【前研&进展】中国农业大学动物医学院李鑫教授课题组发现IL-1β是塞内卡病毒3C蛋白酶的炎症感受器

中国农业大学动物医学院、兽医公共卫生安全全国重点实验室李鑫教授课题组在国际病原学权威期刊PLoS Pathogens在线发表了题为Species-specific IL-1β is an inflammatory sensor of Seneca Valley Virus 3C Protease的最新研究成果，揭示了猪Pro-IL-1β作为一种炎症感受器，通过一条独立于炎症小体的平行通路直接识别塞内卡病毒3C蛋白酶从而激活炎症。

IL-1β是一种关键的细胞炎性因子，对免疫反应和病理性炎症至关重要。当NOD样受体组装成大型复合物时，caspase-1作为内源性蛋白酶，切割Pro-IL-1β生成具有活性的成熟IL-1β (mature IL-1β)。先前的研究表明，IL-1β是A组链球菌 (GAS) 蛋白酶SpeB的先天性免疫感受器 (LaRock CN, Sci Immunol, 2016)。然而，IL-1β是否是病毒蛋白酶的炎症感受器尚未报道。

研究人员首次报道塞内卡病毒 (SVV) 3C蛋白酶作为一种非常规的IL-1β转化酶 (ICE)，能够特异性识别并切割猪Pro-IL-1β，而不能切割人Pro-IL-1β。进一步的探究发现SVV 3C是通过其蛋白酶活性识别“LQ”基序直接切割猪Pro-IL-1β。通过AlphaFold Multimer预测发现猪Pro-domain的90-115aa作为“Exosite”介导与SVV 3C相互作用，109DDFVCD114基序插入到SVV 3C的正电口袋（H48, R150, K157, H178）中，使得底物基序 (124LQ125) 接近酶活位点。而人Pro-IL-1β的90-115aa在多个相互作用模型中均远离SVV 3C。随后，通过构建截短体和突变体等试验证明猪109DDFVCD114基序是SVV 3C识别和切割的关键“Exosite”。(图1)

图1 SVV 3C切割需要一个独特的“Exosite”

为了进一步确定SVV 3C切割产生的cleaved IL-1β (cIL-1β) 是否具有生物活性，作者建立了一个体外系统，分离得到cIL-1β。成熟的IL-1β被分泌到细胞外与IL-1R1受体结合，激活免疫细胞产生炎症细胞因子。通过体外Pull-down试验发现，cIL-1β能够结合IL-1R1受体。随后，cIL-1β处理PAMs细胞后， IL-1β，IL-6和TNF-α炎症因子的mRNA水平显著上调，与mature IL-1β一致。同时cIL-1β显著抑制了SVV的增殖，表明SVV 3C蛋白酶切割产生的cIL-1β具有生物活性并能抑制病毒增殖。(图2)

图2 SVV 3C切割Pro-IL-1β产生活性细胞因子

总之，本研究发现猪Pro-IL-1β是一种炎症感受器，通过一条独立于宿主炎症小体的平行途径直接识别SVV 3C蛋白酶（图3）。尽管猪和人类Pro-IL-1β的序列具有高度同源性，但猪Pro-IL-1β独特的Pro-domain，导致其能被SVV 3C识别。本研究中阐明的猪IL-1β成熟的独特机制为IL-1β的加工和激活提供了宝贵的见解，推进了我们对先天性免疫的理解。

图3 sPro-IL-1β是SVV 3C蛋白酶炎症感受器

李鑫教授为该论文通讯作者，博士研究生黄翔宇、赵振超为本文共同第一作者。本研究获得了国家自然科学基金面上项目（32373020）和国家重点研发计划项目（2022YFD1800300）等课题支持。