NLRP3炎性小体在炎症疾病中的研究进展

李　翔，刘红梅(综述)，林文源(审校)

(宜昌市第二人民医院 三峡大学第二人民医院检验科，湖北 宜昌 443000)

NLRP3炎性小体在炎症疾病中的研究进展

李翔※，刘红梅(综述)，林文源(审校)

(宜昌市第二人民医院 三峡大学第二人民医院检验科，湖北 宜昌 443000)

摘要：炎症是清除体内危险刺激的一种防御反应，炎性小体通过促炎细胞因子的裂解并使其成熟来调节炎症。NLRP3炎性小体能活化胱天蛋白酶(caspase)1，并引起白细胞介素(IL)1β、IL-18和IL-33等促炎细胞因子的分泌，参与机体抵抗病原体免疫应答。各种内源或外源的刺激可通过不同的信号通路激活NLRP3炎性小体来活化caspase-1。该文介绍了NLRP3炎性小体的结构、激活途径及其对非感染性炎症疾病的研究进展。

关键词：NLRP3炎性小体；炎症；白细胞介素1β

固有免疫是机体防御的第一道屏障，其通过模式识别受体识别病原相关分子模式，激活下游信号通路，进而引起炎症反应来抵抗病原体入侵。机体内的模式识别受体主要有4类，包括Toll样受体(toll-like receptor，TLR)、NOD样受体、C型凝集素受体和视黄酸诱导基因1受体[1]。NOD样受体在固有免疫和宿主生理学中发挥着至关重要的作用[2]。NLRP3(NACHT、LRR and PYD domains-containing protein 3)炎性小体是一种存在于细胞质中的蛋白复合物，依赖胱天蛋白酶(caspase)1的分子平台促进白细胞介素(interleukin，IL)1β和IL-18的成熟和释放，并引起炎症反应[3]。一旦体内对NLRP3炎性小体的调控失衡，可能生成过量的IL-1β和IL-18，而引发一系列炎症性疾病。现就NLRP3炎性小体在人类多种炎症疾病中的研究进展予以综述。

1NLRP3炎性小体

NLRP3炎性小体是目前研究最多的NLR家族成员，由NLRP3、接头蛋白ASC(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain)和前体caspase-1组成。ASC是NLRP3炎性小体的一种重要的接头蛋白，连接上游的NLRP3和下游的前体caspase-1。caspase-1是NLRP3炎性小体的效应蛋白，而前体caspase-1本身无催化活性，可通过自身催化激活，一旦被激活，能将无活性的促炎细胞因子IL-1β和IL-18的前体剪切加工为成熟的IL-1β和IL-18。NLRP3炎性小体主要表达于中性粒细胞、巨噬细胞、单核细胞和树突状细胞，其表达诱导炎症反应[4]。资料显示，激活NLRP3炎性小体需两个步骤：①启动信号，通过核因子κB途径使NLRP3 炎性小体和IL-1β的前体转录；②激活信号，微生物或者危险相关分子模式直接激活炎性小体[5]。

2NLRP3炎性小体的激活途径

NLRP3炎性小体能识别多种病原相关分子模式及内源性危险信号，但其是如何通过共同的下游通路激活NLRP3炎性小体的尚不清楚，激活的具体机制也存在着较大的争议，目前其模式假说主要有4种[6]：①胞内钾离子外流是激活NLRP3 下游的必要信号，胞外的腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)能结合细胞表面的P2X7受体，从而打开其控制的离子通道，同时细菌毒素引起膜孔的形成，触发胞内钾离子外流[7]；②活性氧类(reactive oxygen species，ROS)对炎性小体的激活至关重要[8]，Zhou等[9]研究提示，线粒体来源的ROS是激活NLRP3 炎性小体的关键信号，在细胞中加入ROS抑制剂乙酰半胱氨酸后，胞内的caspase-1活化水平显著降低，细胞因子IL-1β 的生成也明显减少；③结晶或微粒物质等激活剂导致细胞吞噬小体的不稳定和组织蛋白酶B的释放，从而激活NLRP3 炎性小体[10]；④微生物毒素或Ⅲ型和Ⅳ型分泌系统的转位元件通过介导微孔结构使NLRP3炎性小体活化[11]。

3NLRP3炎性小体与炎症疾病

NLRP3炎性小体能被多种内外因素所激活，炎症体在激活的同时影响许多代谢疾病。研究表明，NLRP3炎性小体与脂质、糖类代谢密切相关[12]。

3.1NLRP3与口腔疾病早前的研究发现，与健康人龈沟液相比，牙周病患者病变组织的龈沟液中IL-1β显著增高，提示NLRP3炎性小体可能通过IL-1β的释放在牙周病炎症反应中发挥重要作用[13]。Bostanci等[14]利用反转录聚合酶链反应检测发现，与对照组相比，牙周病患者NLRP3的表达水平显著增高，IL-1β和IL-18表达水平也显著增高，提示NLRP3 的表达与IL-1β和IL-18呈正相关，NLRP3信号分子参与了抵御牙周病原微生物的反应。牙龈卟啉单胞菌(porphyromonas gingivalis，Pg)被认为参与了牙周疾病和动脉粥样硬化的恶化。在牙周细胞，Pg通过激活NLRP3炎性体通路改变了IL-1β的表达，有研究在Pg感染和Pg-脂多糖刺激后，调查NLRP3炎性小体激活内皮细胞的情况，在这两种情况下，可用5×10-3mmoL ATP预处理内皮细胞，反转录聚合酶链反应证明NLRP3信使RNA水平升高；然而，免疫印迹分析显示，Pg感染使NLRP3蛋白水解和主要天然蛋白质减少，之后用ATP预处理或Pg-脂多糖刺激，没有观察到蛋白水解，NLRP3蛋白水平有所增加；用热灭活的Pg感染内皮细胞也未观察到NLRP3蛋白的蛋白水解作用；用Pg感染ATP预处理的细胞，放线菌酮抑制内皮细胞的蛋白质合成，但并未使NLRP3的蛋白降解；此外，用ATP预处理或Pg-脂多糖刺激后IL-1β的分泌显著升高，但不是Pg感染后；这些数据表明，Pg和Pg-脂多糖在内皮细胞激活NLRP3炎性小体有差异，并建议通过Pg开发出一种新的潜在机制，以减少IL-1β的分泌和逃避宿主的免疫应答[15]。

3.2NLRP3与肾脏疾病在巨噬细胞中需要两个刺激途径产生促炎细胞因子IL-1β，包括TLR/核因子κB通路和NLRPs/ASC/caspase-1通路。外源性和内源性不同的信号触发炎症反应明显，其中，对引发炎症的内源性刺激物的作用知之甚少。作为血红蛋白的组成部分之一，当溶血或广泛的细胞损伤导致炎症反应时游离血红素被释放。研究发现，血红素在巨噬细胞中通过激活NLRP3炎性小体诱导IL-1β的分泌；血红素还可通过P2X受体尤其是P2X7R和P2X4R激活NLRP3炎性小体；同时研究证明，血红素是活化NLRP3炎性小体潜在的危险活化剂，在肾脏炎症过程中对IL-1β的分泌起着的重要作用，并为先天免疫引发的机制提供了新的见解；进一步的研究将有利于开发新的分子靶点，并为治疗肾脏炎症分子提供诊断指标[16]。晶体是内源性的无机或有机成分，可触发肾损伤时沉积或肾内形成的微粒。几十年的研究都集中在溶质的过饱和度和晶体形成的分子机制，晶体引起的肾脏炎症肾病至今仍不清楚。NLRP3炎性小体被证明是引发炎症和急性肾损伤的草酸盐肾病，磷酸钙晶体、尿酸、半胱氨酸、腺嘌呤、某些药物或造影剂及在横纹肌溶解症和轻链发性骨髓瘤潜在的肌红蛋白，与潜在的先天免疫机制推动结晶肾病有关[17]。

3.3NLRP3与2型糖尿病NLRP3炎性小体在2型糖尿病中起到关键作用。Zheng等[18]研究推测，NLRP3基因的变异(NLRP3基因两个常见的变种是rs10754558和rs4612666)可能导致2型糖尿病易患性，通过对952例2型糖尿病患者和871例健康人采用聚合酶链反应检测，显示2型糖尿病患者rs10754558的GG基因型和G等位基因频率均显著高于对照组(GG型，19.6%比14.5%，P= 0.019;G等位基因，43.9%比39.8%，P= 0.013)；且rs10754558的GG基因型具有较高的低密度脂蛋白胆固醇水平与胰岛素抵抗，可用于评价胰岛素抵抗指数；NLRP3基因变种(rs10754558)参与胰岛素抵抗，增加了我国汉族人群2型糖尿病的风险。NLRP3炎性小体已经牵涉于胰岛素抵抗和β细胞功能衰竭诱导肥胖；内源性大麻素通过激活外周大麻素受体1(cannabinoids，CB1)导致胰岛素抵抗，同时促进β细胞衰竭。Jourdan等[19]研究表明，糖尿病大鼠β细胞衰竭与CB1受体信号转导无关，而是M1巨噬细胞浸润到胰腺的胰岛细胞，并认为这会导致激活巨噬细胞的NLRP3-ASC 小体， 这对体外孵化的野生型人类或啮齿动物的巨噬细胞的复制有影响，但不通过内源性大麻素激活CB1受体-缺陷型或NLRP3(-/-)小鼠中巨噬细胞；外周CB1受体封锁，体内的巨噬细胞耗竭或CB1受体巨噬细胞特异性剔除可逆转或阻止这些变化，使血糖恢复正常和葡萄糖诱导胰岛素的分泌。这些研究结果提示，内源性大麻素和炎性体激活使β细胞功能衰竭，认为识别巨噬细胞表达的CB1受体可作为2型糖尿病的治疗靶点。

3.4NLRP3与动脉粥样硬化NLRP3炎性小体在动脉粥样硬化中的作用仍存在争议。Zheng等[20]通过对8周龄载脂蛋白E缺陷的小鼠进行高脂肪喂养，4周后对NLRP3干预或注射模拟病毒悬液；4周后第1次注射慢病毒，通过病理组织学分析和反转录聚合酶链反应评估了NLRP3基因沉默对斑块成分的稳定性和胆固醇流出及胶原代谢的影响；结果显示，NLRP3基因沉默抑制斑块进展，同时抑制促炎细胞因子的产生；此外，这种RNA干扰减少巨噬细胞和脂质的斑块含量，并增加平滑肌细胞和胶原蛋白斑块的含量，从而导致动脉粥样硬化斑块的稳定。因此，NLRP3炎性小体可能在动脉粥样硬化中起着至关重要的作用，慢病毒介导的NLRP3基因沉默将是一个新的战略，以抑制斑块进展并减少局部炎症。此外，胆固醇晶体是动脉粥样硬化斑块中最早被确定的NLRP3炎性小体激活物。研究表明，细胞外的胆固醇结晶能够被单核细胞或巨噬细胞吞噬后，以胆固醇酯的形式储存，而胆固醇结晶导致的IL-1β升高完全依赖于NLRP3炎性小体的激活，但具体的机制尚不清楚[21]。随着技术的发展，胆固醇结晶在动脉粥样硬化中的作用仍需进一步研究。

3.5NLRP3与痛风痛风是一种常见的以血清尿酸升高和关节内结晶的单钠尿酸盐沉积反复发作为特点的自身炎症性疾病。越来越多的证据表明，单钠尿酸盐晶体诱发的炎症是TLRs固有免疫的一个范例，NLRP3炎性小体和IL-1受体途径参与痛风的发展[22]。固有免疫成分TLR-2、TLR-4、CD14、NLRP3、ASC、caspase-1及caspase募集结构域8对痛风性炎症的发展至关重要。最近的研究表明，固有免疫组分基因功能的突变对自身炎症性疾病(包括遗传性周期性发热综合征、关节炎以及炎症性肠病)的发展做出贡献[22]。临床遗传学研究需要进一步推进，以确认先天免疫中痛风在病因学中的作用。Meng等[23]研究探讨NLRP3基因17单核苷酸多态性的遗传变异与原发性痛风性关节炎的关系，对480例原发性痛风患者和480例对照者进行基因型与表型分析，发现rs7512998的基因频率与对照组患者相比显著不同(P<0.05)，而其余的单核苷酸多态性位点差异无统计学意义；NLRP3基因17单核苷酸多态性的单倍型表示个别的单核苷酸多态性与原发性痛风关节炎显著相关；CTATCAGCGCCCAGTGC是在病例和对照组中最常见的单倍型，频率分别为0.224和0.243，虽然没有显著的关系被确定，但这是首次研究调查NLRP3基因的单核苷酸多态性与原发性痛风性关节炎的风险之间的关联。今后还需进一步的临床研究和功能分析探索NLRP3基因多态性与原发性痛风性关节炎风险之间的潜在关联。

3.6NLRP3与阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)AD是一种慢性神经变性疾病，特征为进行性的神经元丧失和认知功能衰退。低聚β淀粉样蛋白通过影响突触的可塑性和长时程抑制参与AD的发病机制。中枢神经系统的小胶质细胞在AD的发展中有神经毒性，但是低聚β淀粉样蛋白是如何诱导小胶质细胞的神经毒性的机制尚不清楚。Parajuli等[24]研究表明，低聚β淀粉样蛋白促进了IL-1β前体分泌为成熟的IL-1β，同时提高了小胶质细胞的毒性作用。Tan等[25]研究表明，在 AD转基因小鼠模型中，NLRP3的抑制作用可能主要来自记忆力减退和减少低聚β淀粉样蛋白沉积，推测变异NLRP3基因也可能影响AD的易患性；在1133例晚发性AD患者和1159例健康对照者中选定3个功能的单核苷酸多态性NLRP3基因(rs2027432、rs10754558和rs35829419)进行基因分型，在调整了年龄、性别和载脂蛋白E基因ε4状态后，5′-侧翼rs2027432多态性似乎与晚发性AD最相关，而rs10754558的基因型频率仅在载脂蛋白E基因ε4携带者差异有统计学意义，提示，NLRP3基因遗传变异可能会导致我国北方汉族患晚发性AD的风险[26]。

4小结

随着研究的深入，研究者对NLRP3炎性小体有了较多的认识，不仅发现了很多不同的激活剂，还发现其与炎症性疾病的发生密切相关。但NLRP3炎性小体在体内对免疫反应的调控及其在炎症疾病中的作用机制均需进一步明确。炎性小体的发现为探讨炎性相关疾病的发病机制开辟了新的途径，深入对IL-1β和IL-18上游调控靶点的NLRP3炎性小体进行研究，可为相关炎性疾病的防治提供新的策略，为临床应用提供理论依据。

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Research Progress of NLRP3 Inflammasome in Inflammatory DiseasesLIXiang,LIUHong-mei,LINWen-yuan.(DepartmentofClinicalLaboratory,YichangSecondPeople′sHospital,theSecondRlospitalofThreeGorgeUniversity,Yichang443000,China)

Abstract:Inflammation is a protective response to remove dangerous stimuli from the body.The inflammasome regulates inflammation through the cleavage of proinflammatory cytokines into mature forms.NLRP3 inflammasome can activate caspase-1 that causes the secretion of pro-inflammatory cytokines such as interleukin (IL)-1β,IL-18 and IL-33 to participate the immune response to pathogens.All sorts of endogenous or exogenous stimuli can activate NLRP3 inflammasome to further activate caspase-1 through different signaling pathways.Here is to introduce the structure of NLRP3 inflammatory corpuscle,activation ways and recent studies of noninfectious inflammatory disease.

Key words:NLRP3 inflammatory； Inflammation； Interleukin-1β

收稿日期：2015-04-13修回日期：2015-06-30编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.24.012

中图分类号：R392.11

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)24-4451-04