NLRP3炎性小体在炎症性肠病中的研究进展

冯静静 综述 左秀丽 审校

山东大学齐鲁医院消化科（250012）

炎症性肠病（inflammatory bowel disease,IBD）是由免疫反应失调所致的以持续肠道炎症为特征的一类疾病，其病情迁延、难以治愈，且发病率逐年上升。IBD的发病机制尚未完全阐明，可能与免疫、感染、遗传、环境等因素有关。NLRP3炎性小体具有广泛免疫调节和抗微生物作用，与自身免疫病和感染性疾病的关系正受到广泛关注。近年研究发现NLRP3炎性小体亦参与IBD的发病，由此提示针对NLRP3的靶向治疗可能是有前景的防治IBD的方法之一。本文就NLRP3炎性小体在IBD中的研究进展作一综述。

一、NLRP3炎性小体的组成和生理作用

1.NLRP3炎性小体的组成：目前发现NLRP3炎性小体由NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和 caspase-1组成。NLRP3又称cryopyrin、PYPAF1或Nalp3，由寒冷诱导自身炎症综合征（CIAS）-1基因编码，是NLR家族成员之一，由N端PYD结构域、C端亮氨酸重复序列和中间的NACHT结构域三部分组成。ASC亦称TMS1，由Pycard基因编码，是一种连接蛋白，其结构包括N端PYD结构域和C端CARD（caspase recruitment domain）。NLRP3的激活可致其PYD结构域与ASC的PYD结构域连接，致ASC的CARD与caspase-1的CARD结合，由此完成NLRP3炎性小体的装配。

2.NLRP3的表达部位和活化机制：NLRP3在中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞、树突细胞、成骨细胞、上皮细胞（口咽部、食管、外宫颈、尿道）、皮肤角质形成细胞等均有表达。微生物和内、外源性刺激物均可激活NLRP3炎性小体，前者包括病毒（流感病毒、腺病毒、仙台病毒）、细菌（金黄色葡萄球菌）、真菌（白色酵母菌、白色念珠菌）、微生物成分如胞壁酰二肽（MDP）、肿瘤坏死因子（TNF）-α、脂多糖（LPS）、细菌RNA、病毒双链DNA等[1 ～ 3]；内源性刺激物包括尿酸、尿酸单钠（MSU）结晶、双水焦磷酸钙（CPPD）结晶、β淀粉状蛋白、三磷酸腺苷（ATP）、透明质酸、细胞坏死产物等[4,5]；外源性刺激物包括二氧化硅、石棉、疫苗佐剂等[6]。

NLRP3的活化机制尚未完全阐明，目前认为可能与细胞内钾离子外流、氧自由基生成、溶酶体破坏、组织蛋白酶B释放、P2X7受体活化、Pannexin-1半通道等有关[7,8]。

3.NLRP3炎性小体的作用：NLRP3炎性小体的活化可致无活性的caspase-1前体转化为活性caspase-1，后者可裂解白细胞介素（IL）-1β、IL-18、IL-33 前体以形成活性形式并分泌。NLRP3已证实与人类多种自身免疫病相关，如家族性冷自身炎症综合征（familial cold autoinflammatory syndrome,FCAS）、穆-韦综合征（Muckle-Wells syndrome，MWS）和新生儿期多系统炎症综合征（neonatal onset multisystem inflammatory disease,NOMID），上述疾病统称为隐热蛋白-相关周期综合征（cryopyrin-associated periodic syndrome,CAPS）。 研究[9]发现CAPS是由NLRP3基因突变致其过度活化并继发IL-1β过度分泌所致，但IL-1β拮抗剂及其中和抗体在治疗CAPS中的有效性和安全性尚需进一步研究证实。此外，NLRP3与淋病奈瑟菌感染、家族性地中海热、化脓性关节炎、坏疽性脓皮病、痛风、石棉沉滞症、荨麻疹、幼年特发性关节炎等疾病相关。IL-1β拮抗剂anakinra抑制由NLRP3突变所致的IL-1β过度分泌可有效治疗关节炎[10]。可见NLRP3炎性小体与多种感染性和免疫性疾病相关，且在疾病治疗的研究中已初见成效。随着NLRP3炎性小体研究领域的逐渐扩大，近年有研究着眼于NLRP3在IBD中的作用，以从新的视角研究IBD的发病机制和治疗方法，为NLRP3炎性小体的研究带来了新的热点。

二、NLRP3与克罗恩病（CD）

1.NLRP3基因多态性与CD的关系：2001年，McGovern等[11]发现了CD的第一个易感基因NOD2/CARD15，因NLRP3和NOD2蛋白同属NLR家族成员，由此提示NLRP3亦可能与CD相关。2008年，Kastbom等[12]发现CARD8和NLRP3（CIAS1）联合突变可增加患者对类风湿性关节炎的易感性。Schoultz等[13]在此基础上对498例CD患者和742例健康对照者的 CARD8（C10X）和 NLRP3（Q705K）基因多态性位点进行了联合分析，结果发现男性CARD8 C10X等位基因和NLRP3 Q705K等位基因联合携带者的CD易感性明显增加（OR=3.40，95%CI:1.32 ～ 8.76；P=0.011）。Roberts等[14]对 1009例 CD患者和 517例健康对照者的 CARD8（rs2043211）、NLRP3（rs35829419）和 CARD15（NOD2）基因多态性位点行联合分析，结果证实CARD8罕见等位基因和NLRP3常见等位基因联合携带者的CD易感性下降，且CARD15基因突变可减弱上述效应。Villani等[15]通过对239例CD患者和107例健康对照者的研究发现，NLRP3基因下游4.7 kb处存在与CD易感性相关的一组单核苷酸多态性（SNPs），易感基因携带者的NLRP3表达下调，且易感基因纯合子携带者的NLRP3表达率最低。Cummings等[16]通过对547例CD患者和465例健康对照者的分析发现4种NLRP3 SNPs与CD相关，其中rs4925648和rs10925019与CD的相关性最强，但其结果在 WTCCC（wellcome trust case control consortium）研究中未得到证实。上述研究结果提示NLRP3基因多态性可能影响CD易感性，但NLRP3基因是否存在其他CD相关性多态性位点及其与CD的具体关系，仍需进一步研究证实。

2.NLRP3影响CD易感性的可能机制和对CD治疗的启发：NLRP3致CAPS的机制已得到证实，且对其靶向治疗的研究亦初见成效[9]，但其在CD发病机制中的研究刚起步。Villani等[15]通过对CD患者和三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的小鼠结肠炎模型的研究发现，两者结肠黏膜NLRP3表达均较正常对照组明显升高，但CD易感基因携带者的NLRP3表达却下降，此现象可能与易感人群NLRP3低表达损伤固有免疫，致肠道清除病原体的能力下降，由此诱发CD而致NLRP3表达反应性上调有关，并使caspase-1和IL-1β表达增加，可在一定程度上解释CD发病前后NLRP3表达水平不一致的现象。Roberts等[14]亦认为NLRP3炎性小体活化致IL-1β过度分泌可增加CD易感性。考虑到NLRP3炎性小体在识别和抵抗白色念珠菌入侵中起关键性作用，且半数健康人群的消化道可见白色念珠菌定植，Rehaume等[17]通过对白色念珠菌致病机制和NLRP3炎性小体作用机制进行研究后提出，NLRP3炎性小体缺陷可致肠道白色念珠菌等一系列致肠道肉芽肿形成的微生物过度繁殖，由此诱发与CD相关的肠道免疫损伤，从而提示CD与白色念珠菌等真菌感染亦有关。可见NLRP3在CD发病机制中的作用是多方面的，一方面其低表达可增加CD易感性从而诱发CD，另一方面其过度活化又可致CD持续进展。此效应与真菌感染、IL-1β过度分泌等均相关，但尚需进一步研究证实，一旦明确揭示其具体机制，将为CD的治疗提供新的方向。

三、NLRP3与溃疡性结肠炎（UC）

1.NLRP3表达水平与 UC的关系：Zaki等[18]通过对NLRP3 炎性小体不同成分（NLRP3、ASC、caspase-1）基因缺陷小鼠的研究发现，上述小鼠对口服3%葡聚糖硫酸钠（DSS）和TNBS灌肠所诱导的结肠炎的易感性均明显增加，表现为肠上皮完整性破坏、小鼠死亡率增加等，提示NLRP3炎性小体在保持肠道内环境稳态、缓解结肠炎中起重要作用。Hirota等[19]亦研究发现，NLRP3基因缺陷小鼠对口服2.5%DSS和TNBS灌肠所诱导的结肠炎的易感性均明显增加。但Bauer等[20]却发现NLRP3基因缺陷小鼠对口服2%DSS所诱导的结肠炎的易感性明显降低。提示NLRP3炎性小体在结肠炎发病中起重要作用，其有望成为IBD治疗的新靶点；但NLRP3炎性小体表达水平改变对结肠炎的影响仍存在争议，NLRP3基因缺陷会增加小鼠对口服2.5%或3%DSS和TNBS灌肠所诱导的结肠炎的易感性，但对2%DSS所诱导的结肠炎则起相反作用，因此尚需进一步研究证实其中的关系，以尽快将此类研究应用于临床。

2.不同部位NLRP3表达的作用：研究[19]发现NLRP3基因缺陷小鼠的巨噬细胞对细菌MDP无应答，但中性粒细胞表现为趋化能力降低和自发凋亡增加。Zaki等[18]发现在缓解由DSS所诱导的结肠炎时，结肠上皮细胞表达的NLRP3远较造血细胞表达的NLRP3重要。但Allen等[21]发现在抑制由结肠炎所致的结肠癌时，造血细胞表达的NLRP3远较肠上皮细胞重要。可见不同部位表达的NLRP3在各疾病中所起的作用亦不同，研究时需综合考虑，区别对待。

3.NLRP3研究对UC发病机制和治疗的启发：Zaki等[18]发现NLRP3炎性小体可通过增加IL-18分泌，以抑制由DSS所诱导的结肠炎的发生。Bauer等[20]则发现DSS可致溶酶体破坏，可通过向胞质释放其内容物以激活NLRP3炎性小体，致caspase-1活化和IL-1β释放，其中活性氧簇（ROS）亦参与此过程。此外，研究[19,20]尚发现NLRP3炎性小体对TNF-α、干扰素（IFN）-γ、IL-10、转化生长因子（TGF）-β、干扰素诱导蛋白10、髓过氧化物酶、β-防御素和肠道菌群均有影响。Allen等[21]发现NLRP3基因缺陷小鼠并发结肠癌的风险明显增加，由此提示NLRP3炎性小体的研究亦可用于结肠癌的预防。由此可见NLRP3参与结肠炎的机制复杂，与caspase-1、IL-1β、IL-18等均相关，且 caspase-1拮抗剂pralnacasan对DSS诱导的结肠炎有明显治疗作用[20]，但其具体作用机制及其如何指导临床实践尚需进一步研究。

四、NLRP3炎性小体在IBD研究中的展望

近年，NLRP3炎性小体在IBD发生、发展中的机制研究突飞猛进，但其具体作用机制和靶向治疗研究多集中于动物模型和免疫细胞，对临床患者的研究刚起步，未来有望将研究重点转向IBD患者，以分析结肠上皮表达的NLRP3炎性小体与肠道菌群、肠道致炎因子和外界微生物的关系，并可考虑将其应用于IBD的诊断和治疗，上述机制研究可有助于发现更有效的IBD治疗方法。

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