NLRP3炎症小体与溃疡性结肠炎的研究进展

史济华，许 乐

(北京医院 消化内科， 北京 100730)



NLRP3炎症小体与溃疡性结肠炎的研究进展

史济华，许 乐*

(北京医院 消化内科， 北京 100730)

溃疡性结肠炎是肠道慢性炎性反应性疾病，遗传易感性、肠道菌群和黏膜免疫功能失调在溃疡性结肠炎的发生发展过程中起重要作用。目前研究显示NLRP3基因与溃疡性结肠炎的易感性相关，NLRP3炎症小体可维持肠道内环境稳定，对实验性结肠炎具有保护作用，其功能缺陷可能导致对溃疡性结肠炎易感。NLRP3炎症小体有可能成为溃疡性结肠炎治疗的新靶点。

溃疡性结肠炎；NLRP3炎症小体

炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn’s disease，CD)，它们均是肠道的慢性非特异性炎性反应性疾病。IBD的发病与多种因素有关，主要包括个体的遗传易感性、肠道菌群紊乱以及免疫功能失调。IBD的发病机制迄今尚未完全阐明，目前比较公认的发病机制假说是：IBD患者是具有遗传易感性的个体，由于抗原刺激、各种环境因素相互作用导致的自身免疫系统被激活，发生一系列异常的免疫反应而引起的慢性肠道炎性反应，其中免疫功能失调在炎性反应性肠病的发生发展过程中起重要作用[1]。

1 溃疡性结肠炎的流行病学

IBD的患病率在发达的城市化国家明显升高，北欧、英国和北美是IBD的高发地区，欧洲南部、亚洲和包括中国在内的多数发展中国家为低发病率地区。欧洲和北美地区UC的年发病率是0.6～20.0/100 000，亚洲和中东地区UC的年发病率是0.1～6.3/100 000[2]。2006年中国人群中UC的发病率和患病率分别为2.1/100 000和26.5/100 000[3]，并且UC在中国的发病呈逐渐上升趋势。在过去20年间香港地区的UC发病率增加了6倍[3]。

2 溃疡性结肠炎的遗传学研究进展

近10年来，炎症性肠病的遗传学和免疫机制研究一直是消化系统疾病研究的一大热点。自全基因组关联研究开展后，一系列的UC易感基因如IL23R、MST1、NKX2- 3、STAT3、IL12B和ECM1基因等逐渐被发现[4- 5]，目前共发现了47个UC的易感性位点，其中19个位点是UC特有的，其余28个是与CD共有的易感位点[4]。迄今为止已知的UC易感基因主要涉及固有免疫、获得性免疫和肠黏屏障系统，易感基因的发现能为UC的发病机制研究提供新的线索。

目前国内尚无IBD全基因组关联研究的报道，主要是针对国外发现的一些热点的IBD易感位点进行研究，由于遗传背景的差异，国内外研究的结果仅有部分具有一致性。本研究室对中国汉族人群进行的UC遗传学研究(245例UC和300例对照)发现，IL2-IL21基因区域存在2个与UC有关联的SNPs- rs2069762和rs2055979，提示IL2和IL21基因与UC的遗传易感性之间存在联系，IL2-IL21基因区域应该是中国汉族人和欧洲高加索人共同的UC易感基因[6]。国外的研究发现NLRP3基因是CD的易感基因[7]，在中国汉族人群中(56例UC、232例CD、247例对照)，NLRP3基因上的两个SNP-rs10754558(Pallele=0.015272, Pgenotype=0.029776,OR[95%CI]=0.604 190[0.401 200-0.909 886])、rs10925019(Pallele=0.013 042,Pgenotype=0.037 045,OR[95%CI]=2.022 613[1.149 854-3.557 812])与UC相关，但与CD无关[8]，提示NLRP3基因可能在中国UC患者的发病机制中扮演重要角色。

3 NLRP3炎症小体的生理作用

NLRP3基因位于染色体1q44，包含9个外显子编码区，它的蛋白产物主要表达在中性粒细胞、单核细胞、树突状细胞、T和B淋巴细胞、上皮细胞和成骨细胞的细胞质内[9]。NLRP3与衔接分子ASC即含有CARD的凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)和procaspase- 1组装成一个相对分子质量约为700 ku的大分子多蛋白复合体，即称为NLRP3炎症小体，后者能被多种病原相关的分子模式或损伤相关的分子模式活化，对固有免疫系统免疫功能的发挥具有极其重要的作用[10- 11]。

NLRP3炎症小体激活过程分2步：首先是TLR激活后通过NF-κB促进NLRP3炎症小体各分子转录和翻译，然后在炎症小体激活剂的作用下激活NLRP3炎症小体[12]。能够激活NLRP3炎症小体的分子多种多样，既有细菌、病毒、真菌等微生物及其产物，也可以是ATP、明矾、胆固醇、二氧化硅、石棉、尿酸单钠(monosodium urate，MSU)等分子[12]。NLRP3炎症小体可以将无活性的procaspase- 1转化为有活性的caspase- 1，活性caspase- 1分子不仅可以将IL- 1β前体(pro-IL- 1β)和IL- 18前体(pro-IL- 18)转化为有活性的IL- 1β和IL- 18分子发挥生物学作用，引起机体发生严重的炎性反应，最终促进多种炎性反应性疾病的发生与发展，而且caspase- 1还可以使细胞发生特殊的程序性死亡，即细胞焦亡(pyroptosis)[13- 14]。NLRP3基因缺陷与Muckle-Wells综合征、家族性冷自身炎症综合征(familial cold autoinflammatory syndrome,FCAS)、新生儿发病多系统炎症性疾病(neonatal-onset multisystem inflammatory disease,NOMID)、食物诱导的过敏反应、阿司匹林诱导的哮喘等多种自身免疫性疾病有关[15- 16]。

4 NLRP3炎症小体在UC免疫发病机制中的作用

NOD2/CARD15是第一个被发现的CD易感基因，其编码蛋白为NLRs家族成员[17]。NLRP3与NOD2同属于NLRs家族且结构相似，故进一步阐明炎症小体在肠道炎性反应中的作用将有助于UC和CD发病机制的研究。目前认为NLRP3炎症小体在识别肠道共生菌、维持肠道内环境稳定和调节肠道炎性反应方面发挥重要作用，它的失调对UC和CD的发病有一定作用[18- 19]。

肠道的固有免疫系统是机体针对各种细菌抗原的第一道防线，UC患者减弱的固有免疫系统使得细菌抗原不断累积，继而激发了获得性免疫系统瀑布式的炎性反应。NLRP3炎症小体在免疫系统和肠道细菌之间发挥一定的作用，NLRP3炎症小体可维持肠道内稳态，对实验性结肠炎具有保护作用，其功能缺陷可能导致对IBD易感[20- 21]。

NLRP3基因敲除小鼠口服3% DSS(葡聚糖硫酸钠)和TNBS(2,4,6-三硝基苯磺酸)后出现肠上皮完整性破坏、死亡率增加[19]，提示NLRP3炎症小体在保持肠道内环境稳定、缓解结肠炎中起重要作用。该研究还发现NLRP3炎症小体可通过增加IL- 18分泌，以抑制由DSS所诱导的结肠炎的发生[20]。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[21]。以上研究均提示NLRP3炎症小体对DSS和TNBS诱导的实验性结肠炎有保护作用。但NLRP3基因敲除小鼠对口服2% DSS所诱导的结肠炎的易感性明显降低，DSS可致溶酶体破坏，可通过向胞质释放其内容物以激活NLRP3炎症小体，致caspase- 1 活化和IL- 1β 释放，进而促进炎性反应的发生，活性氧簇(ROS)亦参与此过程[22]。

NLRP3炎症小体在结肠炎发病中具有促炎性反应的作用[23- 24]，使用NLRP3依赖的pro-caspase- 1、IL- 1β和IL- 18的抑制剂Fc11a- 2治疗小鼠，能够减轻急性结肠炎[23]。此外，还发现NLRP3炎症小体对TNF-α、IFN-γ、IL- 10、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[21- 22]。

NLRP3参与结肠炎的机制十分复杂，caspase- 1、IL- 1β和IL- 18等多个细胞因子途径均参与其中，且caspase- 1拮抗剂pralnacasan对DSS诱导的结肠炎有明显治疗作用[22]，但具体的作用机制以及如何利用其指导临床实践还需进一步研究。NLRP3炎症小体不仅在急性和慢性结肠炎小鼠的结肠组织中高表达，而且在CD患者溃疡病变的结肠组织中也呈高表达，人体和实验动物得出的结果一致表明NLRP3炎症小体对结肠炎性反应有启动和促进作用[25]。

5 结论与展望

NLRP3炎症小体作为系列炎性反应的核心，在结肠炎发病中起重要作用。但是，国外对于NLRP3炎症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。如果能进一步研究NLRP3炎症小体在结肠炎患者体内的表达状态，明确它与相关炎性因子之间的相互作用关系，它将有望成为UC治疗的新靶点。

[1] Xavier RJ, Podolsky DK. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease [J]. Nature, 2007,448:427- 434.

[2] Molodecky NA, Soon IS, Rabi DM,etal. Increasing incidence and prevalence of the inflammatory bowel diseases with time, based on systematic review [J]. Gastroenterology, 2012,142:46- 54.

[3] Chow DK, Leong RW, Tsoi KK,etal. Long-term follow-up of ulcerative colitis in the Chinese population [J]. Am J Gastroenterol, 2009,104:647- 654.

[4] Anderson CA, Boucher G, Lees CW,etal. Meta-analysis identifies 29 additional ulcerative colitis risk loci, increasing the number of confirmed associations to 47 [J]. Nat Genet, 2011,43:246- 252.

[5] Thompson AI, Lees CW. Genetics of ulcerative colitis [J]. Inflamm Bowel Dis, 2011,17:831- 848.

[6] Shi J, Zhou L, Zhernakova A,etal. Haplotype-based analysis of ulcerative colitis risk loci identifies both IL2 and IL21 as susceptibility genes in Han Chinese [J]. Inflamm Bowel Dis, 2011,17:2472- 2479.

[7] Cummings JR, Cooney RM, Clarke G,etal. The genetics of NOD-like receptors in Crohn’s disease [J]. Tissue Antigens, 2010, 76: 48- 56.

[8] Zhang HX, Wang ZT, Lu XX,etal. NLRP3 gene is associated with ulcerative colitis (UC), but not Crohn’s disease (CD), in Chinese Han population [J]. Inflamm Res, 2014,63:979- 985.

[9] Kummer JA, Broekhuizen R, Everett H,etal. Inflammasome components NALP 1 and 3 show distinct but separate expression profiles in human tissues suggesting a site-specific role in the inflammatory response [J]. J Histochem Cytochem, 2007,55:443- 452.

[10] Yang CS, Shin DM, Jo EK. The role of NLR-related protein 3 inflammasome in host defense and inflammatory diseases [J]. Int Neurourol J, 2012,16:2- 12.

[11] Strowig T, Henao-Mejia J, Elinav E,etal. Inflammasomes in health and disease [J]. Nature, 2012,481:278- 286.

[12] 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:e36044. doi: 10.1371/journal.pone.0036044.

[13] Atianand MK, Rathinam VA, Fitzgerald KA. SnapShot: inflammasomes [J]. Cell, 2013,153:272.

[14] Kersse K, Bertrand MJ, Lamkanfi M,etal. NOD-like receptors and the innate immune system: coping with danger, damage and death [J]. Cytokine Growth Factor Rev, 2011,22:257- 276.

[15] Neven B, Callebaut I, Prieur AM,etal. Molecular basis of the spectral expression of CIAS1 mutations associated with phagocytic cell-mediated autoinflammatory disorders CINCA/NOMID, MWS, and FCU[J]. Blood, 2004,103:2809- 2815.

[16] Hitomi Y, Ebisawa M, Tomikawa M,etal. Associations of functional NLRP3 polymorphisms with susceptibility to food-induced anaphylaxis and aspirin-induced asthma[J]. J Allergy ClinImmunol, 2009,124:779- 785.

[17] Hugot J-P, Chamaiilard M, Zouali H,etal. Association of NOD2 leucine-rich repeatvariants with susceptibility to Crohn’sdisease [J]. Nature, 2001,411:599- 603.

[18] Zaki MH, Lamkanfi M, Kanneganti TD. The Nlrp3 inflammasome: contributions to intestinal homeostasis [J]. Trends Immunol, 2011,32:171- 179.

[19] Aguilera M, Darby T, Melgar S. The complex role of inflammasomes in the pathogenesis of inflammatory bowel diseases - lessons learned from experimental models [J]. Cytokine Growth Factor Rev, 2014,25:715- 730.

[20] Zaki MH, Boyd KL, Vogel P,etal. The NLRP3 inflammasome protects against loss of epithelial integrity and mortality during experimental colitis [J]. Immunity, 2010, 32: 379- 391.

[21] Hirota SA, Ng J, Lueng A,etal. NLRP3 inflammasome plays a key role in the regulation of intestinal homeostasis [J]. Inflamm Bowel Dis, 2011, 17: 1359- 1372.

[22] Bauer C, Duewell P, Mayer C,etal. Colitis induced in mice with dextran sulfate sodium (DSS) is mediated by the NLRP3 inflammasome [J]. Gut, 2010, 59: 1192- 1199.

[23] Liu W, Guo W, Wu J,etal. A novel benzo[d]imidazole derivate prevents the development of dextran sulfate sodium-induced murine experimental colitis via inhibition of NLRP3 inflammasome [J]. Biochem Pharmacol, 2013,85:1504- 1512.

[24] Zhang J, Fu S, Sun S,etal. Inflammasome activation has an important role in the development of spontaneous colitis [J]. Mucosal Immunol, 2014,7:1139- 1150.

[25] Villani A-C, Lemire M, Fortin G,etal. Common variants in the NLRP3 region contribute to Crohn’s disease susceptibility [J]. Nat Genet, 2009,41:71- 76.

新闻点击

年长妇女每天有2/3时间坐着

据美国WebMD医学新闻网2013-12-17报道，根据最新研究显示，年长妇女醒着的时间中，有2/3时间是不活动的，但这不代表她们只会“坐以待毙”。

之前有研究指出，每天坐着的时间越多，患慢性病的风险越高。这篇研究是针对超过7 000位平均71岁的妇女，让她们几乎每天醒着时都戴着测量动作的记录器，这个仪器只能测量人是静止或是移动的状态，打破静止的动作必须至少超过1 min。

研究人员Yonette Davis博士建议，年老以后应该有计划，当不用再照顾孩子或是不用工作后，必须从心底转换自己，告诉自己这是人生的转折点，应该培养其他的兴趣，要出门找朋友、做志愿者、上教堂、回学校上课等，不要让自己变成风中残烛。

这篇研究刊载在2013-12-18美国医学会期刊(JournaloftheAmericanMedicalAssociation)中。

刘晓荻 译

曾武威 编

Progress of research on ulcerative colitis and NLRP3 inflammasome

SHI Ji-hua, XU Le*

(Dept. of Gastroenterology, Beijing Hospital, Beijing 100730, China)

Ulcerative colitis is an immune-mediated chronic intestinal inflammation. Genetic susceptibility, colonic microflora and mucosal immune dysfunction are important in the development of ulcerative colitis. Most of the studies showed that NLRP3 inflammasome maintained the intestinal homeostasis and had a protective effect on experimental colitis. The defect in NLRP3 function may lead to a higher risk of ulcerative colitis. NLRP3 inflammasome is probably a new target of ulcerative colitis treatment.

ulcerative colitis; NLRP3 inflammasome

2015- 04- 14

2015- 05- 17

1001-6325(2015)07-0989-04

短篇综述

R574

A

*通信作者(corresponding author)：xule7200@sina.com