Nlrp3炎症小体与心血管疾病的研究进展
2017-01-13叶丽风吴艳娇
周 星,叶丽风,吴艳娇,黄 怡,陈 扬
(1广州中医药大学中药学院,广东广州510006;2暨南大学附属第一医院口腔医疗中心,广东广州510630)
Nlrp3炎症小体与心血管疾病的研究进展
周 星1,叶丽风1,吴艳娇1,黄 怡2,陈 扬1
(1广州中医药大学中药学院,广东广州510006;2暨南大学附属第一医院口腔医疗中心,广东广州510630)
炎症小体(inflammasome)是一种蛋白复合物,能对多种相关炎症因子起到活化作用,其中最重要的应属含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶⁃1(caspase⁃1)对炎症因子(IL⁃1β、IL⁃18)的激活.在各种炎症小体中,Nlrp3炎症小体最具代表性,研究认为Nlrp3炎症小体的活化与人类自身免疫系统相关疾病及慢性系统性疾病密切相关.同时研究发现,Nlrp3炎症小体通过经典或非典型炎症通路激活一系列的信号通路,从而诱导细胞膜通透性破坏、细胞的代谢紊乱以及细胞凋亡、焦亡等细胞免疫反应.近年来Nlrp3炎症小体被认为极有可能是慢性疾病的中心致病环节,而心血管疾病又是慢性疾病中最为主要的疾病类型.因此,在研究心血管疾病的过程中,对Nlrp3炎症小体的研究就显得尤为关键.本综述简要阐述了近年来Nlrp3炎症小体与心血管疾病之间的研究进展.
心血管疾病;炎症因子;Nlrp3
1 背景知识介绍
炎症是先天免疫系统对有害刺激的一种防御性反应[1-2],因此在机体遭受到外源性感染和内源性细胞组织损伤的情况下会导致炎症的发生,炎性细胞的活化也与机体生理平衡参数的紊乱有关[3-4].事实上,机体内平衡中任何生理平衡参数发生变动都会导致局部或全身性炎症反应[5].组织损伤和稳态参数的改变能诱导先天免疫细胞激活并释放出危险信号,释放出的危险信号即为危险相关分子模式(danger⁃associated molecular patterns,DAMPs),机体的防御系统须通过模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)识别出DAMPs后才会被启动,然后再进一步激活炎症通路引发炎症,而炎症小体即是其中的一种PRRs[7].现已知的PRRs包括:C型凝集素受体(C⁃type lectin receptors,CLRs),Toll样受体(Toll⁃like receptors,TLRs),视黄诱导型基因⁃Ⅰ(retinoic inducible gene⁃Ⅰ,RIG⁃Ⅰ),造血干扰素诱导型核抗原⁃200(hemopoetic inter⁃feron⁃inducible nuclear antigen with 200,HIN⁃200),Nlrp3炎症小体则是PRRs中的最后一种识别受体——NOD样受体(nucleotide⁃binging oligomerzation domain like receptors,NLRs)[8].NLR家族的PPR能通过将IL⁃1β或IL⁃18的前体蛋白水解切割成其活性形式来激活炎症细胞,是一种有效的细胞内炎症机制.一些研究者[3-4]认为,这种炎症性活化可能是许多慢性退行性疾病的根源.在心血管疾病的研究中,Nlrp3炎症小体的形成和激活不仅发生在免疫细胞如巨噬细胞中,还发生在其他血管细胞如内皮细胞、纤维细胞中,这表明在心血管的疾病发生发展过程中,无论早期、中期还是晚期,Nlrp3炎症小体均由参与.
1.1 Nlrp3炎症小体在人类的基因库中,已知有23个NLR基因能够组成含有热蛋白结构域(pyrin domain,PYD)的NLRP家族和含有胱天蛋白酶募集结构域(caspase recruitment domain,CARD)的NLRC家族[8],Nlrp3炎症小体的活化就与这两个结构域息息相关.Nlrp3炎症小体是由NOD样受体蛋白3(Nucle⁃otide⁃binding domain(NOD)⁃like receptor protein 3,Nlrp3)、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis⁃associated speck⁃like protein,ASC)以及天冬氨酸蛋白水解酶⁃1(cysteinyl aspartate⁃specific proteases⁃1,Caspase⁃1)蛋白共同组成的蛋白复合物,在遇到外源病原毒素侵袭或内源危险信号刺激时,它们就会活化并募集在一起,然后通过对相应炎症因子的剪切激活,最终引发炎症反应[9].Nlrp3炎症小体被认为是激活半胱天冬酶⁃1所必需的关键参与者,除了介导IL⁃1β或IL⁃18等炎症因子的成熟外,还能诱导一种被称为焦亡(pyroptosis)的细胞程序性死亡.焦亡是一种高炎症形势的细胞死亡,细胞发生焦亡后会释放出更多的Nlrp3炎症小体,进一步加深机体的炎症程度,且研究证明焦亡依赖于Caspase⁃1的活性[9].
1.2 Nlrp3炎症小体的激活机制有研究[12]证明,炎症反应通常都是由先天免疫引起的,Nlrp3炎症小体的激活与各种自身炎症、自身免疫慢性炎症和代谢疾病的发病机制相关.目前研究普遍认为Nlrp3炎症小体激活需要两个信号:第一个信号是通过核因子⁃κB(nuclear factor⁃κB,NF⁃κB)等转录因子的激活(主要被认为是一种Toll样受体依赖性途径)来启动编码炎症小体形成的基因的表达增加或脱辅基酶(deu⁃biquitinating enzyme)BRCC3激活来增强Nlrp3炎症小体的去泛素化以达到上调Nlrp3的目的[13];第二个信号是Nlrp3激活及相应炎症因子的募集,这直接导致Nlrp3炎性复合体的形成[14].首先,Nlrp3炎症小体被病原毒素或危险信号刺激后,其PYD结构域暴露,并与ASC的PYD结构域相结合,从而激活ASC使其磷酸化,并暴露其CARD结构域,然后与同样拥有CARD结构域的无活性的Caspase⁃1酶原形式(pro⁃Caspase⁃1)相结合,活化Caspase⁃1,最终形成Nl⁃rp3炎性复合体.还有许多机制被认为与Nlrp3炎症小体的活化有关,例如K+的外排修饰、内质网(endo⁃plasmic reticulum,ER)应激、溶酶体渗漏致组织蛋白酶B(cathepsins B,CB)的激活、线粒体功能障碍、Ca2+信号传导以及活性氧(reactive oxygen species,ROS)释放的增加[15]等,这些机制不仅可以提供第二信号,也能激活NF⁃κB并参与BRCC3对Nlrp3的去泛素化[16].对于内源性危险信号引起的炎症小体活化研究[17-18]中,研究者发现在生理正常平衡条件下,核苷酸酶能维持细胞外ATP处于低浓度水平,但一旦平衡被打破,细胞处于应激状态时,细胞外的ATP就会处于高浓度状态,这时,P2X7受体就会被高浓度的ATP激活,活化的P2X7就会刺激细胞内K+外流,导致细胞内处于一种低K+环境,此时,衔接P2X7受体的Pannexin⁃1膜孔就会开放,Nlrp3激动剂进入细胞,从而激动Nlrp3受体.对于外源性的刺激研究[19]显示,当一些特定的晶体颗粒⁃固醇晶体或者颗粒状的硅被细胞吞噬后会破坏溶酶体而被迫丧失溶酶功能,这时,细胞内的内质网或高尔基体就会分泌出一些组织蛋白,如CB,这些组织蛋白能激活硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin⁃interacting protein,TX⁃NIP),TXNIP能直接激活Caspase⁃1,然后有活性的Caspase⁃1对pro⁃IL⁃1β和pro⁃IL⁃18进行剪切加工,细胞释放出有生理活性的IL⁃1β和IL⁃18,最终产生炎症反应.两个研究,充分体现了内源性和外源性刺激物均可引起Nlrp3炎症小体的活化,而Nlrp3炎症小体的活化最终会诱发炎症的生成.我们知道,任何炎症通路的激活最终都会导致促炎因子的释放,而IL⁃1β、IL⁃18就是j较为经典的一对促炎因子,它们能启动其它免疫反应,促进免疫细胞如嗜中性粒细胞的活化、T细胞的活化和其它一些细胞因子的产生,在正常情况下,炎症的发生是机体对自身的一种保护,但在炎症过度强烈的情况下,IL⁃1β和IL⁃18的释放就是机体自我损伤的一种表现.
2 Nlrp3炎症小体与心血管疾病的关系
2.1 Nlrp3炎症小体与血管相关细胞心血管疾病的发生发展主要由各种危险因子长期刺激所致.现今公认心血管炎症是一种无菌炎症,也是一种慢性炎症.研究证明,血管炎症与损伤的发生或加剧与细胞因子和炎性细胞介导的炎症反应有关,如再进一步恶化就导致了心血管疾病如动脉粥样硬化等的发生[21],而炎症小体的活化也能被一些免疫系统非特异性作用诱导,例如细菌死亡释放的内毒素、特定形式的细胞死亡、细胞骨架结构的干扰、脂质杂环或功能蛋白的合成、代谢或分泌的直接调节等[22].许多内源性危险刺激物都是心血管疾病发生的诱因,且均能激活炎症通路,起到引发炎症的作用.研究[23]证明心血管疾病最先发生病变的地方是血管壁.血管壁生理功能的改变,是心血管疾病发生的重要标志.血管壁由内皮细胞,血管平滑肌细胞和结缔组织组成.除此之外,血管血液中还有免疫细胞巨噬细胞存在,其主要作用是清除血液内的危险物质.当血液中有致炎因子存在时,首先由“清道夫”巨噬细胞进行清除,并释放出Nlrp3等炎症小体诱发炎症,以期通过自身免疫来消除危险因子,而当巨噬细胞对致炎因子的清除超过了其清理能力,且自身释放的炎症小体过强后,就会对机体自身造成进一步的伤害.此时巨噬细胞无法保护血管细胞,危险因子和巨噬细胞产生的过多的炎症小体就会对血管其他细胞如内皮细胞造成伤害,使内皮细胞生理功能的改变,内皮细胞受到伤害,当致炎因子对内皮伤害加重时,内皮细胞膜的通透性就会改变,内皮层就会有所破损导致内皮细胞发生病变,致炎因子就会浸润进管壁,血管壁的其他细胞就会暴露在致炎因子环境中,血管壁将遭受进一步的损伤,血管细胞炎症的全面性爆发,活化的Caspase⁃1诱导血管细胞焦亡、激活的IL⁃1β和IL⁃18促进各种炎症机制的活化加重血管损伤等,最后导致血管壁的彻底病变,在血管内形成各种病变区域,诱发早期血管疾病的发生和发展,最终导致心血管疾病的出现.
2.1.1 Nlrp3与巨噬细胞 炎症的产生是机体的先天免疫系统自我保护的一种方式,而免疫细胞—中性粒细胞和巨噬细胞—的活化就是这道保护机制采取的措施.在遇到机体内环境稳态发生变化时,巨噬细胞会通过表型极化来适应改变了的环境,并促进具有相反活性的促炎细胞M1或抗炎细胞M2的表型极化,M1细胞能促进炎症的发展,而M2细胞对炎症的抑制至关重要[24].有研究表明,巨噬细胞的极化能影响Nlrp3炎症小体的基因表达[25],在对IFN⁃γ(M1表型)的极化的研究中发现,IFN⁃γ存在的条件下,NLR的诱导能增加NOD2的表达,而在巨噬细胞的mRNA和蛋白质水平上对IL⁃3和IL⁃13(M2表型)的研究中发现,IL⁃3和IL⁃13存在的条件下,Nlrp3的表达会被抑制,在M1和M2极化细胞中测试的基因在两种类型的细胞中均有表达,只是在特定的刺激(例如病原体)条件下,通常会上调M2细胞中的抗炎基因,这些基因被用来降低炎症,而在M1细胞中,同一组基因将会下降[26],这也是机体进行自我保护的一种措施,因此我们可以说,M1表型的巨噬细胞在Nlrp3突变相关的炎性疾病中是占主导地位的,Nlrp3的表达在巨噬细胞M2表型内受到负调节,因此我们假设,是否可以通过对巨噬细胞M1/M2表型的调节来治疗与Nlrp3炎症小体有关的心血管炎症疾病?而在遇到外源性刺激物时,巨噬细胞就会吞噬危险因子,以达到清除异物的作用,但当巨噬细胞无法吞噬异物或吞噬后无法进行消化溶解时,就会导致巨噬细胞溶酶体结构的不稳定而破裂,从而释放出CB,最终激活Nlrp3炎症小体[19].
2.1.2 Nlrp3与内皮细胞 内皮细胞具有调节血管平滑肌张力,血管生成和组织液止血的重要功能[27].内皮形成的界面是一个被用来控制血液和间质间大分子及流体通过的半渗透屏障,内皮细胞通透性的增强是内皮功能障碍的最初的病理过程之一[28].内皮细胞连接完整性的丧失与内皮功能障碍的发生都是内皮损伤的后果,且均与内皮炎症小体的活化有关[29].因此,可以说内皮功能障碍已发展成为心血管疾病与各种相关疾病发生的危险因素之一.内皮功能障碍被定义为是由不平衡松弛因子(unbalanced relaxation factor)和内皮细胞产生的收缩因子(con⁃traction factor)受损所引发的一氧化氮依赖性舒张功能障碍[30].NO在正常的内皮功能中起着血管扩张剂和维持血管稳态的作用,然而氧化应激和Nlrp3炎症小体可影响NO的生成,从而导致内皮功能障碍的发生[31].内皮炎性细胞活化可以启动内皮屏障功能障碍,导致血管高渗透性,炎性细胞浸润,从而进一步诱发血管炎症及血管损伤.氧化和抗氧化系统之间的不平衡会导致细胞氧化应激的发生,ROS不仅是代谢的副产物,而且还是一个能激活Nlrp3炎症小体以进一步阻碍内皮功能的激动剂[32].在正常情况下,TXNIP与硫氧还蛋白结合,抑制其降解能力.在氧化应激的状态下,硫氧还蛋白会与TXNIP分离以清除ROS[33].另一方面,游离的TXNIP将会与Nlrp3炎症小体结合并导致Nlrp3炎症细胞的活化[1].ROS还可以通过蛋白激酶B信号通路改变脑内皮紧密连接动力学和血脑屏障完整性[34],内皮层完整性的破坏,将会进一步恶化血管病变的程度.除此之外,也有证据表明,高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1,HMGB1)作为一种DAMPs可以结合多个PRRs而引发炎症,也可以促进人类细胞免疫抑制,加剧细胞的一般损伤[35],HMGB1的释放依赖Casepase⁃1而受到Nlrp3炎症小体的调节[36-37],且有证据显示,ROS信号通路介导的Nlrp3炎症小体的聚集与活化能诱导HMGB1的合成.有研究者发现,通过使用ROS抑制剂来阻断Nlrp3炎性细胞活化或抑制炎症小体来源可以抑制HMGB1活性从而阻止糖尿病中的内皮层超渗透性来改善内皮功能[38],也就是说,内皮细胞炎症的发生与Nlrp3炎症小体的活化有着密不可分的关联的.
2.1.3 Nlrp3与血管平滑肌细胞 磷酸钙沉积(calci⁃um phosphate deposition,CPD)是血管钙化(vascular calcification,VC)的标志,可以发生在心脏瓣膜,心肌和血管中.内膜钙化是引起动脉粥样硬化病变的钙化;内侧钙化,又称为Mönckeberg’s sclerosis,是发生在动脉的弹性区域的CPD,且内侧钙化的发生与血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)密切相关[39].VSMC通过增加迁移,增殖,基质组分分泌,成骨分化和相关钙化等因素促进动脉粥样硬化病变的发展[40].在此过程中,分化的VSMC经历去分化,随后发生导致血管钙化的成骨转换[41].研究证明,氧化应激和几种细胞因子与血管钙化有关[42].以前的报告显示,磷酸钙晶体诱导人主动脉血管平滑肌细胞的细胞死亡,其效力取决于晶体的大小和组成,直径在1μm以下的磷酸钙晶体能引起细胞内钙浓度的快速上升[43],从而诱导炎症的进一步发生.Nlrp3炎症小体能感测到血管钙化过程中产生的未消化的矿物质沉积物,并将其视为危险信号从而活化,引发一系列促炎细胞因子释放和随后的细胞死亡.Nlrp3信号在钙化的VSMCs中被激活,并且Nlrp3信号传导的抑制能显著的抑制血管的钙化[44].研究表明,细胞内中等水平的外源磷酸盐可以刺激Nlrp3表达细胞的钙化,当使用短发夹RNA抑制Nlrp3的表达后能阻断VSMC钙化,这表明活化的Nlrp3炎症小体是血管钙化所必需的[45].
2.2 Nlrp3炎症小体与心血管疾病
2.2.1 Nlrp3炎症小体和高血脂 高脂血症(hyper⁃lipidemia)的产生目前公认是由于极低密度(前⁃β)脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)产生过多或机体清除机制障碍及由VLDL转变成的低密度(β⁃)脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)过多所致,它是动脉粥样硬化、脑卒中、冠心病、心肌梗死、心脏猝死等心血管疾病发生的重要危险因素.人体内环境长期处在高血脂状态下,会使得多余脂质在血管内皮沉积,阻碍血液的流通,长期积累使得血管发生病变,最终导致心血管疾病的发生.机体内脂质代谢平衡性的失调是导致高脂血症产生的重要原因之一,机体内脂质代谢平衡性的失调会引起游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)、饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)和LDL的增多,而这些脂质的增多又会诱导ROS释放的增加,进而激活Nlrp3炎症小体[46-48],使疾病进一步恶化.有研究[42]报道,细胞内Nlrp3炎症小体诱导IL⁃1β成熟的反应,不仅与结晶性尿酸和结晶焦磷酸盐有关联,而且与细胞内的结晶胆固醇也有关联,研究者指出,最低限度修饰的低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)可以作为引发IL⁃1β产生的“内源性危险信号”,说明LDL可以直接诱导促炎反应的发生.除此之外,还证明了LDL胆固醇和Nlrp3炎症小体之间的关联性,还指出Nlrp3炎症小体可以作为预测高血脂的一个早期指标,因为它所诱导释放的IL⁃1β自身就是一个急性期反应的启动标志.
2.2.2 Nlrp3炎症小体和高血压 高血压(hyperten⁃sion)是一种常见的慢性心血管疾病,通常伴有其它心脑血管疾病一起产生,是心脑血管疾病恶化的主要危险因素.近来一些研究证明,高血压的发生与氧化应激和炎症因子的活化有着密切的联系.Dalekos等[50]发现,在高血压患者的血液中IL⁃1β和IL⁃18的表达量比普通人的有所增加,这说明炎症因子的高水平的表达与高血压的产生是有一定关联的.有研究表明,IL⁃18可直接促进血管平滑肌细胞增生,最终导致血压升高[51].肾素⁃血管紧张素⁃醛固酮系统过度活跃也是高血压疾病发生的重要诱因之一,血管紧张素Ⅱ、醛固酮、内皮素⁃1等均可以增强NOX酶家族的表达,促进其活化,而NOX酶的活化可以产生大量的ROS[53],ROS释放的增加会进一步诱导Nlrp3炎症小体的组装,成熟的炎症小体招募并活化Caspase⁃1,进而切割pro⁃IL⁃1β和pro⁃IL⁃18得到成熟的IL⁃1β和IL⁃18,最终诱导高血压的形成[54].P2X7受体与Nlrp3炎症小体活化密切相关,已有研究[55]表明,P2X7依赖的炎症小体活化可能包含成孔蛋白、泛连接蛋白⁃1的招募,进而允许损伤相关分子,如ROS和微晶进入细胞,从而激活炎症小体,并在小鼠高血压模型中发现,高血压模型的成功是伴随有P2X7受体表达量的升高.研究者[56]用Nlrp3抑制剂作用于高血压大鼠,得出的结论是Nlrp3抑制剂能显著降低动物体内氧化应激反应与各种炎症因子的释放,这从侧面反映出了Nlrp3炎症体与高血压的关联.
2.2.3 Nlrp3炎症小体与冠状动脉粥样硬化 冠心病全名为冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary atherosclerotic heart disease,CAHD),这是一类由动脉粥样硬化发展而来的,因冠状动脉狭窄、供血不足而引起的心肌机能障碍和/或器质性病变,故又称缺血性心脏病(IHD).临床上与实验室内的许多研究都证明了IL⁃1β和IL⁃18是IHD发生发展过程中至关重要的一类炎性因子,被称为促动脉粥样硬化因子.临床上有研究人员通过抽血采集冠心病患者的血液并测定其血清中Nlrp3炎症小体的含量,再与正常人血清中的含量相比,发现Nlrp3炎症小体在冠状动脉粥样硬化患者中过表达[57],且冠状动脉疾病患者中的Nlrp3明显升高,其严重程度与疾病的发生发展呈正相关的[58].冠状动脉造影是临床上对冠状动脉疾病评估的标准手段之一,研究人员运用造影技术对冠心病人进行关于血管总数,病变总数,分叉存在,血栓和钙化的进行造影,发现其病变程度与Nlrp3炎症小体的释放也是呈正相关的[59].在最新的研究[20]中,有人通过转基因老鼠Nlrp3⁃/⁃、ASC⁃/⁃、IL⁃1β⁃/⁃与正常老鼠相比较,发现缺少这些炎症因子的老鼠患上动脉粥样硬化的几率远小于正常组.
2.2.4 Nlrp3炎症小体与心肌梗死 心肌梗死(myo⁃cardial infarction,MI),又称心肌梗塞,是指在冠状动脉粥样硬化的基础上,由于冠状动脉内粥样斑块不稳定或者破裂而造成血管内血栓形成并阻塞冠状动脉,从而急性缺血缺氧导致心肌坏死,最终导致心脏功能障碍[60].尽管理论上是可以通过快速重新引入氧气和营养物质到缺血性环境的冠状动脉中而使得血流得以恢复,从而降低由于缺血缺氧导致的心肌坏死,但仍有很大的机率因为再灌注过程而导致心肌的二次伤害[61],从而诱发内源性炎症的发生,而它能在一定程度造成缺血组织梗死面积的进一步扩大.在动物模型中有足够的证据证明在心肌损伤后细胞内Nl⁃rp3炎症小体的激活[62-63],并且产生的IL⁃1β和IL⁃18与心脏功能相关的损伤是由一定关联的[64].NO对Nlrp3炎症小体的活化是有抑制作用的,有研究通过增强eNOS激活和诱导型NOS的上调来研究MI[65],发现在NO依赖性机制中能抑制氧化应激和嗜中性粒细胞活化从而减轻了缺血再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)后的功能性损伤,并且有研究[66]报道NO能够抑制小鼠腹腔刺激的腹膜巨噬细胞的caspase⁃1,IL⁃1β和IL⁃18的释放.在用ASC缺陷老鼠做动物模型时发现,ASC和半胱天冬酶⁃1的缺乏能减少I/R后的炎症反应,如炎性细胞浸润和细胞因子的释放等,且发现心肌细胞中的炎症小体活化在心肌I/R的炎症反应和随后的损伤中起着非常重要的作用,且炎症小体的激活与钾离子外排和ROS释放增多有关[67],潜在表明炎症小体是心肌I/R损伤的潜在的新型治疗靶标.有研究人员[49]指出炎症的标志物可以作为心血管风险的检测指标,并对此作了相关研究.首先对照组由109名35岁以上男性,无心血管疾病史组成,然后与150例曾患心脏病的男性患者进行了比较,通过不同检测方式,最终得出:Nlrp3炎症小体和相关的IL⁃1β、IL⁃18的释放具有作为心血管危险因素(cardiovascular risk,CVRF)生物标志物的潜力.也就是说,临床上通过检测Nlrp3炎症小体或其相关的炎性因子IL⁃1β和IL⁃18,于之相比于正常人的水平来预测是否患有心血管疾病是可行的.
3 展望
心血管疾病的发生与发展的过程中都有Nlrp3炎性小体的参与.然而心血管疾病发病机制十分的复杂,目前虽然仍不是很清楚,但是有越来越多的证据表明Nlrp3炎症小体与心血管疾病之间的关系,所以严格调节Nlrp3炎症小体的活化,防止不必要的宿主损伤和过度炎症是预防心血管疾病的新思路.在最新的研究中,就有研究人员将Nlrp3炎症小体和相关的IL⁃1β、IL⁃18炎症因子作为预测心血管疾病的一个生理指标而起到一个预警提醒的作用.从Nlrp3炎症小体的活化到炎症因子IL⁃1β、IL⁃18的释放,是经历了一个病变过程的,也就是说不同的检测指标代表着不同的心血管疾病的病情程度.那么在以后进行心血管疾病治疗的过程中,可以有目的性的检测血液中炎症因子IL⁃1β、IL⁃18的含量作为疾病是否好转的标志,检测血液中Nlrp3炎症小体的含量作为疾病是否痊愈的标志,以Nlrp3炎症小体作为治疗靶点,以IL⁃1β和IL⁃18作为检测指标,相辅相成、共同作用,这将是今后攻克心血管疾病的一条新的途径.
[1] Medzhitov R.Origin and physiological roles of inflammation[J].Nature,2008,454(7203):428-435.
[2] Medzhitov R.Inflammation 2010:new adventures of an old flame[J].Cell,2010,140(6):771-776.
[3] Compan V,Baroja⁃Mazo A,López⁃Castejón G,et al.Cell volume reg⁃ulation modulates NLRP3 inflammasome activation[J].Immunity,2012,37(3):487-500.
[4] Ip WK,Medzhitov R.Macrophages monitor tissue osmolarity and induce inflammatory response through NLRP3 and NLRC4 inflam⁃masome activation[J].Nat Commun,2015,6:6931.
[5] de Torre⁃Minguela C,Mesa Del Castillo P,Pelegrin P.The NLRP3 and pyrin inflammasomes:implications in the pathophysiology of autoinflammatory diseases[J].Front Immunol,2017,8:43.
[6] Schroder K,Zhou R,Tschopp J.The NLRP3 inflammasome:a sensor for metabolic danger?[J].Science,2010,327(5963):296-300.
[7] Fenini G,Contassot E,French L E.Potential of IL⁃1,IL⁃18 and inflammasome inhibition for the treatment of inflammatory skin diseases[J].Front Pharmacol,2017,8:278.
[8]Conley SM,Abais JM,Boini KM,et al.inflammasome activation in chronic glomerular diseases[J].Curr Drug Targets,2017,18(9):1019-1029.
[9] Kayagaki N,Stowe IB,Lee BL,et al.Caspase⁃11 cleaves gasdermin D for non⁃canonical inflammasome signalling[J].Nature,2015,526(7575):666-671.
[10] Gonzalez⁃Pacheco H,Vargas⁃Alarcon G,Angeles⁃Martinez J,et al.The NLRP3 and CASP1 gene polymorphisms are associated with developing of acute coronary syndrome:a case⁃control study[J].Immunol Res,2017,65(4):862-868.
[11] Masters SL,Dunne A,Subramanian SL,et al.Activation of the NLRP3 inflammasome by islet amyloid polypeptide provides a mech⁃anism for enhanced IL⁃1β in type 2 diabetes[J].Nat Immunol,2010,11(10):897-904.
[12] Jo EK,Kim JK,Shin DM,et al.Molecular mechanisms regulating NLRP3 inflammasome activation[J].Cell Mol Immunol,2016,13(2):148-159.
[13] Luo B,Li B,Wang W,et al.NLRP3 gene silencing ameliorates dia⁃betic cardiomyopathy in a type 2 diabetes rat model[J].PLoS One,2014,9(8):e104771.
[14] Hoyt LR,Randall MJ,Ather JL,et al.Mitochondrial ROS induced by chronic ethanol exposure promote hyper⁃activation of the NLRP3 inflammasome[J].Redox Biol,2017,12:883-896.
[15] Hoseini Z,Sepahvand F,Rashidi B,et al.NLRP3 inflammasome:its regulation and involvement in atherosclerosis[J].J Cell Physiol,2017.
[16] Py BF,Kim MS,Vakifahmetoglu⁃Norberg H,et al.Deubiquitination of NLRP3 by BRCC3 critically regulates inflammasome activity[J].Mol Cell,2013,49(2):331-338.
[17] Wu LY,Ye ZN,Zhou CH,et al.Roles of pannexin⁃1 channels in inflammatory response through the TLRs/NF⁃kappa B signaling pathway following experimental subarachnoid hemorrhage in rats[J].Front Mol Neurosci,2017,10:175.
[18] Petrilli V,Papin S,Dostert C,et al.Activation of the NALP3 inflammasome is triggered by low intracellular potassium concentra⁃tion[J].Cell Death Differ,2007,14(9):1583-1589.
[19] Chen W,Zhao M,Zhao S,et al.Activation of the TXNIP/NLRP3 inflammasome pathway contributes to inflammation in diabetic reti⁃nopathy:a novel inhibitory effect of minocycline[J].Inflamm Res,2017,66(2):157-166.
[20] Karasawa T,Takahashi M.Role of NLRP3 Inflammasomes in Ather⁃osclerosis[J].J Atheroscler Thromb,2017,24(5):443-451.
[21] Wen H,Ting JP,O’Neill LA.A role for the NLRP3 inflammasome in metabolic diseases⁃⁃did Warburg miss inflammation?[J].Nat Immunol,2012,13(4):352-357.
[22] Kwak A,Lee Y,Kim H,et al.Intracellular interleukin(IL)⁃1 fam⁃ily cytokine processing enzyme[J].Arch Pharm Res,2016,39(11):1556-1564.
[23] Siddiqui NA,Sophie Z,Zafar F,et al.Predictors for the develop⁃ment of post⁃thrombotic syndrome in patients with primary lower limb deep venous thrombosis:A case⁃control study[J].Vascular,2017,25(1):10-18.
[24] Mantovani A,Sica A,Sozzani S,et al.The chemokine system in diverse forms of macrophage activation and polarization[J].Trends Immunol,2004,25(12):677-686.
[25] Awad F,Assrawi E,Jumeau C,et al.Impact of human monocyte and macrophage polarization on NLR expression and NLRP3 inflam⁃masome activation[J].PLoS One,2017,12(4):e175336.
[26] Qiao Y,Wang P,Qi J,et al.TLR⁃induced NF⁃kappaB activation regulates NLRP3 expression in murine macrophages[J].FEBS Lett,2012,586(7):1022-1026.
[27] Zhu D,Wang H,Zhang J,et al.Irisin improves endothelial function in type 2 diabetes through reducing oxidative/nitrative stresses[J].J Mol Cell Cardiol,2015,87:138-147.
[28] Komarova Y,Kruse KJ,Mehta D,et al.Response by Komarova et al to letter regarding article,“protein interactions at endothelial junctions and signaling mechanisms regulating endothelial permeability”[J].Circ Res,2017,120(5):e28.
[29] Dejana E,Orsenigo F.Endothelial adherens junctions at a glance[J].J Cell Sci,2013,126(Pt 12):2545-2549.
[30] Younis WH,Al⁃Rawi NH,Mohamed MA,et al.Molecular events on tooth socket healing in diabetic rabbits[J].Br J Oral Maxillofac Surg,2013,51(8):932-936.
[31] Wang W,Wu QH,Sui Y,et al.Rutin protects endothelial dysfunction by disturbing Nox4 and ROS⁃sensitive NLRP3 inflammasome[J].Biomed Pharmacother,2017,86:32-40.
[32] Wen H,Gris D,Lei Y,et al.Fatty acid⁃induced NLRP3⁃ASC inflammasome activation interferes with insulin signaling[J].Nat Immunol,2011,12(5):408-415.
[33] Lee S,Kim SM,Lee RT.Thioredoxin and thioredoxin target pro⁃teins:from molecular mechanisms to functional significance[J].Antioxid Redox Signal,2013,18(10):1165-1207.
[34] Martinon F,Burns K,Tschopp J.The inflammasome:a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and process⁃ing of proIL⁃β[J].Mol Cell,2002,10(2):417-426.
[35] Gu YT,Xue YX,Wang YF,et al.Role of ROS/RhoA/PI3K/PKB signaling in NS1619⁃mediated blood⁃tumor barrier permeability increase[J].J Mol Neurosci,2012,48(1):302-312.
[36] Keyel PA.How is inflammation initiated?Individual influences of IL⁃1,IL⁃18 and HMGB1[J].Cytokine,2014,69(1):136-145.
[36] Keyel PA.How is inflammation initiated?Individual influences of IL⁃1,IL⁃18 and HMGB1[J].Cytokine,2014,69(1):136-145.
[37] Wang Z,Liang Q,Zhang Y,et al.An optimized HMGB1 expressed by recombinant rabies virus enhances immunogenicity through acti⁃vation of dendritic cells in mice[J].Oncotarget,2017.
[38] Chen Y,Wang L,Pitzer AL,et al.Contribution of redox⁃dependent activation of endothelial Nlrp3 inflammasomes to hyperglycemia⁃in⁃duced endothelial dysfunction[J].J Mol Med(Berl),2016,94(12):1335-1347.
[39] Ter Braake AD,Shanahan CM,de Baaij J.Magnesium counteracts vascular calcification:passive interference or active modulation?[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2017.
[40] Nakajima S,Ito H,Mitsuhashi T,et al.Clinical application of effec⁃tive atomic number for classifying non⁃calcified coronary plaques by dual⁃energy computed tomography[J].Atherosclerosis,2017,261:138-143.
[41]Neves PO,Andrade J,Moncao H.Coronary artery calcium score:current status[J].Radiol Bras,2017,50(3):182⁃189.
[42] Ridker PM.Hyperlipidemia as an instigator of inflammation:inaugu⁃rating new approaches to vascular prevention[J].J Am Heart As⁃soc,2012,1(1):3-5.
[43] Ewence AE,Bootman M,Roderick HL,et al.Calcium phosphate crystals induce cell death in human vascular smooth muscle cells:a potential mechanism in atherosclerotic plaque destabilization[J].Circ Res,2008,103(5):e28-e34.
[44] Wen C,Yang X,Yan Z,et al.Nalp3 inflammasome is activated and required for vascular smooth muscle cell calcification[J].Int J Car⁃diol,2013,168(3):2242-2247.
[45] Ewence AE,Bootman M,Roderick HL,et al.Calcium phosphate crystals induce cell death in human vascular smooth muscle cells:a potential mechanism in atherosclerotic plaque destabilization[J].Circ Res,2008,103(5):e28-e34.
[46] Masters SL,Latz E,O’Neill LA.The inflammasome in atherosclero⁃sis and type 2 diabetes[J].Sci Transl Med,2011,3(81):81ps17.[47]Yang HY,Bian YF,Zhang HP,et al.LOX1 is implicated in oxi⁃dized low density lipoprotein induced oxidative stress of macrophages in atherosclerosis[J].Mol Med Rep,2015,12(4):5335-5341.
[48] Kajihara N,Kukidome D,Sada K,et al.Low glucose induces mito⁃chondrial reactive oxygen species via fatty acid oxidation in bovine aortic endothelial cells[J].J Diabetes Investig,2017.
[49] Bullon P,Cano⁃Garcia FJ,Alcocer⁃Gomez E,et al.Could NLRP3⁃inflammasome be a cardiovascular risk biomarker in acute myocardi⁃al infarction patients?[J].Antioxid Redox Signal,2017.
[50] Dalekos GN,Elisaf M,Bairaktari E,et al.Increased serum levels of interleukin⁃1beta in the systemic circulation of patients with essen⁃tial hypertension:additional risk factor for atherogenesis in hyper⁃tensive patients?[J].J Lab Clin Med,1997,129(3):300-308.
[51] Chandrasekar B,Mummidi S,Mahimainathan L,et al.Interleukin⁃18⁃induced human coronary artery smooth muscle cell migration is dependent on NF⁃kappaB⁃and AP⁃1⁃mediated matrix metalloprotei⁃nase⁃9 expression and is inhibited by atorvastatin[J].J Biol Chem,2006,281(22):15099-15109.
[52] Weir MR,Dzau VJ.The renin⁃angiotensin⁃aldosterone system:a specific target for hypertension management[J].Am J Hypertens,1999,12(12 Pt 3):205S-213S.
[53] Touyz RM,Briones AM.Reactive oxygen species and vascular biolo⁃gy:implications in human hypertension[J].Hypertens Res,2011,34(1):5-14.
[54] Tschopp J,Schroder K.NLRP3 inflammasome activation:The con⁃vergence of multiple signalling pathways on ROS production?[J].Nat Rev Immunol,2010,10(3):210-215.
[55] Vonend O,Turner CM,Chan CM,et al.Glomerular expression of the ATP⁃sensitive P2X receptor in diabetic and hypertensive rat models[J].Kidney Int,2004,66(1):157-166.
[56] Tang B,Chen GX,Liang MY,et al.Ellagic acid prevents monocro⁃taline⁃induced pulmonary artery hypertension via inhibiting NLRP3 inflammasome activation in rats[J].Int J Cardiol,2015,180:134-141.
[57] Afrasyab A,Qu P,Zhao Y,et al.Correlation of NLRP3 with severi⁃ty and prognosis of coronary atherosclerosis in acute coronary syn⁃drome patients[J].Heart Vessels,2016,31(8):1218-1229.
[58] Wen C,Yang X,Yan Z,et al.Nalp3 inflammasome is activated and required for vascular smooth muscle cell calcification[J].Int J Car⁃diol,2013,168(3):2242-2247.
[59] Zhao X,Gu C,Yan C,et al.NALP3⁃inflammasome⁃related gene polymorphisms in patients with prehypertension and coronary athero⁃sclerosis[J].Biomed Res Int,2016,2016:7395627.
[60] Fujisue K,Sugamura K,Kurokawa H,et al.Colchicine improves survival,left ventricular remodeling,and chronic cardiac function after acute myocardial infarction[J].Circ J,2017.
[61] Zheng F,Xing S,Gong Z,et al.NLRP3 inflammasomes show high expression in aorta of patients with atherosclerosis[J].Heart Lung Circ,2013,22(9):746-750.
[62] Wang Y,Wei S,Wang YL,et al.Protective effects of circulating microvesicles derived from myocardial ischemic rats on apoptosis of cardiomyocytes in myocardial ischemia/reperfusion injury[J].Oncotarget,2017.
[63] Das A,Samidurai A,Hoke NN,et al.Hydrogen sulfide mediates the cardioprotective effects of gene therapy with PKG⁃Ialpha[J].Basic Res Cardiol,2015,110(4):42.
[64] Mezzaroma E,Toldo S,Farkas D,et al.The inflammasome promotes adverse cardiac remodeling following acute myocardial infarction in the mouse[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(49):19725-19730.
[65] Toldo S,Mezzaroma E,O’Brien L,et al.Interleukin⁃18 mediates interleukin⁃1⁃induced cardiac dysfunction[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2014,306(7):H1025-H1031.
[66] Kim YM,Talanian RV,Li J,et al.Nitric oxide prevents IL⁃1beta and IFN⁃gamma⁃inducing factor(IL⁃18)release from macrophages by inhibiting caspase⁃1(IL⁃1beta⁃converting enzyme)[J].J Immu⁃nol,1998,161(8):4122-4128.
[67] Kawaguchi M,Takahashi M,Hata T,et al.Inflammasome activation of cardiac fibroblasts is essential for myocardial ischemia/reperfusion injury[J].Circulation,2011,123(6):594-604.
Research progress of association between Nlrp3 inflammasome activation and cardiovascular disease
ZHOU Xing1,YE Li-Feng1,WU Yan-Jiao1,HUANG Yi2,CHEN Yang11School of Chinese Meteria Medica,Guangzhou University of Chi⁃nese Medicine,Guangzhou 510006,China;2Department of Oral Medicine,First Affiliated Hospital of Jinan University,Guang⁃zhou 510630,China
Inflammasomes are multiprotein oligomer that play an important role in cleavage and activation of a variety of inflamma⁃tory factors,such as IL⁃1β,IL⁃18,HMGB1.Recently,the Nlrp3(nucleotide⁃binding domain and leucine⁃rich repeat pyrin domain containing 3)inflammasome plays a critical role in the develop⁃ment of vascular disease.It has been known that the Nlrp3 inflam⁃masome usually consists of three main components including Nlrp3,ASC and pro⁃caspase⁃1.In addition,Nlrp3 inflammasome could activate a series of inflammatory pathways by the classic or non⁃classic pathway,such as induction of apoptosis,pyroptosis,and plasma membrane permeability damage and cell dysfunction.Therefore,the research of Nlrp3 inflammasome is particularly critical in the study of cardiovascular disease.The association between the activation of Nlrp3 inflammasome and the mechanism of cardiovascular disease is briefly described in this review.
cardiovascular disease;inflammasome;Nlrp3
R392【文献识别码】A
2017-06-15;接受日期:2017-07-04
国家自然科学基金青年项目(81603587,81603668);广东省
中医药管理局(20161076);“青年英才培养”工程基金项目(QNYC20170105);大学生科技创新培育专项资金(pdjh2017a0114);全国大学生创新创业大赛(201710572264);大学生创新创业训练计划项目(201710572165);大学生创新创业训练计划项目(201610572156);广东省科技计划项目(2017A020211016)
周 星.硕士.研究方向:中药药理.E⁃mail:825815023@qq.com
陈 扬.博士,正研究员.研究方向:心脑血管药理.E⁃mail:ychen8@gzucm.edu.cn
2095⁃6894(2017)10⁃81⁃07