2024年4月，《Cell》期刊在其创刊50周年之际，发表了题为“从边缘走向中心舞台：先天免疫50年的进展（From periphery to center stage: 50 years of advancements in innate immunity）”的综述，系统性指出先天免疫不仅是防御屏障，更是调控适应性免疫与稳态的核心系统 ^[1]。针对先天免疫靶点的疗法开发为感染、炎症及癌症等疾病提供了新的治疗方向。文章特别强调，NLRP3抑制剂凭借其"一靶控多病"的潜力，有望成为"广谱抗炎药"的明日之星，为髓系细胞驱动的慢性炎症疾病提供革命性治疗方案！

 

图1. 先天免疫系统的主要信号传导通路 ^[1]。

 

先天免疫的"信号枢纽"：炎症小体

作为抵御病原体的第一道防线，先天免疫通过模式识别受体（PRRs）感知病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs）等信号，快速广泛地识别与疾病相关的损伤、坏死以及功能缺陷的细胞，进而启动保护性反应 ^[2]。其中，炎症小体（inflammasome）作为多种PRRs参与形成的胞质多蛋白复合物，能激活炎症因子白介素-1β（IL-1β）和白介素-18（IL-18），并通过切割Gasdermin家族蛋白介导炎性程序性细胞死亡——焦亡（Pyroptosis），成为先天免疫的"核心指挥官" ^[3]。在众多炎症小体中，NLRP3因可识别多种危险信号（包括细菌毒素、代谢异常等），并与阿尔茨海默病、痛风和糖尿病等重大疾病直接关联，成为研究最深入的靶点 ^[4]。

 

图2. 炎症小体的分类、组装和激活 ^[4]。

 

聚焦明星分子：NLRP3炎症小体

含Pyrin结构域NOD样受体家族成员3（NLRP3）蛋白参与组成的炎症小体能识别PAMPs或DAMPs，进而激活Caspase-1，促进炎症因子的成熟与分泌，从而调控炎症反应 ^[5]。当非活性单体形式的NLRP3感知到细胞内损伤时，会寡聚化形成活性构象，构成高度有序的炎症小体复合物。该复合物会激活IL-1β、IL-18和Gasdermin D (GSDMD)，促进下游炎症反应以及细胞焦亡 ^[5-6]。因此，NLRP3基因自身功能获得性（GOF）突变可导致IL-1β/IL-18过度生成，引发冷蛋白相关周期性综合征（CAPS）等自身炎症性疾病 ^[7]。

 

图3. NLRP3炎症小体的多种激活机制 ^[8]。

 

NLRP3抑制剂：下一代"炎症灭火器"

由于NLRP3位于IL-1β/IL-18等炎症因子的上游，靶向抑制其活性可达到“釜底抽薪”的效果，从而有效阻断慢性炎症的自我强化机制，为治疗炎症相关疾病提供重要策略 ^[5]。抑制NLRP3这一分子，或可在多种炎症性疾病治疗中发挥“四两拨千斤”的广泛价值，预示着NLRP3抑制剂可能媲美抗生素在感染性疾病中的地位，即“一药在手，多病无忧”，尤其针对髓系细胞驱动的炎症疾病 ^[1]。目前，NLRP3靶向领域共有100多条药物研发管线，针对神经、自身免疫、炎症和代谢等领域疾病的临床试验已陆续开展，已有药物成功进入Ⅲ期临床试验阶段 ^[8-9]。尤其值得关注的是，NLRP3在中枢神经系统疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）中亦发挥重要作用，已被证实是极具潜力的治疗靶点。

 

图4. 不同靶向机制的NLRP3炎症小体通路抑制剂及潜在适应症 ^[10]。

 

人源化模型：NLRP3靶向药物研发的“助推器”

将人类致病突变“移植”到小鼠同源基因中，是构建人类疾病评价模型的常用策略。然而，早期研究表明，将人类NLRP3致病同源突变引入小鼠基因，在人类中引起严重疾病的突变，在小鼠模型中疾病表型反而可能更轻 ^[11-12]。因此，多项研究尝试将人类NLRP3基因替换小鼠内源性Nlrp3基因，以构建人源化程度更高的模型。例如，小鼠Nlrp3基因被替换为携带疾病相关突变（D305N）人源NLRP3基因的人源化小鼠对内毒素表现出急性敏感性，并发生进行性关节炎 ^[13]。随后，一家药企利用上述小鼠进行了新型NLRP3小分子抑制剂的筛选和测试。其筛选获得的新型NLRP3抑制剂对小鼠NLRP3蛋白抑制效果不佳，但对人类NLRP3的抑制效果可达纳摩尔级。因此，研究者进一步在NLRP3人源化小鼠模型中，评估了该分子在体内对NLRP3活化的抑制作用，以及对疾病相关NLRP3变体（D305N）的抑制效果 ^[14]。

 

 

图5. 建立NLRP3人源化小鼠腹膜炎模型用于新型NLRP3抑制剂的体内药效测试 ^[14]。

 

此外，作为一家专注于NLRP3靶向药物研发的企业，NodThera也开发了多种NLRP3人源化小鼠模型，并对物种特异性NLRP3的生理影响进行了全面研究。研究结果强调，尽管人鼠NLRP3蛋白结构相对保守，但在评估NLRP3在自身炎症性和自身免疫性疾病中的作用时，物种特异性蛋白的表达及其调控至关重要，人源化NLRP3的表达对于“精准”模拟疾病发病机制至关重要 ^[15]。因此，使用NLRP3人源化小鼠模型能够更准确地预测NLRP3靶向疗法的有效性，为药物研发提供有力保障。

 

图6. 不同类型NLRP3人源化小鼠对LPS刺激的反应 ^[15]。

 

赛业生物NLRP3人源化模型：科研利器，药效评估“神助攻”

为深入研究NLRP3的体内机制，并加速NLRP3新疗法的研发进程，赛业生物开发了NLRP3人源化模型——B6-hNLRP3小鼠（产品编号：C001616）。该模型携带人类NLRP3全部基因序列及下游3’UTR区域。以下是该模型的验证数据。

 

• 人源NLRP3基因功能性表达

B6-hNLRP3小鼠体内人源NLRP3基因显著表达，而鼠源Nlrp3基因不再表达。人源NLRP3基因在各组织中的相对表达水平与内源性基因的组织分布特征基本一致。

 

图7. B6-hNLRP3小鼠与野生型（WT）各组织中人源NLRP3与鼠源Nlrp3基因表达检测。

 

• 人源NLRP3蛋白成功表达

B6-hNLRP3小鼠成功表达人源NLRP3蛋白，其在肺组织中的表达水平高于胸腺组织，与RT-qPCR检测结果中的mRNA表达谱相符。

 

 

图8. 野生型（WT）小鼠与B6-hNLRP3小鼠胸腺和肺组织中人源NLRP3蛋白表达检测*。

 

*野生型小鼠检测条带为抗体种属交叉反应所致，结合RT-qPCR结果证实B6-hNLRP3小鼠特异性表达人源蛋白。

 

• 模型总结

B6-hNLRP3小鼠（产品编号：C001616）实现了人源NLRP3基因和蛋白在小鼠体内的稳定表达，适用于炎症、自身免疫性疾病、神经退行性疾病及代谢性疾病等NLRP3炎症小体相关疾病的研究，同时也是人源NLRP3靶向药物研发和临床前药效评估的理想工具。此外，针对NLRP3炎症小体通路的其他成员，包括IL-1B、IL-1R1、IL-1RAP、IL-18、IL-18BP、IL-18R1 (IL-18RA) 和IL-18RAP (IL-18RB)等靶点，赛业生物同步构建了人源化模型，欢迎垂询。

 

参考文献

• Carpenter S, O'Neill LAJ. From periphery to center stage: 50 years of advancements in innate immunity. Cell. 2024 Apr 25;187(9):2030-2051.
• Pradeu T, Thomma BPHJ, Girardin SE, Lemaitre B. The conceptual foundations of innate immunity: Taking stock 30 years later. Immunity. 2024 Apr 9;57(4):613-631.
• Rathinam VA, Fitzgerald KA. Inflammasome Complexes: Emerging Mechanisms and Effector Functions. Cell. 2016 May 5;165(4):792-800.
• Ke Q, Greenawalt AN, Manukonda V, Ji X, Tisch RM. The regulation of self-tolerance and the role of inflammasome molecules. Front Immunol. 2023 Apr 4;14:1154552. 
• Swanson KV, Deng M, Ting JP. The NLRP3 inflammasome: molecular activation and regulation to therapeutics. Nat Rev Immunol. 2019 Aug;19(8):477-489.
• Andreeva L, David L, Rawson S, Shen C, Pasricha T, Pelegrin P, Wu H. NLRP3 cages revealed by full-length mouse NLRP3 structure control pathway activation. Cell. 2021 Dec 22;184(26):6299-6312.e22.
• Booshehri LM, Hoffman HM. CAPS and NLRP3. J Clin Immunol. 2019 Apr;39(3):277-286.
• Ma Q. Pharmacological Inhibition of the NLRP3 Inflammasome: Structure, Molecular Activation, and Inhibitor-NLRP3 Interaction. Pharmacol Rev. 2023 May;75(3):487-520.
• Yao J, Sterling K, Wang Z, Zhang Y, Song W. The role of inflammasomes in human diseases and their potential as therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2024 Jan 5;9(1):10.
• Zhang X, Wang Z, Zheng Y, Yu Q, Zeng M, Bai L, Yang L, Guo M, Jiang X, Gan J. Inhibitors of the NLRP3 inflammasome pathway as promising therapeutic candidates for inflammatory diseases (Review). Int J Mol Med. 2023 Apr;51(4):35.
• Hoffman HM. Autoinflammatory disease: New mouse models and therapies. J Allergy Clin Immunol. 2020 Jan;145(1):116-118.
• Putnam CD, Broderick L, Hoffman HM. The discovery of NLRP3 and its function in cryopyrin-associated periodic syndromes and innate immunity. Immunol Rev. 2024 Mar;322(1):259-282.
• Snouwaert JN, Nguyen M, Repenning PW, Dye R, Livingston EW, Kovarova M, Moy SS, Brigman BE, Bateman TA, Ting JP, Koller BH. An NLRP3 Mutation Causes Arthropathy and Osteoporosis in Humanized Mice. Cell Rep. 2016 Dec 13;17(11):3077-3088.
• Wilhelmsen, K., Deshpande, A., Tronnes, S., et al. (2024, December 22). Discovery of a Potent and Selective Inhibitor of Human NLRP3 with a Novel Binding Modality and Mechanism of Action. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.12.21.629867
• Koller BH, Nguyen M, Snouwaert JN, Gabel CA, Ting JP. Species-specific NLRP3 regulation and its role in CNS autoinflammatory diseases. Cell Rep. 2024 Mar 26;43(3):113852.