炎症是生物机体在受到外界侵害或者环境压力下产生的自我保护反应，其目的是有助于修复受损的组织并防止机体的进一步损伤。但机体产生长期不可控的炎症会加重病情，并引发一系列并发症。自年Tschopp实验室首次提出炎症小体的概念后，针对NLRP3炎症小体的研究一直是一个热点领域。NLRP3炎症小体的过度激活与多种疾病相关，包括非酒精性脂肪肝炎（NASH）、痛风、低温卟啉相关周期性综合征（CAPS）、炎症性肠病和神经退行性疾病等。
NLRP3是一种炎症小体传感器蛋白，它的激活导致包括凋亡相关微粒蛋白（ASC）和caspase-1在内的低聚蛋白复合物的形成，这种低聚复合物就被称为“炎症小体（inflammasome）”。炎症小体的形成也可以被其他炎症小体传感器蛋白的激活所触发，如AIM2、NLRP1或NLRC4，各自的炎症小体传感器蛋白是炎症小体低聚体的一部分。炎性小体传感器蛋白的结构有所差异，但一般均含有caspase-1和一种NOD样受体家族蛋白或HIN家族蛋白（图1A）1。
NLRP3传感器蛋白包括三个结构域：N端的热蛋白结构域（PYD）、ATP催化功能的核苷酸结合寡聚化区域（NACHT）和C端的富含亮氨酸重复序列（LRR）。NLRP3在正常情况下表达较少，并且由LRR区维持在自抑制状态（图1b）2。
图1.（a）炎症小体4种主要类型的结构；（b）NLRP3结构组成宿主可通过识别病原体相关的分子模式（PAMPs）和危险相关的分子模式（DAMPs）诱导核因子κB（nuclearfactor-κB,NF-κB）活化，引发NLRP3、pro-caspase-1和pro-IL-1β的转录表达。细胞外三磷酸腺苷、过量的葡萄糖、神经酰胺、尿酸盐、胆固醇晶体、K+或Cl-的流出及Ca2+信号传导等看似无关的信号都会激活NLRP3。激活的NLRP3的热蛋白样结构域（PYD）与ASC的PYD结构域绑定结合，并与ASC螺旋组装形成ASC斑点。随后，ASC的Caspase募集结构域（CARD）和pro-caspase-1的CARD进行交互结合。Procaspase-1的寡聚体形式通过自身的蛋白水解切割产生caspase-1，随后催化裂解pro-IL-1β和pro-IL-18到它们的活性形式，从而引起炎症。而caspase-1还会将消皮素D（gasderminD，GSDMD）切割成N端消皮素（Nterminalgasdermin-D），从而产生膜孔，引起细胞焦亡（pyroptosis）。3
目前大多数抑制NLRP3炎症小体的尝试都集中在直接结合和抑制NLRP3的化合物上，下面对此类抑制剂进行简述。
图2.NLRP3炎症小体通路OLT
OLT是由Olatec公司开发，用于治疗骨关节炎、急性痛风和心力衰竭。目前OLT已经完成了临床二期研究。临床前数据表明它直接靶向NLRP3降低了ATP结合位点的催化活性，并阻断了NLRP3对ASC的招募，但是具体的结合机制文中并未明确。另外，在高剂量下并没有展现出很好的剂量依赖性4。这可能与它不能完全抑制NLRP3有关。
在治疗痛风的二期临床实验中，OLT被分成每天mg、mg、0mg和0mg，但超过mg作用效果就没有明显的提升，这可能与OLT在高浓度下不能完全抑制NLRP3有关。大于mg/day，三天后的疼痛缓解超过56%。在mg以上可以观察到IL-6的降低，但在0mg下才能观察到IL-1β的没有显著差异的降低，这与上述的临床前结果并不一致5。OLT具有较高的安全性，在0mg/day的最高血浆浓度可以达到.9μM。
图3.（a）OLT结构；（b）OLT降低对ASC的招募；（c）OLT降低ATP酶的活力；（d）降低IL-1β的水平；（e）病人服药后IL-1β与IL-6的表达变化MCC及衍生物
年，研究者从此二芳基磺酰脲类化合物中挑选并得到了MCC，可以高效选择性的抑制NLRP3，但结合模式并不清楚。另外MCC在细胞层面上抑制IL-1β的IC50可以达到7.5nM6。直到年研究表明，MCC与WalkerB中的cluster2通过非共价结合的方式阻止ATP水解成ADP，并且是与ATP结合的NLRP3中的walkerB形成稳定的复合物，从而关闭了NLRP3的“开放”构象7-8。MCC给药后降低了CAPS小鼠模型中的新生小鼠的死亡率，证实了化合物的有效性。但MCC由于造成肝*性而停止于临床1b期，因此MCC目前多作为NLRP3炎症小体研究中的工具分子。
图4.（a）MCC结构；（b）MCC降低细胞白介素1β的分泌且对TNF-α的分泌无影响；（c）MCC与Cluster2在0ns和ns时的分子动力学；（d）将cluster2中的两个关键氨基酸突变后，MCC不能与NLRP3稳定结合；（e）MCC给药后降低了CAPS小鼠模型中的新生小鼠的死亡率
MCC良好的活性吸引了公司的进一步开发。至今Inflazome公司（20年9月被罗氏收购）申请了20多项专利，都是围绕着MCC以及一个改造后较优的MCC。由于炎症疾病的适应症较广，Inflazome公司根据化合物在中枢、外周或者胃肠道不同的分布（通过亲水基团替换）来治疗不同的疾病。其中代表药物Inzomelid是一个CNS渗透的化合物，而相反somalix是一种外周限制的化合物，在CAPS已经完成了一期临床。但是这两个化合物的结构都没有公布结构9。图5.Inflazome公司的代表化合物诺华收购IFM公司也是为了开发NLRP3，其中所有的化合物也是由MCC衍生而来。最明显的是将MCC的磺酰脲替换成了N-乙酰磺酰胺片段。另外，将三环的部分替换成带多个异丙基和卤素的苯环以占据疏水口袋。当前IFM公司注册了两个一期临床试验，包括冠状动脉疾病、痛风、NAFLD和克罗恩病9。图6.IFM公司的代表化合物近期，药大尤启东和江程课题组通过对MCC的药效团筛选得到先导化合物G-，并进行了优化得到最优化合物6。在DSS（葡聚糖硫酸钠）诱导的小鼠结肠炎模型中，化合物6展现出了较好的活性，但文中也只是给出了化合物6作用于NACHT位点，详细机制并不清楚2。图7.化合物6改善了DSS诱导的小鼠结肠炎模型CY-09
年，中科大研究人员通过筛选发现囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）的抑制剂C可以抑制NLRP3的活性。为了特异性抑制NLRP3，挑选出C的结构类似物CY-09进行进一步研究。CY-09的化合物可以直接靶向NLRP3蛋白，特异性抑制NLRP3炎症小体组装和后续的IL-1β产生。研究表明CY-09可直接结合到NLRP3蛋白的ATP结合区域，从而抑制其ATP水解活性，继而抑制其多聚化和后续炎症小体复合物的组装。并且CY-09在动物水平上也展现了较好的活性10。
图8.C与CY-09的结构及CY-09的作用通路图共价抑制剂-INF39和INF58
与具有确切机制的非共价抑制剂MCC不同，INF39是一种与NLRP3中半胱氨酸结合的共价抑制剂。INF39共价结合ATP区域并且影响了水解ATP的功能，尽管IFN39的IC50值接近μM，但作者认为这种不可逆的共价结合具有作用时间长的优势11。具体的共价结合位点文中并未提及。但在一个相似的化合物INF58中，作者认为此化合物与NLRP3中的C共价结合，从而发挥了抑制作用12。
图9.INF39的结构及INF58的作用模式共价抑制剂-冬凌草甲素
年的研究表明NEK7（NIMA(neverinmitosisgenea)-relatedkinase7）可以与NLRP3直接相互结合并且参与NLRP3的激活，并且表明NLRP3中RYD区域的缺失不会影响NEK7对NLRP3的激活作用13。年首次揭示了NEK7与NLRP3的结合模式，其中NEK7的C端与NLRP3结合，另一半与HD2和NBD区相关14。这也是第一个NLRP3比较完整的晶体。年，中科大研究人员报道了天然产物冬凌草甲素可以与NLRP3中NACHT的C共价结合，从而打破与NEK7的结合，阻止NLRP3的活化15。
图10.(a)NLRP3与NEK7直接结合；(b)冬凌草甲素作用示意图
格列苯脲的改造
高通量筛选发现降糖药格列苯脲可以直接抑制NLRP3炎症小体。其中格列苯脲的环己基脲是与ATP敏感的K+离子通道结合以促进胰岛素分泌的基团，因此将此片段删除后得到JC-。JC-可以抑制心肌细胞中NLRP3炎症小体的形成，并限制小鼠心肌缺血再灌注后梗死面积。在JC-的磺胺上引入一个甲基得到的JC-更容易透过血脑屏障，从而可以减轻AD小鼠的Aβ病理16-17。图11.格列苯脲、JC-和JC-的结构
对JC-进行进一步的结构优化发现，除了磺酰胺基团的替换，所有的改造都是不耐受的。因此此类化合物的改造极其受限18，将JC-进行骨架跃迁，并在磺酰胺基团处引入丙炔基得到了苗头化合物HL-16。对HL-16化合物进一步优化并得到最优化合物YQ，YQ可以显著降低IL-1β的分泌，但口服生物利用度仅有10%19。有趣的是，该课题组将YQ中甲氧基的用11C标记用作NLRP3炎症小体的PET示踪剂20。
图12.（a）JC-的改造；（b）YQ-改造的PET示踪剂
小结与展望
NLRP3抑制剂展现出的潜力导致了几家生物技术和制药公司对NLRP3抑制剂研发的大量投资。尽管NLRP3炎性小体的研究相对较多，但NLRP3炎性小体激活的基础及其对疾病进展的贡献仍未完全了解。因此，本文对NLRP3炎症小体的抑制剂进行综述，以期望能开发新的和特定的抑制剂作为更有力的药理学工具，以此作为潜在的治疗手段。
参考文献1.朱琳，赵晓航,炎性小体研究进展.生命科学,26(7),-.2.Dai,Z.;Chen,X.Y.;An,L.Y.;etal.DevelopmentofnoveltetrahydroquinolineinhibitorsofNLRP3inflammasomeforpotentialtTreatmentofDSS-inducedmousecolitis.JMedChem,64(1),-.3.El-Sharkawy,L.Y.;Brough,D.;Freeman,S.,InhibitingtheNLRP3inflammasome.Molecules,25(23).4.CarloMarchettia,B.S.,FabiaGambonia,CharlesP.Neffa,etal.OLT,aβ-sulfonylnitrile