLRP3参与

        不能。AIM2、NLRC4、NLRP1和Pyrin等炎症小体同样可以促进IL-1β成熟，NF-κB还可增加pro-IL-1β表达，因此需使用选择性药理或遗传学方法完成归因。

6.3 LPS单独处理能否激活经典NLRP3炎症小体

        在经典双信号模型中，LPS主要提供priming，通常需要ATP、尼日利亚菌素或其他第二信号才能获得明显的Caspase-1成熟、IL-1β释放和GSDMD裂解。

6.4 GSDMD裂解是否等于细胞已经完全焦亡

        不完全等同。GSDMD裂解表示成孔程序已启动，但细胞仍可能通过膜修复暂时维持完整性，应结合膜通透性、LDH释放和细胞形态判断终末焦亡。

6.5 ATP和尼日利亚菌素是否可以完全替代

        不能。两者均可引起K⁺外流，但ATP依赖P2X7相关膜信号，尼日利亚菌素主要直接改变离子梯度。研究上游机制时应根据具体问题选择刺激条件。

6.6 Caspase-1被抑制后为什么仍可能出现细胞死亡

        细胞可能通过Caspase-4/5/11、Caspase-8、GSDME或RIPK3–MLKL等其他通路失去膜完整性，因此复杂炎症模型需要联合分析不同细胞死亡执行系统。

6.7 炎症小体研究是否只能使用巨噬细胞

        不是。单核/巨噬细胞是常用模型，小胶质细胞、中性粒细胞、树突状细胞和部分上皮细胞也可形成炎症小体，但不同细胞的priming需求和焦亡程度存在差异。

7 炎症小体研究相关产品

7.1 炎症小体激活与模型构建相关产品

7.2 NLRP3及炎症信号抑制剂

7.3 Caspase-1、GSDMD及相关通路研究产品

7.4 P2X7、溶酶体与氧化应激相关产品

        炎症小体连接危险信号识别、炎症性Caspase激活、IL-1β/IL-18成熟和GSDMD介导的焦亡。实验研究应明确所研究的炎症小体类型，并区分priming、复合物组装、Caspase活化和膜成孔等不同阶段，避免仅依据单一炎症因子或细胞死亡指标进行归因。

参考文献

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更多相关文章，详见下方：

[1] 炎症小体的激活及监测

[2] NF-κB 通路怎么定位、抑制剂怎么选：把炎症转录输出压到“可控区间”（附表A–F）