Immunity：DNA损伤修复酶调节炎症小体激活机制

Ataxia-telangiectasia mutated (ATM)激酶是一类关键的DNA双链损伤修复机制的组成元件。在人体中，ATM的缺失会导致毛细血管扩张（ataxia telangiectasia，AT），这一疾病容易恶化导致出现神经退化、癌症病发、早衰、放射敏感以及代谢与免疫紊乱等症状。AT患者临床上会出现炎症反应。最近研究表明ATM的缺失引起的DNA的损伤能够导致DNA向胞浆中泄露，这一效应会激活胞内的DNA天然免疫感受元件，这也许是AT患者表现出炎症反应的内在机制。

事实上，AT患者大多因为严重的细菌感染造成的呼吸不畅而死亡。此前的研究表明这些细菌感染主要是由于患者后天免疫反应的缺陷造成的，即ATM的缺陷导致TCR以及免疫球蛋白的基因重排发生问题。然而，另外一些临床诊断结果表明患者体内的抗体产生水平并没有明显的缺陷。因此，ATM的缺陷是否造成了AT患者的天然免疫系统的缺陷仍然没有确切的答案。

针对病原微生物的天然免疫识别过程依赖于模式识别受体，例如TLR以及NLR等。这些免疫细胞的激活能够产生大量的促炎性细胞因子，从而有效地抵抗外界微生物的感染，并能够传递这一信号以启动后天免疫反应。炎症小体是一类胞内的多蛋白复合体，它能够识别微生物或内源的信号分子产生激活效应，激活后的炎症小体能够促进IL-1b以及IL-18的激活。不同的炎症小体能够被不同类型的配体分子激活，例如，NLRC4能够被细菌鞭毛蛋白激活，而NLRP3能够被包括细菌穿孔素、尿酸晶体自己ATP在内的多种刺激物激活。

 炎症小体的激活通常分为两步，第一步需要IL-1b前体蛋白以及关键元件的生成；之后，在外界刺激的作用下，炎症小体得到完全的激活。虽然这一模型适用于NLRP3炎症小体的激活，但NLRC4是否同样适用这一模型仍不得而知。一般情况下，模式识别受体在激活之后能够聚集并与下游的接合蛋白ASC形成复合体。之后，这一复合体能够招募pro-caspase-1并将其切割形成caspase-1。Caspase-1成熟四聚体则进一步将pro-IL-1b以及pro-IL-18切割成熟。炎症小体的激活障碍会导致机体更容易受到细菌的感染。

为了研究ATM的缺陷是否影响了天然免疫细胞中炎症小体的正常激活，来自瑞典Umea大学的Nelson O. Gekara课题组进行了深入研究，相关结果发表在最近一期的《Immunity》杂志上。
首先，作者利用ATM缺失突变体小鼠进行了研究，并建立了肺炎链球菌的急性肺水肿感染模型。通过比较野生型小鼠与突变体小鼠在感染过程中的差异。作者发现突变体小鼠受到肺炎链球菌感染后的发病症状更为严重。而这一差异与后天免疫系统并没有关系。

进一步，作者发现突变体小鼠在感染后局部组织中IL-1b的表达水平明显低于对照组，而TNF-a的表达水平则没有明显差异。这一现象使得研究者们认为突变体小鼠的天然免疫系统中炎症小体的活性应该产生了缺陷。为了验证这一猜想，作者构建了ATM与ASC双突变的小鼠。通过体内感染试验，作者发现ATM单突变小鼠与双突变小鼠不论在病情还是IL-1b的表达水平上都没有明显差异，也就是说ASC的缺失并不能进一步降低ATM缺失导致的IL-1b的表达量的下降。这说明ATM的缺失应该完全抑制了炎症小体的活性。同样的，作者通过体外刺激实验证明AT患者的样本以及ATM缺失突变体小鼠的天然免疫细胞中的炎症小体活性也受到了明显影响。

为了探索ATM如何调节炎症小体活性的内在机制。作者利用荧光成像以及生化的方式检测了野生型小鼠与突变体小鼠细胞中炎症小体在受到刺激后的聚合情况。结果显示：野生型小鼠细胞中的炎症小体在受到刺激后能够明显发生聚集，而突变体小鼠则丧失了这一活性。

ATM的缺失伴随着胞内活性氧（ROS）水平的上升。作者猜想这可能与炎症小体功能的丧失有关。通过人为给予突变体小鼠BMDM活性氧的刺激，作者发现这部分细胞能够恢复炎症小体的活性。具体地，该刺激能够明显恢复ASC与caspase-1的结合能力。

综上，作者证明了ATM通过调节胞内活性氧的水平促进炎症小体的激活。

原始出处

Saskia F. Erttmann, Anetta H?rtlova, Marta Sloniecka, Faizal A.M. Raffi, Ava Hosseinzadeh, Tomas Edgren, Reza Rofougaran, Ulrike Resch, Maria F?llman, Torben Ek, Nelson O. Gekara.Loss of the DNA Damage Repair Kinase ATM Impairs Inflammasome-Dependent Anti-Bacterial Innate Immunity.Immunity.2016