NLRP3炎症小体的研究现状

韩浩贤综述，王虹艳审校，董 昕

（1.天津医科大学护理学院，天津300071；2.大连医科大学附属第二医院心内科，辽宁大连116027）

NLRP3炎症小体的研究现状

韩浩贤1综述，王虹艳2审校，董 昕1

（1.天津医科大学护理学院，天津300071；2.大连医科大学附属第二医院心内科，辽宁大连116027）

炎症； 环层小体； NLRP3； 炎症因子； 联合刺激； 综述

Ross等[1]研究把高胆固醇血症、高血压、感染、自身免疫等各种危险因素视为致炎因素，通过炎性介质的分泌及炎性细胞的活化，促使动脉粥样硬化（AS）病变形成。2001年，Hansson等[2]对免疫在AS形成过程中的重要作用作了评述，他认为在AS病变中，抗原抗体反应引起血管壁破坏贯穿始终。机体主要是通过模式识别受体（PRRs）来识别病原相关分子模式（PAMP），然后才能做出防御性反应。哺乳动物的PRRs主要有两类：膜结合受体（如TLRs）及细胞内模式识别受体[如NOD样受体（NLRs）]。近年来的研究表明，NOD2与TLR4有着相似的功能：一方面激活共同的核因子-κB（NF-κB）经典信号通路；另一方面也启动特异性信号。单核/巨噬细胞、淋巴细胞和肥大细胞等大量免疫细胞可产生多种炎症细胞因子如IL-1β、TNF、IL-18、单核细胞趋化因子-1（MCP-1）等，进而加强免疫反应，推动AS进程。本文介绍了NLRP3炎症小体（inflammasome）的研究现状及国内外的研究进展，提出了炎症因子联合刺激细胞对炎性体影响的探讨。

1 NLRP3炎症小体的研究现状

1.1 NLRP3炎症小体与炎性体的关系 至今所发现的炎性体主要分4种：NLRP1炎性体、NLRP3炎性体、AIM2炎性体及IPAF炎性体。而不同炎性体的形成取决于不同的刺激体（称为炎性体配体）。炎性体是一个多组分的蛋白复合物。NLRP3炎症小体是炎性体的一种，也是NALPs蛋白家族中的一个典型代表，主要表达于嗜中性粒细胞、巨噬细胞。NLRP3主要分布于胞间质及胞膜中，可参与多种宿主免疫和炎性反应，其激活半胱氨酸蛋白酶-1（caspase-1）是通过感受外界信号刺激后完成的。NLRP3是细胞内的一类多蛋白复合物。NLRP3（也称为CIAS1、cryopyrin或NALP3）不仅是细胞溶质蛋白复合物中的一部分（细胞溶质复合物也可称为inflammasome），也是一种很重要的宿主介质，负责某类病原菌诱导坏死性细胞的死亡，其活化需要局部区域性复发结构域结合被应激细胞激活或释放后的因子，并依次打开蛋白质结构，暴露嘧啶核苷（PYD），结合凋亡相关点样蛋白（ASC），通过PYD-PYD之间的相互作用，再由ASCcaspase募集（CARD）结构域招募无活性的酶原形式（pro-caspase-1β），最后炎症小体生成，并对caspase-1进行自身激活，活化后的caspase-1将对pro-IL-1β等底物进行切割，以促进IL-1β和 IL-18的成熟及分泌[3-4]。NLRP3担负着将caspase-1加工成为激活型的重任，从而引发成熟IL-1β的生成[5]。

1.2 NLRP3与腺苷三磷酸（ATP）的关系 ATP是生命活动能量的直接来源。研究表明，NLRP3炎症复合体激活的重要机制是胞外ATP刺激P2X7嘌呤受体后引起胞内钾离子水平的突然降低，ATP刺激P2X7受体活化后不仅可以诱导钾选择性通道的快速开放，而且活化的P2X7受体还可招募pannexin-1，最后由pannexin-1介导形成渐次开放的更大的膜通透孔[6]。

1.3 NF-κB

1.3.1 NF-κB的结构和功能 NF-κB在天然免疫、获得性免疫应答、细胞凋亡、应激反应、细胞增殖及分化的基因表达中起主要调节作用，是一种广泛表达的二聚体转录因子，存在于机体各组织细胞。在静息细胞的胞质中存在着紧密结合的NF-κB二聚体与其抑制蛋白IκB。IκB的降解主要是被TNF-α、LPS等外源性信号诱导后引起IκB酶（Iκκ）的磷酸化后产生。随之分离后的NF-κB、IκB迅速与NF-κB靶基因的启动子在细胞核内结合[7-9]。NF-κB的过度激活将会导致促炎细胞因子、生长因子、趋化因子、转录因子、免疫受体、黏附分子、氧化应激等相关基因的高表达，且会进一步导致机体内环境的紊乱而致病。

1.3.2 胞壁酰二肽（MDP）、NOD2、NF-κB的关系 NLRs是非常重要的一类模式识别受体，也是冠心病的炎性反应机制中研究的热点。NOD2是最具代表性的NODs蛋白家族成员，能识别胞壁酰二肽（MDP），研究显示其主要存在于单核细胞，T、B淋巴细胞，巨噬细胞及上皮细胞。Carvalho等[10]研究结果证明，NF-κB对上游因子NOD2具有正调控作用，使其基因表达增加，二者可形成正反馈环路。有研究表明，在肠上皮细胞中NOD2需要定位于细胞膜这种膜靶向定位实现对MDP的识别功能，对于MDP激活NF-κB的过程须由NOD2 C端的一个含色氨酸的模体和2个亮氨酸残基所介导[11-12]。Ohnishi等[13]指出，膜结合的NOD2可激活NF-κB途径。

1.4 caspase-1与细胞炎性反应的关系 caspase-1相对分子质量为4.5×104，主要参与细胞因子介导的炎性反应。用ATP或过量内素毒素刺激单核细胞，可以通过活化caspase-1增加IL-1β的分泌，并可同时刺激促进细胞凋亡。在细胞质内，caspase-1主要通过pro-caspase-1形式存在。细胞招募pro-caspase-1，然后形成相对局部高浓度的pro-caspase-1，主要是由于受到各种胞内危险信号或胞外病原体的刺激，然后再形成局部相对高浓度的procaspase-1，酶原水解，产生2个亚基 p20及 p10，形成p20/p10异二聚体后进一步形成四聚体，最后成为有活性的caspase-1。

1.5 IL-1β、IL-18与AS的关系 IL-1β可以对细菌、病毒及其他炎症刺激起反应，是一种强有效的炎症细胞因子，在之前众多的文献研究中已经证明了其与AS的发病存在密切关系[5]。IL-1β的激活和释放需要2个不同的（特异）信号：一是需要NLRP3炎症小体的激活，二是需要转录上调和pro-IL-1β的综合体，因此，IL-1β也称为NLRP3炎症小体感应的指示器。IL-18也是重要的炎症因子，IL-18在冠状动脉粥样硬化性心脏病的发生、发展及粥样斑块破裂的过程中发挥着重要作用。IL-18与IL-18R结合可以导致多种和AS相关的细胞因子如IL-6、IL-8、多种基质金属蛋白酶（MMPs）和细胞黏附分子-1的分泌增加，其是AS明确的危险因素。

2 NLRP3炎症小体国内外研究进展

2.1 NLRP3与NF-κB关系 马金柱等[14]研究证明，调控NLRP3炎症小体活化的关键信号来源于线粒体活性氧（ROS），同时也发现线粒体的数量由自噬及其线粒体自噬来调控，这种调控减少了受损线粒体的数目，可防止ROS所诱导的NLRP3炎症小体活化。NLRP3炎症小体活化主要是因为抑制了线粒体自噬，其活化程度的加剧主要是由于自噬缺失细胞的存在，其受抑制也是由于抑制了电压依赖型阴离子通道蛋白（VDAC）表达。不过近期《Nature Cell Biology》杂志中的一篇高引用率的文章证明线粒体自噬的负调控蛋白是VDAC1[15]，说明减少线粒体自噬的发生是因为抑制了VDAC的表达，由此可知有关NLRP3炎症小体的调控在理论上是矛盾的。Toll样受体家族（TLRs）是一类先天性固有免疫识别受体，可直接识别并结合一些病原体或其产物等所特有的、高度保守的且共有的特定分子结构（称为病原相关模式），然后进一步激活丝裂原活化蛋白激酶信号通路（P38MAPK）和NF-κB最终导致炎性细胞因子基因表达的激活[16]。目前关于NLRP3受其蛋白分子调控的过程还不十分清楚，NF-κB在其中是否起着决定性的作用鲜有明确报道。

2.2 脂多糖（LPS）、ATP与NLRP3 ATP又称钾外排剂，可触发和激活NLRP3炎症小体对PAMPs的应答并促进细胞内caspase-1的激活和IL-1β的分泌且产生炎性反应[17]。ATP、CPDD和MSU是由坏死或损伤细胞释放的内源性信号，这些信号的刺激可被NLRP3炎症小体感知，从而使先天免疫系统激活，并通过炎症因子的分泌修补损伤组织[18]。Kanneganti等[5]用ATP及LPS+ATP刺激巨噬细胞后证实了caspase-1的激活及IL-1B的分泌均需要pannexin-1的参与及调控，但是caspase-1的激活与TLR4无关，pro-caspase-1的分泌需要TLR4的参与。据报道，NLRP3在细胞质内识别TLRs配体LPS，主要由pannexin-1参与及介导，然后通过一种不依赖TLR信号途径的方式激活 caspase-1并引起 IL-1释放[19]。LPS诱导NLRP3炎症小体的激活主要通过脂质体或成孔蛋白的胞内传递，NLRP3可识别多种内源性危险信号及病原体，近年来的研究证实，LPS、脂磷酸、类脂A、dsRNA及脂蛋白等活化caspase-1均依赖于NLRP3，当用LPS刺激C3H/HeN小鼠可诱发炎性反应，结果显示，LPS刺激48 h后，检测到小鼠眼部组织NLRP3、IL-18、IL-1β、ASC及caspase-1等含量明显增加，但未检测到NALP1b的表达，这提示了NLRP3（而非NALP1）炎症复合体参与了 LPS所诱导的眼部炎性反应的发生[20]。NALP3炎症复合体在巨噬细胞胞内腺病毒DNA激活caspase-1并诱导IL-1的成熟过程中起着必要的作用，并在革兰阴性杆菌感染及诱caspase-1的活化中也起着不可替代的作用。

2.3 MDP、NOD2及NF-κB Barnich等[21]研究表明，MDPLD转运跨膜过程中被NOD2识别。对于MDP诱导的NF-κB活化，NOD2的膜靶向定位是必需的。NOD2 C端的 1个含色氨酸的模体和 2个亮氨酸残基可介导NOD2的膜靶向定位及随后的NF-κB活化。正常情况下，NOD2蛋白处于失活状态是通过细胞质内的自我抑制方式，当细菌成分MDP与NOD2 C端的LRR结构域结合后，NOD2引起RICK活化，继而位于激酶域之间的中央区域与RICK的CARD域联合形成结合体，后者将Iκκβ磷酸化，随之NF-κB被激活[22-23]。

2.4 NOD2与caspase-1关系 以往有报道称，NOD2依赖于NALP1激活caspase-1[24]。最近研究发现，NOD2直接活化caspase-1是通过caspase-1的CARD域与其N端CARD域发生结合的结果[25]。Rosenzweig等[26]研究发现，IL-1β经NOD2诱导生成进而引起小鼠眼睛发炎是通过caspase-1活化实现的，而这种炎症并不是由IL-1β的信号途径引起的，此研究表明NOD2可激活caspase-1而非NLRP3的作用。

3 展 望

尽管研究发现，NLRP3炎症小体能够被许多内源性危险信号与PAMP活化，但是对其具体调控过程仍然不十分清楚。研究证明，MDP刺激单核细胞后可产生NOD2，并可激活NF-κB信号通路及caspase-1，NF-κB能够促使其启动基因转录，表达及释放pro-IL-1β。NLRP3形成蛋白复合物“炎症小体”是通过自身被激活之后与ASC相互作用进而活化caspase-1的结果。caspase-1活化后可以对pro-IL-1β等底物进行切割使其成熟并释放到胞外发挥功能，由此可以推测NOD2通过某种通路或者因子的介导在NLRP3炎症小体所介导的单核细胞炎性反应中发挥一定的作用。炎症学说强调了炎性介质在AS的病理变化过程中的重要地位，贯穿了每一个发病环节，尤其在动脉粥样斑块破裂引起的急性临床事件中。目前许多学者接受了炎症学说，拓宽了AS的研究领域，促进了动脉粥样硬化性心血管疾病预防和治疗的策略及措施的完善。但是，目前对炎症学说所致的发病部位及具体机制尚未完全熟悉，一些简单的消炎措施是否可以防止AS病变有待进一步研究证实。

[1]Ross R.Atherosclerosis is an inflammatory disease[J].Am Heart J，1999，138（5 Pt 2）：419-420.

[2]Hansson GK.Immune mechanisms in atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2001，21（12）：1876-1890.

[3]Lamkanfi M，Malireddi RK，Kanneganti TD，et al.Fungal zymosan and mannan activate the cryopyrin inflammasomep[J].J Biol Chem，2009，284（31）：20574-20581.

[4]Pelegrin P，Surprenant A.Pannexin-1 couples to maitotoxin-and nigericininduced interleukin-1beta release through a dye uptake-independent pathway[J].J Biol Chem，2007，282（4）：2386-2394.

[5]Kanneganti TD，Lamkanfi M，Kim YG，et al.Pannexin-1-mediated recognition of bacterial molecules activates the cryopyrin inflammasome independent of Toll-like receptor signaling[J].Immunity，2007，26（4）：433-443.

[6]Pelegrin P，Surprenant A.Pannexin-1 mediates large pore formation and interleukin-1beta release by the ATP-gated P2X7 receptor[J].EMBO J，2006，25（21）：5071-5082.

[7]Terlizzi M，Casolaro V，Pinto A，et al.Inflammasome：Cancer′s friend or foe?[J].Pharmacol Therapeut，2014，143（1）：24-33.

[8]Miyashita T，Tajima H，Shah FA，et al.Impact of inflammation-metaplasiaadenocarcinoma sequence and inflammatory microenvironment in esophagealcarcinogenesis using surgical rat models[J].Ann Surg Oncol，2014，21（6）：2012-2019.

[9]Kanda Y，Kawaguchi T，Kuramitsu Y，et al.Fascin regulates chronic inflammation-related human colon carcinogenesis by inhibiting cell anoikis[J]. Proteomics，2014，14（9）：1031-1041.

[10]Carvalho MI，Pires I，Prada J，et al.A role for T-lymphocytes in human breast cancer and in canine mammary tumors[J].Biomed Res Int，2014，2014：130894.

[11]Pancione M，Giordano G，Remo A，et al.Immune escape mechanisms in colorectal cancer pathogenesis and liver metastasis[J].J Immunol Res，2014，2014：686879.

[12]Kolb R，Liu GH，Janowski AM，et al.Inflammasomes in cancer：a doubleedged sword[J].Protein Cell，2014，5（1）：12-20.

[13]Ohnishi S，Ma N，Thanan R，et al.DNA damage in inflammation-related carcinogenesis and cancer stem cells[J].Oxid Med Cell Longev，2013，2013：387014.

[14]马金柱，王北艳，崔玉东，等.NLRs蛋白家族的研究进展[J].中国免疫学杂志，2011，27（3）：281-284.

[15]Molodecky NA，Soon IS，Rabi DM，et al.Increasing incidence and prevalence of the inflammatory bowel diseases with time，based on systematic review[J].Gastroenterology，2012，142（1）：46-54；

[16]Strowig T，Henao-Mejia J，Elinav E，et al.Inflammasomes in health and disease[J].Nature，2012，481（7381）：278-286.

[17]Vyleta ML，Wong J，Magun BE.Suppression of ribosomal function triggers innate immune signaling through activation of the NLRP3 inflammasome[J]. PLoS One，2012，7（5）：e36044.

[18]韩浩贤.激活NLRP3与NOD2受体对THP-1炎症因子表达的影响[D].大连：大连医科大学，2012.

[19]张懿，刘磊，刘韵资，等.NLRP3炎性小体研究新进展[J].现代生物医学进展，2014，14（9）：1763-1765.

[20]蒋建烨，田湉，张艳.NLRP3炎症体与炎症性疾病[J].微生物学免疫学进展，2012，40（1）：79-82.

[21]Barnich N，Aguirre JE，Reinecker HC，et al.Membrane recruitment of NOD2 in intestinal epithelial cells is essential for nuclear factor-{kappa} B activation inmuramyl dipeptide recognition[J].J Cell Biol，2005，170（1）：21-26.

[22]Inohara N，Koseki T，Lin J，et al.An induced proximity model for NF-kappa B activation in the Nod1/RICK and RIP signaling pathways[J].J Biol Chem，2000，275（36）：27823-27831.

[23]Abbott DW，Wilkins A，Asara JM，et al.The Crohn′s disease protein，NOD2，requires RIP2 in order to induce ubiquitinylation of a novel site on NEMO[J]. Curr Biol，2004，14（24）：2217-2227.

[24]Faustin B，Lartigue L，Bruey JM，et al.Reconstituted NALP1 inflammasome reveals two-step mechanism of caspase-1 activation[J].Mol Cell，2007，25（5）：713-724.

[25]Hsu LC，Ali SR，McGillivray S，et al.A NOD2-NALP1 complex mediates caspase-1-dependent IL-1beta secretion in response to Bacillus anthracisinfection and muramyl dipeptide[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105（22）：7803-7808.

[26]Rosenzweig HL，Martin TM，Planck SR，et al.Activation of NOD2 in vivo induces IL-1beta production in the eye via caspase-1 but results in ocular inflammation independently of IL-1 signaling[J].J Leukoc Biol，2008，84（2）：529-536.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.19.016

A

1009-5519（2015）19-2934-03

2015-07-21）

韩浩贤（1983-），女，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事心血管病研究；E-mail：hanhaoxian1206@163.com。

王虹艳（E-mail：wanghongyan1967@aliyun.com）。