廣譜抗炎藥新靶點(diǎn)：NLRP3抑制劑的作用機(jī)制及人源化小鼠模型的介紹

2024年4月，《Cell》期刊在其創(chuàng)刊50周年之際，發(fā)表了題為“從邊緣走向中心舞臺(tái)：先天免疫50年的進(jìn)展（From periphery to center stage: 50 years of advancements in innate immunity）”的綜述，系統(tǒng)性指出先天免疫不僅是防御屏障，更是調(diào)控適應(yīng)性免疫與穩(wěn)態(tài)的核心系統(tǒng) ^[1]。針對(duì)先天免疫靶點(diǎn)的療法開(kāi)發(fā)為感染、炎癥及癌癥等疾病提供了新的治療方向。文章特別強(qiáng)調(diào)，NLRP3抑制劑憑借其"一靶控多病"的潛力，有望成為"廣譜抗炎藥"的明日之星，為髓系細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的慢性炎癥疾病提供革命性治療方案！

圖1. 先天免疫系統(tǒng)的主要信號(hào)傳導(dǎo)通路 ^[1]。

先天免疫的"信號(hào)樞紐"：炎癥小體
作為抵御病原體的第一道防線(xiàn)，先天免疫通過(guò)模式識(shí)別受體（PRRs）感知病原體相關(guān)分子模式（PAMPs）和損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）等信號(hào)，快速?gòu)V泛地識(shí)別與疾病相關(guān)的損傷、壞死以及功能缺陷的細(xì)胞，進(jìn)而啟動(dòng)保護(hù)性反應(yīng) ^[2]。其中，炎癥小體（inflammasome）作為多種PRRs參與形成的胞質(zhì)多蛋白復(fù)合物，能激活炎癥因子白介素-1β（IL-1β）和白介素-18（IL-18），并通過(guò)切割Gasdermin家族蛋白介導(dǎo)炎性程序性細(xì)胞死亡——焦亡（Pyroptosis），成為先天免疫的"核心指揮官" ^[3]。在眾多炎癥小體中，NLRP3因可識(shí)別多種危險(xiǎn)信號(hào)（包括細(xì)菌毒素、代謝異常等），并與阿爾茨海默病、痛風(fēng)和糖尿病等重大疾病直接關(guān)聯(lián)，成為研究最深入的靶點(diǎn) ^[4]。

圖2. 炎癥小體的分類(lèi)、組裝和激活 ^[4]。

聚焦明星分子：NLRP3炎癥小體
含Pyrin結(jié)構(gòu)域NOD樣受體家族成員3（NLRP3）蛋白參與組成的炎癥小體能識(shí)別PAMPs或DAMPs，進(jìn)而激活Caspase-1，促進(jìn)炎癥因子的成熟與分泌，從而調(diào)控炎癥反應(yīng) ^[5]。當(dāng)非活性單體形式的NLRP3感知到細(xì)胞內(nèi)損傷時(shí)，會(huì)寡聚化形成活性構(gòu)象，構(gòu)成高度有序的炎癥小體復(fù)合物。該復(fù)合物會(huì)激活I(lǐng)L-1β、IL-18和Gasdermin D (GSDMD)，促進(jìn)下游炎癥反應(yīng)以及細(xì)胞焦亡 ^[5-6]。因此，NLRP3基因自身功能獲得性（GOF）突變可導(dǎo)致IL-1β/IL-18過(guò)度生成，引發(fā)冷蛋白相關(guān)周期性綜合征（CAPS）等自身炎癥性疾病 ^[7]。

圖3. NLRP3炎癥小體的多種激活機(jī)制 ^[8]。

NLRP3抑制劑：下一代"炎癥滅火器"
由于NLRP3位于IL-1β/IL-18等炎癥因子的上游，靶向抑制其活性可達(dá)到“釜底抽薪”的效果，從而有效阻斷慢性炎癥的自我強(qiáng)化機(jī)制，為治療炎癥相關(guān)疾病提供重要策略 ^[5]。抑制NLRP3這一分子，或可在多種炎癥性疾病治療中發(fā)揮“四兩撥千斤”的廣泛價(jià)值，預(yù)示著NLRP3抑制劑可能媲美抗生素在感染性疾病中的地位，即“一藥在手，多病無(wú)憂(yōu)”，尤其針對(duì)髓系細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的炎癥疾病 ^[1]。目前，NLRP3靶向領(lǐng)域共有100多條藥物研發(fā)管線(xiàn)，針對(duì)神經(jīng)、自身免疫、炎癥和代謝等領(lǐng)域疾病的臨床試驗(yàn)已陸續(xù)開(kāi)展，已有藥物成功進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段 ^[8-9]。尤其值得關(guān)注的是，NLRP3在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如阿爾茨海默病和帕金森病）中亦發(fā)揮重要作用，已被證實(shí)是極具潛力的治療靶點(diǎn)。

圖4. 不同靶向機(jī)制的NLRP3炎癥小體通路抑制劑及潛在適應(yīng)癥 ^[10]。

人源化模型：NLRP3靶向藥物研發(fā)的“助推器”
將人類(lèi)致病突變“移植”到小鼠同源基因中，是構(gòu)建人類(lèi)疾病評(píng)價(jià)模型的常用策略。然而，早期研究表明，將人類(lèi)NLRP3致病同源突變引入小鼠基因，在人類(lèi)中引起嚴(yán)重疾病的突變，在小鼠模型中疾病表型反而可能更輕 ^[11-12]。因此，多項(xiàng)研究嘗試將人類(lèi)NLRP3基因替換小鼠內(nèi)源性Nlrp3基因，以構(gòu)建人源化程度更高的模型。例如，小鼠Nlrp3基因被替換為攜帶疾病相關(guān)突變（D305N）人源NLRP3基因的人源化小鼠對(duì)內(nèi)毒素表現(xiàn)出急性敏感性，并發(fā)生進(jìn)行性關(guān)節(jié)炎 ^[13]。隨后，一家藥企利用上述小鼠進(jìn)行了新型NLRP3小分子抑制劑的篩選和測(cè)試。其篩選獲得的新型NLRP3抑制劑對(duì)小鼠NLRP3蛋白抑制效果不佳，但對(duì)人類(lèi)NLRP3的抑制效果可達(dá)納摩爾級(jí)。因此，研究者進(jìn)一步在NLRP3人源化小鼠模型中，評(píng)估了該分子在體內(nèi)對(duì)NLRP3活化的抑制作用，以及對(duì)疾病相關(guān)NLRP3變體（D305N）的抑制效果 ^[14]。

圖5. 建立NLRP3人源化小鼠腹膜炎模型用于新型NLRP3抑制劑的體內(nèi)藥效測(cè)試 ^[14]。

 此外，作為一家專(zhuān)注于NLRP3靶向藥物研發(fā)的企業(yè)，NodThera也開(kāi)發(fā)了多種NLRP3人源化小鼠模型，并對(duì)物種特異性NLRP3的生理影響進(jìn)行了全面研究。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)，盡管人鼠NLRP3蛋白結(jié)構(gòu)相對(duì)保守，但在評(píng)估NLRP3在自身炎癥性和自身免疫性疾病中的作用時(shí)，物種特異性蛋白的表達(dá)及其調(diào)控至關(guān)重要，人源化NLRP3的表達(dá)對(duì)于“精準(zhǔn)”模擬疾病發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要 ^[15]。因此，使用NLRP3人源化小鼠模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)NLRP3靶向療法的有效性，為藥物研發(fā)提供有力保障。

圖6. 不同類(lèi)型NLRP3人源化小鼠對(duì)LPS刺激的反應(yīng) ^[15]。

賽業(yè)生物NLRP3人源化模型：科研利器，藥效評(píng)估“神助攻”
為深入研究NLRP3的體內(nèi)機(jī)制，并加速NLRP3新療法的研發(fā)進(jìn)程，賽業(yè)生物開(kāi)發(fā)了NLRP3人源化模型——B6-hNLRP3小鼠（產(chǎn)品編號(hào)：C001616）。該模型攜帶人類(lèi)NLRP3全部基因序列及下游3’UTR區(qū)域。以下是該模型的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

• 人源NLRP3基因功能性表達(dá)

B6-hNLRP3小鼠體內(nèi)人源NLRP3基因顯著表達(dá)，而鼠源Nlrp3基因不再表達(dá)。人源NLRP3基因在各組織中的相對(duì)表達(dá)水平與內(nèi)源性基因的組織分布特征基本一致。

圖7. B6-hNLRP3小鼠與野生型（WT）各組織中人源NLRP3與鼠源Nlrp3基因表達(dá)檢測(cè)。

• 人源NLRP3蛋白成功表達(dá)

B6-hNLRP3小鼠成功表達(dá)人源NLRP3蛋白，其在肺組織中的表達(dá)水平高于胸腺組織，與RT-qPCR檢測(cè)結(jié)果中的mRNA表達(dá)譜相符。

 
圖8. 野生型（WT）小鼠與B6-hNLRP3小鼠胸腺和肺組織中人源NLRP3蛋白表達(dá)檢測(cè)*。

*野生型小鼠檢測(cè)條帶為抗體種屬交叉反應(yīng)所致，結(jié)合RT-qPCR結(jié)果證實(shí)B6-hNLRP3小鼠特異性表達(dá)人源蛋白。

• 模型總結(jié)

B6-hNLRP3小鼠（產(chǎn)品編號(hào)：C001616）實(shí)現(xiàn)了人源NLRP3基因和蛋白在小鼠體內(nèi)的穩(wěn)定表達(dá)，適用于炎癥、自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病及代謝性疾病等NLRP3炎癥小體相關(guān)疾病的研究，同時(shí)也是人源NLRP3靶向藥物研發(fā)和臨床前藥效評(píng)估的理想工具。此外，針對(duì)NLRP3炎癥小體通路的其他成員，包括IL-1B、IL-1R1、IL-1RAP、IL-18、IL-18BP、IL-18R1 (IL-18RA) 和IL-18RAP (IL-18RB)等靶點(diǎn)，賽業(yè)生物同步構(gòu)建了人源化模型，歡迎垂詢(xún)。

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