炎症小体及其与肾脏疾病的关系

陈凌 甘华

肾脏炎症反应是对感染性或非感染性激活物产生的免疫应答。NLRs（NOD样受体家族）及其形成的多蛋白水解复合物—炎症小体[1]（inflammasome），作为固有免疫系统感受器，能够识别各种危险信号，通过诱导细胞活化、细胞因子及炎症介质释放，引起炎症反应。由于能被多种类型的病原体或危险信号所激活，炎症小体在多种疾病过程中都发挥了关键作用。本研究就炎症小体的结构、活化信号、激活通路及对肾脏疾病作用的近期研究作一综述。

1 NLR家族及炎症小体

在人类中已发现23种NLR家族蛋白分子，在小鼠中有35种分子[2]。NLR家族成员特征性结构为：中间部分是NACHT结构域，又称NOD结构域，主要在激活过程中介导自身寡聚化。C端是亮氨酸富集结构域(LRR)，介导自身调控和识别PAMP（病原相关分子模式）。其N端是效应结构域，主要介导蛋白之间的相互作用。已知主要存在4种N端结构域:CARD结构域（caspase recruitment domain）、PYD结构域（pyrin domain）、BIR 结构域(baculovirus inhibitory)和转录激活结构域[3-4]。根据不同的N端结构域，又可以将NLR家族分为CIITA、NOD、NLRP及IPAF/NAIP等4个亚家族。CIITA亚家族(class II transaetivator)N端为CARD和转录激活结构域，对于调节MHCII类分子的表达具有关键作用。NOD亚家族，N端为CARD结构域，能够识别细菌肽聚糖的不同亚单位，并激活下游NF-κB信号通路[5]。NLRP(nucleotide-binding oligomerization domain，leucine-rich repeat and pyrin， domain containing)亚家族有NLRP1～NLRP14等14个成员，N端为PYD结构域，NLRP分子激活后募集PYD-CARD配体蛋白、ASC(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD)及caspase-1形成炎症小体[6]。

炎症小体是一种活化caspase-1的分子平台。在微生物感染或细胞内危险信号存在时，caspase-1可通过与炎性小体结合而激活，从而裂解pro-IL-1β和pro-IL-18等炎症因子前体使其成熟并释放到胞外[7-8]。已经报道通过形成炎症小体发挥功能的分子主要有4个，包括IPAF、AIM-2、NLRP1和NLRP3，后者也是目前研究最多的一种炎症小体。

2 NLRP3炎症小体

2.1 NLRP3炎症小体的活化信号

预激活的NLRP3炎症小体包括NALP3、SGT1 (suppressor of the G2 allele of skp1) 和HSP90[9](heat shock protein 90kD，热休克蛋白90)。SGT1-HSP90复合体共同维持NALP3炎症小体处于无活性但能被激活的状态[10]。炎症小体激活时，SGT1和HSP90被释放，NALP3 招募ASC 和caspase-1，实现自身寡聚化，使pro-caspase-1实现空间距离的接近， 进而通过自身切割形成成熟的caspase-1[9-11]。Caspase-1的活化促使无活性的IL-1β前体被加工为成熟的有活性的形式并分泌到细胞外[12]。IL-1β进一步激活IL-1受体复合体，导致炎症级联反应所涉及的多种细胞因子如IL-8、TNF-α和IL-17[9]等的活化。

NLRP3炎症小体能感受胞质内多种微生物产物和代谢性应激，很多PAMPs 和DAMPs 都能激活NLRP3炎症小体[13-16]（表1）。

表1 NLRP3炎症小体的活化信号

2.2 NLRP3炎症小体的激活模式

到目前为止，对于NLRP3 炎症小体的激活共提出3种模式。

第一种模式：晶体类物质被细胞吞噬后，溶酶体被破坏并释放组织蛋白酶B，通过某些直接或间接的方式激活NLRP3炎症小体。例如，NLRP3激活发生在溶酶体蛋白酶激活之后。同时，在填充腺病毒或硅晶体的溶酶体的研究中，抑制成熟溶酶体或溶酶体蛋白酶可以有效阻断炎症小体的激活[17-20]。除了晶体，其他类型的NLRP3 炎症小体的激活剂是否能够破坏溶酶体还不清楚。

第二种模式：ATP-P2X7R激活后，其介导的离子通道打开，使钾离子外流，钙离子内流，并使细胞膜上pannexin-1小孔开放，进而微生物分子进入胞质，被NLRP3识别，激活炎症小体[14,21-23]。此外，所有能介导该微孔结构的微生物毒(如尼日利亚菌素、气单胞菌溶素、刺尾鱼毒素等)、酶类均可由此激活NLRP3炎症小体[16]。

第三种模式：目前发现的所有NLRP3激活剂都能够诱导产生ROS，ROS可作为共同信号激活NLRP3炎症小体，并且ROS抑制剂或清除剂都能抑制NLRP3炎症小体激活。周等人[24]证明NLRP3炎症小体激活的最终共同通路是通过氧化应激和硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）。正常状态下，TXNIP连接抗氧化还原酶和硫氧还蛋白，氧化应激后，TXNIP由硫氧还蛋白释放并激活NLRP3。

除了这些模式，其他信号分子和细胞活动也是NLRP3炎症小体激活必不可少的。比如，在暴露于病原体后，CARD9，磷酸肌醇3 激酶和脾酪氨酸激酶等诱导表达pro-IL-1β并激活caspase-1[20，24]。

3 肾脏NLR基因的表达

炎症小体相关基因在肾脏细胞及肾脏疾病中的表达仍不清楚。Lech等[25]对人类及小鼠固体器官中NLR基因的表达进行测定发现，除NLRP2和NLRP10外，大部分炎症小体相关分子mRNA在肾脏中的表达低于脾脏。相反，除外NAIP和NLRP3，大部分NLR基因在小鼠肾脏中的表达高于脾脏。然而，肾脏组织中何种细胞表达炎症小体仍不明了，仅有数个实验证实小管上皮细胞及树突状细胞能够激活NLRP3-ASC-caspase-1轴，分泌成熟IL-1β和IL-18[26]。

4 炎症小体在肾脏疾病中的作用

Akosua等[27]分析43例非糖尿病肾病患者肾活检组织中NLRP3mRNA的表达，包括IgA肾病、微小病变肾病、膜性肾病、FAGS、狼疮性肾炎、高血压肾病、新月体肾炎及急性肾小管坏死，发现正常组织肾脏组织中NLRP3少量表达，在肾脏疾病中NLRP3表达显著上调，且表达量与患者血肌酐水平呈正相关，提示炎症小体在急慢性肾脏疾病中作用显著。

4.1 炎症小体与小管间质性肾损伤

NLRP3炎症小体在小管间质性肾损伤中的重要作用受到广泛关注。大量人类及动物小管间质性肾损伤模型（包括缺血再灌注损伤模型、铂类所致啃齿类动物肾小管损伤模型及UUO模型）中NLRP3-ASC-caspase-1-IL-1β-IL-18轴的相关分子水平显著升高。在肾脏缺血-再灌注( I /R) 模型中，Iyer等[28]发现与野生型小鼠相比，NALP3-/-和ASC-/-小鼠肾组织中性粒细胞侵润和肾功能损伤明显减轻，小鼠死亡率显著降低。在铂类所致急性肾损伤模型中，caspase-1(-/-)小鼠能够显著减少肾组织中性粒细胞浸润，明显减轻肾功能损伤及肾小管坏死[29]。在单侧输尿管梗阻（UUO）模型中，Akosua等[27]通过观察在UUO后3d、7d、14d 3个时间段，野生型小鼠、NLRP3+/-小鼠和NLRP3-/-小鼠肾组织炎症、肾小管损伤和肾间质纤维化等指标的变化，发现野生型小鼠和NLRP3+/-小鼠NLRP3 mRNA表达、IL-18显著上调且表达量随时间增加，并伴有严重肾小管坏死，肾组织炎症细胞浸润、细胞凋亡，肾间质纤维化，及肾脏HMGB1、caspase-1、IL-1β水平显著上升。与之相反，NALP3-/-小鼠能够明显延缓UUO后肾小管损伤，肾组织炎症反应和肾间质纤维化，并显著减轻其严重水平。说明NALP3炎性体在非免疫介导的小管间质性肾损伤进展中具有重要的作用。这些发现更加有力的证实了炎症小体在急性小管间质性肾损伤中的作用。

4.2 炎症小体与肾小球疾病

NLRP3炎症小体及caspase-1在缺血后及梗阻后小管间质炎症反应中作用显著，但在肾小球炎症中的作用还有待研究。Lich等[30]发现，在大鼠抗基底膜肾炎模型中，肾组织中pro-IL-1β、caspase-1、NLRP3 mRNA水平上调，并且导致显著局灶节段性肾小球坏死、新月体形成及肾小管萎缩。但NLRP3-/-、ASC-/-、caspase-1-/-大鼠与野生型相比，肾脏组织病理、肾功能损伤等指标的差异无统计学意义，说明GBM抗血清所致新月体肾小球肾炎与NLRP3炎症小体及ASC相关的caspase-1活化过程无关。体外培养的肾小球组织经LPS/ATP刺激后，并不能导致caspase-1活化及成熟IL-1β分泌，而进一步用LPS/ATP分别刺激足细胞、基质细胞、肾小球内皮细胞及树突状细胞，发现仅后者能够活化caspase-1并分泌成熟IL-1β，说明肾组织中的免疫细胞，如CD11c+树突状细胞可以激活炎症小体，但由于肾小球固有细胞不能诱导pro-IL-1β，使该作用在肾小球内不能发挥。分别检测NLRP3-ASC-caspase-1轴相关基因在微小病变肾病、IgA肾病、膜性肾病、急进型肾小球肾炎、狼疮性肾炎患者的肾小球及小管间质中的表达，发现与MCD患者及健康对照相比，进展性肾小球肾炎患者仅在小管间质组织中存在炎症小体相关基因表达显著上调，表明由于能够引起小管间质炎症反应，进展性肾小球疾病存在炎症小体激活。

5 展望

炎症小体作为胞内模式识别受体，在激发和调节长期免疫及炎症反应中起着重要的调控作用。不断更新的数据表明，NLRP3-ASC-caspase-1轴参与了肾脏急、慢性炎症反应及组织重塑。然而，NALP3 炎性体的激活途径及其与肾脏疾病关系的研究目前尚未深入，进一步研究其激活机制和调控机制，将为治疗相关炎性疾病提供新的思路与治疗手段。

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