急性呼吸道感染是儿童感染性疾病中最常见的疾病，呼吸道病毒是引起该病最为常见的病原体，易引起严重的呼吸系统疾病或合并其他系统损害，甚至导致死亡。固有免疫系统作为机体抵御呼吸道病毒等病原体感染的第一道屏障，是通过各类免疫细胞及上皮细胞的模式识别受体来识别病毒的结构成分和内源性危险信号，在此过程中组装并激活的炎症小体参与了病毒识别、诱导炎症反应和抵抗病毒等免疫反应。现对炎症小体的构成和功能以及炎症小体在常见呼吸道病毒感染过程中激活及负调控机制进行论述。
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急性呼吸道感染是儿童感染性疾病中最常见的疾病，易引起严重的呼吸系统疾病或合并其他系统损害，甚至导致死亡。引起该病的病原体很多，其中呼吸道病毒最为常见，在<5岁的患儿中占46.9%[1]。甲型流感病毒(IAV)、呼吸道合胞病毒(RSV)及人腺病毒(HAdV)等常见呼吸道病毒入侵后机体能识别、传导"危险"信号进而激活固有免疫系统，并在短时间内对病毒进行清除，而炎症小体作为固有免疫系统的重要组成部分，在识别病毒、诱导炎症反应以及抗病毒感染过程中发挥了重要作用，炎症小体识别呼吸道病毒后得到激活，诱导炎性因子的成熟和释放及细胞焦亡等免疫反应以抵抗病毒感染。本文主要介绍炎症小体的构成及功能，并论述常见呼吸道病毒感染过程中炎症小体激活及负调控机制，进而更好地了解机体对呼吸道病毒感染的免疫防御机制。
固有免疫系统是长期种系发育进化过程中逐渐形成的一系列非特异性防御机制，是机体抵御病原微生物入侵的第一道屏障。其之所以能够发挥强大的防御功能，是因为其能迅速识别入侵病原并及时有效地触发免疫反应对其进行清除。固有免疫系统通过模式识别受体(PRRs)来识别病原体相关分子模式(PAMPs)或损伤相关分子模式(DAMPs)。PAMPs属于外源性危险信号，是病原体保守的共有成分，包括胞壁、胞核成分及分解产物等；而DAMPs属于内源性危险信号，是应激状态和/或病理条件下机体受损组织和细胞释放的内源性物质[2]。参与固有免疫应答的PRRs主要分布于单核巨噬细胞、树突状细胞、上皮细胞等免疫效应细胞，根据PRRs的亚细胞定位可将其分为两类：一是胞膜和溶酶体等胞内区室膜表达的信号受体，即膜结合PRRs，包括Toll样受体(TLRs)和c型凝集素受体(CLRs)；二是分布在胞质溶胶中的信号受体，即胞质内PRRs，包括核苷酸结合寡聚结构域(NOD)样受体(NLRs)、黑色素瘤缺乏因子2(AIM2)样受体(ALRs)和维甲酸诱导基因蛋白(RIG) Ⅰ样受体(RLRs)[3]。
炎症小体是胞质内的一类大分子多蛋白复合体，其主要作用是识别PAMPs或DAMPs后招募、活化半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)，释放促炎细胞因子白细胞介素1β(IL-1β)和IL-18，进而募集更多的免疫效应细胞迅速针对入侵的病原体和被感染的宿主细胞进行清除[3]。此外，炎症小体还介导一种依赖于caspase活化并伴随着炎症反应的细胞程序性死亡方式，即细胞焦亡[3,4]。
炎症小体可分为两类：一类是经典炎症小体，另一类是非经典炎症小体。两类炎症小体均能招募、活化caspase家族蛋白酶，但是经典炎症小体活化caspase-1，而非经典炎症小体活化的是caspase-11[3]。两类炎症小体不仅结构构成不同，发挥的作用也有所差异。
经典炎症小体是由受体蛋白即胞质内PRRs和效应蛋白caspase-1构成，部分经典炎症小体还需要接头蛋白凋亡相关斑点样蛋白(ASC)的参与[3]。如核苷酸结合寡聚结构域受体3(NLRP3)及AIM2炎症小体组装就需要ASC参与。主要是由于这些炎症小体的受体蛋白没有caspase招募结构域(CARD)，只含有热蛋白结构域(PYD)，这些炎症小体需要通过其自身PYD结构域招募ASC并与ASC上的PYD结构域结合，再由ASC上的CARD结构域招募、结合caspase-1，从而完成炎症小体的组装、活化[4]。
经典炎症小体的组装及活化过程表现为受体蛋白胞质内PRRs识别PAMPs或DAMPs后空间结构发生变化，自身发生寡聚化，随之受体蛋白直接招募或通过ASC招募caspase-1前体(pro-caspase-1)，pro-caspase-1随之发生同源活化，自我剪切产生有活性的caspase-1，在胞内完成炎症小体的组装及活化。caspase-1剪切IL-1β前体(pro-IL-1β)和pro-IL-18，产生并释放具有生物活性的IL-1β和IL-18，诱导免疫反应[3,4]。除此之外，经典炎症小体还可以诱导细胞焦亡，具体机制是caspase-1通过裂解焦孔素D(GSDMD)形成焦化孔[5]，随之发生急速的炎性形式的细胞死亡，即细胞焦亡[5]。
与经典炎症小体不同，非经典炎症小体不需要受体蛋白参与，caspase-11本身就是非经典炎症小体通路的直接受体[6]。人体依靠与鼠源caspase-11有类似功能的caspase-4和caspase-5介导非经典炎症小体信号通路[6]。已有研究发现细菌和病毒等病原体可被caspase-4/11识别并与之结合，直接激活非经典炎症小体信号通路[7,8]。但是非经典炎症小体活化caspase-4/5/11主要是发挥诱导细胞焦亡的作用，其机制与经典炎症小体相同[5,6]。而不同于经典炎症小体的是，非经典炎症小体活化的caspase-4/5/11不能直接剪切pro-IL-1β和pro-IL-18生成IL-1β和IL-18引起炎症反应。不过，钾离子也可以经焦化孔释放到细胞外，而钾外流是经典NLRP3炎症小体激活通路的上游信号，即非经典炎症小体可以通过形成焦化孔介导钾外流引起经典NLRP3炎症小体活化，进而间接诱导IL-1β和IL-18的生成、释放[9]。
呼吸道病毒入侵后NLRP3和AIM2等经典炎症小体信号通路的激活已被大量研究证实，不过，这两类炎症小体激活机制存在一定差异。
NLRP3炎症小体识别病毒并完成组装、活化需要2个启动信号：信号1是翻译信号，膜结合PRRs中的TLRs识别病毒PAMPs或DAMPs，通过触发转录因子核因子κB(NF-κB)信号通路，诱导大量IL-1β mRNA和IL-18 mRNA转录、翻译生成pro-IL-1β和pro-IL-18[10]；信号2是激活信号，病毒的PAMPs或DAMPs激活NLRP3受体蛋白，随之NLRP3炎症小体完成组装、活化，caspase-1剪切pro-IL-1β和pro-IL-18生成IL-1β和IL-18。其中信号2的激活可能是通过以下3种模型：(1)钾外流模型：钾外流是NLRP3炎症小体激活通路的常见上游信号[11]。IAV、RSV和HAdV感染过程中均可引起钾外流而激活NLRP3炎症小体[12,13,14] 。具体机制是损伤细胞释放大量三磷酸腺苷(ATP)，胞外ATP直接激活细胞膜表面的P2X7受体，诱导离子通道激活、钾离子外流进而激活NLRP3受体蛋白[15]。除此之外，病毒蛋白也可以通过改变膜通透性、形成离子通道来诱导钾外流以激活NLRP3炎症小体[12,13]。(2)活性氧模型：胞质活性氧(ROS)也是NLRP3炎症小体激活的常见上游信号，线粒体损伤后大量ROS随之释放，刺激硫氧还蛋白互作蛋白解离，并与NLRP3受体蛋白结合使之激活[16]。IAV、RSV和HAdV等呼吸道病毒均可通过损伤线粒体、释放ROS进而活化NLRP3炎症小体[17,18,19]。(3)溶酶体破裂模型：病毒颗粒被细胞吞噬后与溶酶体融合，引起溶酶体膜的破坏，使得溶酶体内的组织蛋白酶B(Cat B)释放进而激活NLRP3受体蛋白[14,17]。目前病毒激活炎症小体的具体机制尚不完全清楚，上述机制是单独起作用还是联合发挥激活炎症小体的作用还不得而知。
不同于NLRP3炎症小体，AIM2受体蛋白作为一种DNA感受器，其自身就是启动成分，AIM2受体蛋白通过自身的HIN-200结构域直接结合胞内dsDNA并得到激活[20]。如HAdV这类dsDNA病毒被吞噬后，在内吞小泡中降解病毒衣壳、释放dsDNA进入胞质，可直接激活AIM2受体蛋白，随之招募ASC、活化caspase-1，完成炎症小体组装[21]。除此之外，也有研究发现IAV这类ssRNA病毒可以激活AIM2炎症小体[22]。
除了炎症小体的受体蛋白能识别病毒并激活炎症小体，病毒还可以被其他受体识别并介导相应的信号通路激活炎症小体发挥免疫效应。HAdV等dsDNA病毒在胞质中可被环磷酸鸟苷-腺苷合成酶(cGAS)等DNA受体识别，并通过干扰素基因刺激因子(STING)信号通路激活NLRP3炎症小体[23,24]。具体机制是cGAS作为核苷酸转移酶家族成员可以直接结合胞质中的病毒dsDNA，并催化ATP和三磷酸鸟苷(GTP)合成环磷酸鸟苷-腺苷(cGAMP)，cGAMP与内质网上的膜蛋白STING结合并使之发生构象改变，活化的STING通过未知机制导致钾外流，进而激活经典NLRP3炎症小体通路[23,24]。IAV、RSV等ssRNA病毒感染后，胞质内PRRs中的RIG-Ⅰ也可以识别病毒RNA并通过线粒体外膜上的线粒体抗病毒信号蛋白(MAVS)信号通路触发Ⅰ型干扰素(IFN)释放，释放到胞外的IFN与胞膜上的干扰素受体结合形成正反馈，刺激NLRP3受体蛋白表达上调、激活炎症小体[25,26]。
在病毒入侵宿主细胞后炎症小体通过活化caspase-1促进IL-1β和IL-18等促炎因子的释放、诱导炎症反应，或促进GSDMD-N形成焦化孔、诱导细胞焦亡。一方面，炎症反应可以有效清除病毒及损伤细胞，细胞焦亡可以造成病毒感染的细胞死亡，这是机体的免疫防御机制、有利于保护机体；另一方面，持续的病毒感染引起的过量ATP会导致巨噬细胞死亡并释放出更多的ATP和其他危险信号，IL-1β和IL-18也可以伴随细胞焦亡的发生，经焦化孔或随着胞膜破裂释放而大量释放，进一步扩大炎症反应[5,12]。所以机体需要及时负调控炎症小体来抑制其过度活化。除了炎症小体，人类体内也存在其他含有PYD结构域和/或含有CARD结构域的蛋白，它们能通过其PYD结构域或通过CARD结构域结合ASC进而竞争性抑制caspase活化，而且部分蛋白还可以通过抑制NF-κB的活化来抑制pro-IL-1β、pro-IL-18的产生[27]。除此之外，机体还能存在一些参与免疫调控的蛋白家族，如热休克蛋白70(HSP70)可以通过直接影响NLRP3受体蛋白的构象改变来负调控NLRP3炎症小体的组装、活化[28]。
此外，虽然多项研究已经证实了病毒感染过程中炎症小体得到激活，但病毒在体内整体有效复制提示病毒可能存在一定的抑制炎症小体作用以削弱炎症小体对病毒的清除。例如，HAdV在感染后期能产生大量一类特定的小的非编码RNA，即病毒相关RNA Ⅰ(VA RNA Ⅰ)和VA RNA Ⅱ[29]。已有研究证实HAdV感染巨噬细胞后VA RNA Ⅰ能通过阻断ASC寡聚来抑制NLRP3炎症小体活化[30]。因为AIM2炎症小体的活化也需要ASC参与，所以还推断出VA RNA Ⅰ可能对AIM2炎症小体也有抑制作用[30]。IAV的非结构蛋白NS1也被证明可以通过抑制ASC的斑点形成及泛素化来抑制NLRP3炎症小体激活及其介导的IL-1β的产生[31]。除此之外，高致病性H7N9流感病毒定位于线粒体上的非结构蛋白PB1-F2还可以选择性抑制病毒RNA经MAVS信号通路诱导的NLRP3炎症小体激活[32]。
炎症小体在呼吸道病毒感染过程中发挥着重要作用，参与了促炎细胞因子的释放和细胞焦亡等免疫反应从而利于病毒和损伤细胞的清除。炎症小体在发挥保护机体作用的同时，也会因其过度活化造成免疫病理损伤。但机体也可对炎症小体进行负调控，以防止其过度活化。此外，呼吸道病毒也进化出各种机制抑制炎症小体的激活以逃逸机体免疫反应、促进自身复制和扩散。因此，进一步研究炎症小体在呼吸道病毒感染过程中的作用机制，防止炎症小体过度激活导致的机体免疫病理损伤，可为呼吸道病毒感染性疾病的治疗提供新的思路。
所有作者均声明不存在利益冲突
