天然免疫作为机体第一道防御系统，可被许多刺激物激活，包括病原相关分子模式（pathogen C associatedmolecular pattern，PAMPs）和损伤相关分子模式（damage Cassociated molecular patterns，DAMPs）。
常见PAMPs包括脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、鞭毛蛋白以及一些微生物的核酸分子等；常见DAMPs包括尿酸结晶、细胞外 ATP及热休克蛋白等。模式识别受体（pattern recognitionreceptor，PRR）通过识别PAMPs 和DAMPs，激活下游信号通路，引起炎性反应及免疫应答。
目前已发现有3 类PRRs：（1）Toll 样受体（Toll Clike receptors，TIRs）：主要定位于细胞膜的跨膜分子，其胞外区识别配体分子，胞内区传递信号，激活下游核转录因子（nuclear factor，NF） CκB等信号通路；（2）视黄酸诱导基因1（retinoic acid Cinduced gene1，RIG C1）样受体（RIG CI Clike receptors，RLRs）：为胞内的螺旋酶，主要参与病毒的识别并激活I 型干扰素，抵抗病毒感染；
（3）NOD 样受体（NOD Clike receptors，NLRs）：是新近发现的一类受体，为细胞内感应分子，由3大亚家族构成：① NODs 亚家族，包括NOD1 C 2、NOD3/NLRC3、NOD4/NLRC5、NOD5/NLRX1、CⅡTA；② NLRPs（也叫NALPs）亚家族，为最大的一个亚家族，共有14 个成员，分别命名为NLRP1～14；③ IPAF 亚家族，包括IPAF（NLRC4）与NAIP。
一些NOD受体被激活后形成一组由多蛋白组成的分子平台，即“炎性小体（inflammasome）”，此分子平台激活胱天蛋白酶1（cysteinyl aspartate C specific protease 1，caspase），进而调节白细胞介素lβ（IL Clβ）和IL C18 等促炎性反应因子的成熟与分泌，参与机体天然免疫应答。
线粒体作 为细胞生命活动的场所，参与许多代谢循环和信号通路，如通过氧化磷酸化提供细胞内大多数ATP、参与某些合成代谢（如胆固醇与血红素的合成）及分解代谢 （如脂肪酸的β氧化途径）、调节内环境钙离子浓度、产生细胞大部分活性氧（reactive oxygen species，ROS）等。
同时，线粒体参与调控细胞的生长、死亡，如线粒体膜通透性转换孔开放诱导细胞发生非程序性死亡，包括细胞凋亡和坏死。最近研究发现线粒体可通过调节NLRP3炎性小体活化参与天然免疫应答。本文综述线粒体在NLRP3炎性小体活化中的作用。
一、NLRP3炎性小体
NLRP3 炎性小体由NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis Cassociated speck Clike protein containing a caspaserecruitment domain，ASC）和Caspase C1所组成。NLRP3炎性小体能被PAMPs 和DAMPs 激活。见表1。
NLRP3 被激活后，招募ASC 和Caspase C1，促使自身寡聚体化，使Pro Ccaspase C1实现空间距离的接近，进而通过自身切割形成成熟的Caspase C1。成熟的 Caspase C1通过剪切IL C1β与IL C18的前体形式，使其成熟并分泌到细胞外，参与机体炎性反应和天然免疫应答。
有学者提出3 种激活NLRP3 炎性小体的模型。第一，离子通道模型。胞外ATP激活细胞表面配体门控离子通道7 的嘌呤受体（purinergic recepter p2x，ligand Cgated ionchannel 7，P2X7）后，打开其介导的离子通道，使钾离子外流，钙离子内流，并使细胞膜上缝隙连接蛋白1（Pannexin C1）小孔开放，刺激物通过小孔进入 细胞内激活NLRP3 炎性小体。
第二，溶酶体破坏模型。晶体类物质被细胞吞噬后，破坏溶酶体，使溶酶体中组织蛋白酶B（Cathepsin CB）释放到胞浆中，通过某种方式激活NLRP3 炎性小体。
第三，ROS 模型。目前发现的所有NLRP3 激活剂都能够诱导细胞产生ROS，ROS可作为共同信号激活NLRP3炎性小体，并且ROS 的抑制剂或清除剂能够抑制NLRP3 炎性小体的激活。
二、线粒体与天然免疫
线粒体作为独特的细胞器有两个特征：一是线粒体的双层膜状结构；二是线粒体内含有基因组。线粒体DNA（mtDNA）含16 569个碱基，呈双链环状结构，由37个基因构成，其中13 个基因编码呼吸链的亚基。
线粒体除了提供细胞生命活动所需的能量，还参与调控细胞的功能，包括内环境钙离子浓度的稳定、凋亡、细胞信号转导及衰老等。线粒体参与机体天然免疫的调控是近年来的重大发现。
2005 年Seth 等首次报道机体因病毒感染产生天然免疫应答时，通过RIG C1 识别病毒，调节NF CκB 和干扰素调节因子3（interferon regulation factor 3，IRF C3）的活性及1型干扰素的分泌，调节过程需线粒体抗病毒蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS）的参与，提示线粒体通过MAVS参与机体天然免疫应答。
MAVS定位在线粒体外膜，是线粒体中发现的第一个与先天免疫相关的蛋白质，从而将线粒体和先天免疫联系在一起。应用MAVS 基因敲除小鼠研究发现，MAVS 是RIG C1 信号通路中的唯一接头蛋白；敲除后1型干扰素和炎性因子的产生消失，提示抗病毒的天然免疫过程与线粒体密切相关。
最近有文献报道线粒体通过激活NLRP3炎性小体参与机体的天然免疫应答。Gonzalez CDosal等[9]研究发现机体对DNA病毒的天然免疫应答受线粒体ROS的负性调节。这些证据表明线粒体在机体天然免疫应答中发挥重要作用。
三、线粒体在NLRP3炎性小体活化中的作用
（一）线粒体与NLRP3炎性小体的活化
1. 线粒体通过释放ROS 激活NLRP3 炎性小体：线粒体发生功能障碍时，ROS产生超过机体的清除能力，过量的ROS 激活相关信号转导通路，引起细胞损伤。
我们的前期研究发现线粒体功能障碍是肾小球足细胞和肾小管上皮细胞损伤的早期事件，阻断线粒体ROS 可减轻细胞损伤，提示线粒体功能障碍在细胞损伤过的始发阶段发挥重要作用。研究表明ROS 可通过激活NLRP3 炎性小体促进细胞的损伤，提示线粒体来源的ROS 可激活NLRP3炎性小体。
Zhou等应用线粒体呼吸链酶复合体Ι（NADH：辅酶Q氧化还原酶）抑制剂鱼藤酮处理人单核细胞THP1诱导线粒体功能障碍，发现细胞经处理后线粒体膜电位下降，线粒体ROS 产生增多，IL C1β表达上调，且IL C1β表达量与ROS 呈正相关。
在通过短发荚RNA（short hairpin RNA，shRNA）沉默NLRP3 或Caspase C1 的THP1 细胞以及NLRP3基因敲除（NLRP3-/-）小鼠的骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）中，线粒体呼吸链抑制剂鱼藤酮或抗霉素诱导的IL C1β和 Caspase C1 产生消失，而在对照组NLRC4 基因敲除小鼠的BMDMs中，呼吸链抑制剂诱导IL C1β和Caspase C1的表达量与野生型细胞一致。
这些研究结果表明线粒体功能障碍时，线粒体产生的ROS 可激活NLRP3 炎性小体，IL C1β的产生则依赖于活化的NLRP3炎性小体。
Nakahira等在LPS或ATP刺激的野生型巨噬细胞中也得出相似的结果，即使用鱼藤酮后，Caspase C1 和IL C1β的分泌增多；使用线粒体抗氧化剂Mito CTEMPO 清除线粒体ROS，发现随着Mito CTEMPO 使用剂量的增加，IL C1β与IL C18 的分泌水平减少。
在静息的THP1细胞中，NLRP3定位于内质网，ASC则散布于胞质中。受尿酸盐晶体、明矾或尼日利亚菌素刺激后，NLRP3和ASC重新分布于线粒体 内质网接合界面，而在NLRP3-/-小鼠的BMDMs 中并无该现象发生，表明线粒体产生的ROS 激活NLRP3 炎性小体，导致NLRP3、ASC重新分布。
凋亡相关蛋白Bcl C2通过抑制线粒体膜上的电位依赖性阴离子通道（VDAC）而抑制线粒体膜通透性转换孔开放，降低线粒体ROS产生，减轻细胞凋亡。
在过表达Bcl C2 的THP1 细胞中，使用尿酸钠结晶、明矾、尼日利亚菌素刺激后，ROS 生成显著减少，Caspase C1 和IL C1β的表达明显降低，进一步证实了线粒体来源的ROS 可激活NLRP3炎性小体。
2. 线粒体DNA 激活NLRP3 炎性小体：mtDNA 是线粒体内的遗传物质，线粒体功能障碍时mtDNA 从线粒体释放到胞浆中，成为DAMP。
Nakahira 等应用LPS 或ATP刺激BMDMs后，发现mtDNA释放到细胞质中。应用溴脱氧腺苷（bromodeoxyuridine，BrdU）标记mtDNA，将其与 Flag标记的NLRP3 基因共转染293 细胞，再应用抗Flag（anti CFlag）抗体进行免疫共沉淀（immunoprecipitated，IP），结果显示IP 产物中含有NLRP3 及BrdU 标志的mtDNA，提示mtDNA 与NLRP3 相结合；随后通过荧光发现NLRP3 与BrdU 标记的mtDNA 在细胞内共定位。
为进一步研究mtDNA 对NLRP3 炎性小体活化的影响，Nakahira 等在BMDMs 细胞中过表达mtDNA，发现过表达的mtDNA 可诱导NLRP3 炎性小体活化，促进IL C1β的表达，且这种作用呈剂量依赖性，表明线粒体功能障碍时，释放到胞浆的mtDNA直接结合并活化NLRP3炎性小体。
3. 线粒体抗病毒蛋白MAVS 在NLRP3 炎性小体活化过程中的作用：既往研究认为ASC 作为NLRP3 炎性复合体形成的连接蛋白，可促进炎性小体活化。
最近，Subramanian 等发现线粒体抗病毒蛋白MAVS 作为连接蛋白亦可促进NLRP3 定位于线粒体并诱导其活化。在THP1 和小鼠巨噬细胞中，敲低MAVS 显著抑制小鼠仙台病毒（Sendai virus）诱导的NLRP3炎性小体活化。MAVS通过识别NLRP3 的N 末端序列，促进ASC 与NLRP3 的结合，从而激活炎性小体的组装。该研究结果提示NLRP3可以通过MAVS 作用于线粒体，从而进一步完成活化过程。
（二）线粒体自噬抑制NLRP3炎性小体的激活
1. 线粒体自噬：由于线粒体在生物氧化和能量转换过程中会产生ROS，过量的ROS可引起线粒体损伤，而线粒体DNA 比核DNA 更容易发生突变，因此线粒体是一种易损伤的细胞器，及时清除细胞内受损的线粒体对维持细胞正常的生理状态具有重要作用。
研究发现，细胞主要通过选择性自噬（selective autophagy）进行线粒体更新。过程称为线粒体自噬（mitophagy），主要是指在ROS、营养缺乏、细胞衰老等刺激下，细胞内线粒体发生去极 化损伤，损伤的线粒体被特异性包裹进自噬体，并与溶酶体融合，完成损伤线粒体的降解，以维持细胞内环境的稳定。
2. 线粒体自噬与天然免疫：自噬与天然免疫系统的病理联系已被证实，微生物入侵时，PRRs的Nod1与Nod2招募自噬蛋白ATG16L1到微生物入侵的质膜上。线粒体自噬过程中，线粒体内膜非特异性通透性孔道（MPTP）开放的程度是决定细胞命运的一个重要因素。
当外界刺激较弱时，有限的MPTP 开放只能破坏小部分线粒体，从而激活线粒体自噬，此时自噬作为细胞的一种自我保护机制，促使机体有足够正常状态的免疫细胞及线粒体参与机体天然免疫应答。
我们课题组通过体外研究发现，早期自噬激活可减轻醛固酮诱导的肾小球足细胞损伤，提示早期自噬对细胞具有保护作用。随着外界刺激的增强，当线粒体自噬不足 以清除损伤线粒体时，机体没有足够正常状态的免疫细胞及线粒体参与机体天然免疫应答，导致细胞发生凋亡，机体出现免疫功能紊乱。
最后，当细胞内所有线粒体MPTP发生强烈改变时，细胞内ATP急剧下降，细胞产能系统遭到完全破坏，不能提供自噬或者凋亡所需能量，这时细胞发生坏死，导致机体天然免疫力下降。
3. 线粒体自噬抑制NLRP3 炎性小体的活化：有研究报道在自噬基因ATG16L1或ATG7敲除的巨噬细胞中，IL C1β表达量增多，而IL C1β的成熟与释放依赖于NLRP3炎性小体活化，表明自噬可能调节炎性小体的活性。
Zhou等通过以下两个实验来阐明线粒体自噬对NLRP3炎性小体的影响。首先，在体外培养的巨噬细胞中加用线粒体自噬抑制剂3 C甲基腺嘌呤，发现受损线 粒体增多，线粒体释放ROS增多，IL C1β表达量与ROS产生量正相关（与前文抑制呼吸链的结果一致），并且能被抗氧化剂阻断。
但考虑到外用药物对靶点的非特异性作用，该学者应用shRNA靶向性敲低与自噬形成密切相关的Beclin1和ATG5，进一步观察自噬对NLRP3 炎性小体活化的影响。
结果发现，与外用药物相比，下调Beclin 1和ATG5的表达后，细胞内NLRP3炎性小体活化效率显著升高，应用尿酸盐结晶或尼日利亚菌素刺激后，成熟IL C1β的表达量增多。
以上结果提示线粒体自噬可通过吞噬受损线粒体和清除线粒体产生的ROS，抑制NLRP3炎性小体活化。Nakahira等通过体外和体内两个实验来进一步证实线粒体自噬对NLRP3 炎性小体的影响。
体外实验中，该学者发现在自噬相关基因微管相关蛋白1 轻链3B（lightchain 3B，LC3B）基因敲除小鼠的BMDMs 应用鱼藤酮处理，或Becli1基因敲除小鼠的BMDMs应用LPS和ATP处理后，IL C1β和IL C18 的表达及ROS 产生均较野生型显著增加，并出现线粒体肿胀和降解。
相反，将小鼠巨噬细胞长时间培养于溴化乙锭中，耗竭mtDNA或BMDMs应用线粒体抗氧化剂Mito CTEMPO 预处理后再进行上述刺激，结果发现IL C1β和IL C18等促炎性因子和ROS产生受到抑制。
体内实验中，该学者使用两种脓毒症小鼠模型，发现LC3B基因敲除小鼠血清IL C1β与IL C18表达量显著高于野生型小鼠，揭示线粒体自噬可阻断NLRP3炎性小体的活化。
综上所述，线粒体ROS 和mtDNA 可激活NLRP3 炎性小体，而线粒体自噬又可抑制NLRP3炎性小体，表明线粒体可通过自身变化调节NLRP3炎性小体的活化。
四、NLRP3炎性小体与肾脏疾病
研究报道NLRP3 炎性小体在肾脏疾病中发挥重要作用。在各种肾脏病动物模型如单侧输尿管梗阻（unilateralureteral obstruction，UUO）、抗肾小球基底膜肾炎、缺血再灌注等模型中，NLRP3炎性小体活性显著增强。
对人类肾脏疾病的研究也发现，在多种原发性和继发性肾脏疾病，IgA 肾病、微小病变肾病、膜性肾病、继发性局灶节段性肾小球硬化、狼疮性肾炎、高血压肾病、新月体肾炎与急性肾小管坏死等，NLRP3表达水平显著上调，且与 患者血肌酐水平呈正相关，但正常肾脏组织中NLRP3 表达水平很低，提示NLRP3 炎性小体在人类急慢性肾脏疾病中也发挥显著作用。
五、结语
目前关于线粒体与炎性小体的关系有许多问题亟待解决。如mtDNA是通过结合炎性小体的部分结构直接激活炎性小体，还是通过结合细胞内受体间接激活炎性小 体；线粒体代谢过程中产生的其他物质对炎性小体的影响及炎性小体激活后对线粒体的影响尚未明确；线粒体是否促进炎性小体整个组装过程。
随着线粒体与炎性小体关系的深入研究，有望将线粒体或炎性小体作为疾病治疗的靶点，通过阻断其对细胞的损伤，达到治疗疾病的目的。
