NLRP3介导炎症反应在心血管疾病中的研究进展

黄纬凌 杨 俊 杨 简

(三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌 443003)

NLRP3介导炎症反应在心血管疾病中的研究进展

黄纬凌 杨 俊 杨 简

(三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌 443003)

NLRP3；MIRI；GSDMD蛋白；高血压

1 NLRP3组成介绍

1.1 NOD样受体(NLR) 模式识别受体(PRR)是固有免疫中的免疫受体，其与病原微生物表面的病原体相关分子模式相互识别和作用是启动固有免疫应答的关键。目前已知的PRR有四种：NLRs、Toll样受体(TLR)、RIG样解旋酶(RLHs)和C型凝集素(CTL)。与TLR这个膜结合受体不同，NLR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，诱导细胞内病原体的先天免疫。到目前为止，NLR内发现了23个人类相关基因。NLR由三个部分组成：中央核苷酸结合寡聚化结构域、C端富含亮氨酸重复序列(LRRs)和N-末端的半胱天冬酶(Caspase)区域。NLR的上游信号通过与C端LRR结构域的结合与改变N端结构域，从而产生一系列炎症应答〔1〕。

1.2 凋亡相关斑点样蛋白(ASC) ASC最初发现形成了蛋白质凋亡细胞中的沉淀物，在炎症反应、肿瘤发生、细胞凋亡和核因子(NF)-κB信号通路的调节中有关键作用，其包含两个结构域，一个是折叠热蛋白(PYD)，另一个是CARD招募域。ASC与NLRP3通过PYD相互作用，NLRP3活化后激活ASC表达pro-Caspase-1和 pro-IL-1β。通过活化CARD，ACS让pro-Caspase-1反复自我切割，最终形成有活性的Caspase-1 介导细胞凋亡〔2〕。

2 NLRP3的信号转导途径

2.1 NLRP3主要信号途径 目前已经提出了几种主要的有关NLRP3诱导Caspase-1的激活机制：①钾离子外流；②活性氧水平升高；③线粒体损伤；④溶酶体破裂。最近发现，NLRP3在造血髓样细胞，如树突状细胞，单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞内均有不同程度的表达〔3〕。线粒体产生的活性氧在巨噬细胞内被脂多糖(LPS)刺激是触发激活NLRP3炎性小体的主要机制〔4〕。LPS激活Caspases-11然后活化GSDMD蛋白〔5〕，一个在细胞炎性坏死中发挥关键作用的蛋白质。Shi等发现〔6〕，GSDMD缺陷的细胞可以抵抗胞质LA和炎性体配体诱导的炎症坏死，显著降低Caspase-1释放。GSDMD蛋白促进NLRP3活化，激活ASC蛋白，从而导致Caspase-1大量表达释放促炎性细胞因子IL-1，IL-18，促进细胞凋亡。Caspase-1的表达通过正反馈作用促进GSDMD蛋白增加，也可直接导致细胞焦亡。Okada等〔7〕发现溶酶体破裂诱导的c-Jun氨基末端激酶(JNK)活化可以激活NLRP3。并且钙离子可有效调节NLRP3炎性小体的激活。溶酶体破裂致使钙离子从溶酶体内流到胞质，激活CAMKⅡ-TAK1-JNK通路促进NLRP3的活化。NLRP3的诱导剂引起的异常线粒体代谢减少辅酶NAD+的浓度，从而抑制NAD+依赖的微管蛋白去乙酰化酶2。He等〔8〕研究发现，哺乳动物NIMA相关激酶家族(NEK7)，一种酶通过和NLRP3结合蛋白作用的介导钾离子外流调节和激活下游NLRP3。缺少NEK7，Caspase-1就不会就不会响应激活的NLRP3关于释放IL-1β的信号。

2.2 NLRP3其他信号途径 除了主要的激活NLRP3的信号通路外，还有一些其他通路。例如，过量的细胞活性铁可以激活NLRP3。肝细胞可产生铁调素，一种由肝脏产生的肽类激素，主要调节哺乳动物的铁离子代谢，铁过载导致的NLRP3激活，能在网状内皮细胞局部产生铁富集现象，这一过程与组织器官的纤维化作用相关〔9〕。一些分子，如NO、MnS、Gpsm3和CARD8在调节NLRP3复合物的组装也起着至关重要的作用。Gpsm3和CARD8直接绑定到NLRP3炎性小体进行负调控。NO和MnS抑制焦亡小体的形成〔10〕。Haneklaus等〔11〕通过基因研究也发现，miRNA-223可以对NLRP3的基因表达进行调节，通过靶向抑制NLRP3C端LRR结构域表达从而防止NLRP3积累。

3 NLRP3介导MIRI中的炎症作用

早期血运重建已经被证实是急性心肌梗死首选治疗方法，然而同时引起的MIRI是影响远期预后的重要因素。围绕改善MIRI后抑制NLRP3表达相关药物的研究意义重大。Yan等〔12〕研究发现ω-3脂肪酸(U-3 FA)抑制Caspase-1激活NLRP3和IL-1β的分泌。U-3 FA在体内抗动脉粥样硬化作用与其通过抑制NLRP3炎性小体的激活来防止高脂饮食引起的代谢紊乱相关。研究表明，U-3FA可以通过激活G蛋白偶联受体GPR40和GPR120抑制NLRP3的活化。胆固醇的积累可以诱发NLRP3在巨噬细胞中激活，而IL-1β和IL-18β是已知调节和加速动脉粥样硬化的重要因子〔13〕。Wang等〔14〕研究发现丁酸钠可以抑制NLRP3通路有效减少小鼠MIRI的发生，这一发现极有可能改善患者早期血运重建后的远期预后。Wang等〔15〕也发现7-羟基香豆素(UMB)通过上调对NLRP3/TXNIP信号通路的抑制作用抑制炎性细胞因子产生在MIRI中发挥有益作用。正常情况下TRX复合物普遍存在于细胞内，TRX相关蛋白(TXNIP)少量存在，氧化应激时复合物解离，TXNIP与NLRP3的LRR区域结合激活NLRP3〔16〕。由于IL-1是主要的介导心肌缺血再灌注损伤的物质，在激活NLRP3后其水平显著提高。因此可以考虑将NLRP3作为评价MIRI患者预后的敏感指标〔17〕。

4 NLRP3介导高血压的炎症作用

抗炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α、IL-1β在高血压大鼠在调节中起重要作用，IL-1β可以诱导并放大其他细胞因子的分泌，抑制IL-1β和NLRP3活性，可有效降低交感神经兴奋性从而减轻高血压〔18〕。吡非尼酮是一种小分子药物具有抗炎抗纤维化用，它可以减轻成纤维细胞的增殖和活化及表达促纤维化因子，如转化生长因子，在炎症反应与组织修复中发挥作用。Wang等〔19〕研究发现吡非尼酮显著抑制NLRP3表达，降低炎性细胞因子TGF-β1、IL-1β在心肌细胞中的表达，治疗高血压导致的心肌纤维化。对吡非尼酮的研究还发现，其不仅可以抑制NLRP3诱导IL-1β产生和Caspase-1激活的作用，还可以通过抑制自噬作用抑制NLRP3的激活〔20〕。因此吡非尼酮可能是一个潜在的治疗NLRP3炎性小体导致高血压疾病的药物。与正常人相比，拥有功能多态性NLRP3基因的人群更容易发生高血压。Krishnan等〔21〕研究证实，NLRP3抑制剂对高血压大鼠的收缩压增高这一现象有明显逆转作用，且在NLRP3-/-大鼠体内，血压波动较小。以上研究均表明，针对NLRP3的治疗将可能成为治疗高血压的新靶点。

5 结 论

NLRP3信号通路导致炎症反应的机制仍有不清楚的地方，随着对NLRP3导致炎症的分子机制的研究深入，将会有更多针对抑制NLRP3信号通路来缓解炎症，延缓或逆转冠脉粥样硬化过程。目前NLRP3治疗MIRI的研究尚处于动物实验阶段，但有关NLRP3信号通路的研究可能为MIRI的防治提供了一个新思路。现有的针对高血压的药物主要通过利尿、钙通道阻滞、抑制交感神经、扩张血管发挥效应，而针对NLRP3控制的炎性信号通路的研究可能会为高血压的研究提供新方法。

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〔2015-12-20修回〕

(编辑 李相军)

国家自然科学基金(81170133，81470387);湖北省科技支撑计划(No.2015BKA340);2016三峡大学研究生科技创新基金(No.SDYC2016093)

杨 俊(1962-)，男，教授，硕士生导师，主要从事心血管疾病的临床及基础研究。

黄纬凌(1991-)，男，在读硕士，主要从事心血管系统研究。

R541.9

A

1005-9202(2016)24-6289-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.24.118