NLRP3炎性小体在糖尿病肾病中作用的研究进展

闫志峰，刘姗姗，闫鸿

(中国人民解放军第二零二医院，沈阳110003)

NLRP3炎性小体在糖尿病肾病中作用的研究进展

闫志峰，刘姗姗，闫鸿

(中国人民解放军第二零二医院，沈阳110003)

糖尿病肾病的发生与炎症相关。近年研究发现，NLRP3炎性小体-Caspase-1-IL-1β/ IL-18轴在糖尿病肾病中起重要作用。活性氧(ROS)-硫氧还原蛋白结合蛋白(TXNIP)-NLRP3通路、NF-κB-NLRP3炎性小体通路、Nrf2-NLRP3炎性小体通路、线粒体ROS通路、ATP-P2X4-NLRP3炎性小体通路、长链非编码RNA(LncRNA)通路等参与糖尿病肾病的发病。多种NLRP3炎性小体抑制剂则可抑制糖尿病肾病的发生。

糖尿病肾病；模式识别受体；NLRP3炎性小体；炎症通路

糖尿病肾病是终末期肾病新发病例的主要病因[1]。先天性免疫应答是微炎症状态的核心，糖尿病并发症的发生与其密切相关[2]。研究发现，炎症通路在糖尿病肾病的进展中起核心作用[3]。模式识别受体(PRR)是免疫细胞抵御细菌入侵和表达的第一道防线。在感染性疾病中，PRR识别病原相关分子模式(PAMPs)；在非感染疾病中，PRR识别宿主来源的危险相关分子模式(DAMPs)。表达在细胞表面的PRR包括TLR和杀伤性T细胞(CTL)，细胞内的PRR包括NOD样受体(NLR)、视黄酸诱导基因Ⅰ样受体(RLR)和HIN200家族蛋白(AIM2)等，它们可以通过识别PAMPs和DAMPs直接被激活。NLR在胞质中通过NACHT结构域募集炎性小体，并与ASC蛋白形成复合体，活化Caspase-1蛋白，介导细胞因子IL-1β及IL-18由非活化形式转变成活化形式，从而发挥作用[4]。目前在炎性小体的研究中，对NLRP3炎性小体的研究最为深入。研究证实，NLRP3炎性小体在多发性硬化、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、2型糖尿病等多种疾病发病中发挥重要作用[5]。近年研究发现，NLRP3炎性小体也涉及糖尿病肾病的发病[6]。本文对NLRP3炎性小体在糖尿病肾病中的作用进行综述。

1 NLRP3炎性小体在糖尿病肾病发生发展中的作用

NLRP3炎性小体在免疫细胞主要是巨噬细胞和树突细胞中被激活。NLRP3炎性小体可以直接感受到细菌产物、线粒体DNA、病毒和ATP微粒等表达的PAMPs和DAMPs[4]。肾脏中的免疫细胞大多数是肾内单核网状吞噬细胞，为NLRP3复合体的组装及IL-1β和IL-18的产生表达提供所有必须成分[6]。在2010年，在单侧输尿管梗阻致慢性肾损伤小鼠模型中，与对照组野生型小鼠相比，NLRP3-/-小鼠表现出肾小管损伤减轻及炎症介质如IL-1β、IL-18和Caspase-1蛋白的产生减少[7]。近年研究发现，NLRP3炎性小体在糖尿病肾病的发生发展中发挥着重要作用。2012年，Wang等[8]发现糖尿病大鼠肾脏中NLRP3炎性小体成分ASC蛋白和Caspase-1蛋白过表达，IL-1β及IL-18水平升高。体外研究观察到，在高浓度葡萄糖处理后的人肾小球系膜细胞及糖尿病大鼠肾脏中，Caspase-1蛋白、IL-1β及NLRP3炎性小体随时间依赖性增加[9]。NLRP3炎性小体可以通过促进IL-1β和IL-18成熟，作用于CD4+T细胞，从而影响TH1和TH17分化[10]。最近研究发现，与糖尿病患者及微量蛋白尿糖尿病患者相比，NLRP3炎性小体mRNA在大量蛋白尿患者外周血中高表达，且NLRP3炎性小体mRNA的表达是糖尿病肾病的独立预测因素[11]。以上研究说明，NLRP3炎性小体-Caspase-1-IL-1β/IL-18轴在糖尿病肾病中起重要作用。

2 NLRP3炎性小体导致糖尿病肾病的机制

2.1 活性氧(ROS)-硫氧还原蛋白结合蛋白(TXNIP)-NLRP3通路 TXNIP通过抑制硫氧还原蛋白系统的功能而发挥介导氧化应激作用。最近多项研究发现，NLRP3的活化与TXNIP相关。早在2010年，在HEK-293细胞、THP-1细胞及小鼠体内分离的胰岛细胞研究中发现，经ROS作用，TXNIP被活化，与NLRP3结合并相互作用，激活IL-1β[12]。2015年，对NLRP3炎性小体在糖尿病肾病中作用的研究有了突破性进展。在糖尿病动物模型中的研究发现，与非糖尿病动物相比，糖尿病大鼠及小鼠肾脏组织中TXNIP、NLRP3炎性小体及IL-1β蛋白的表达升高，且升高呈时间依赖性[13～15]。大鼠肾小球系膜细胞的研究中发现，经高浓度葡萄糖处理后，TXNIP、NLRP3炎性小体、Caspase-1、IL-1β mRNA及蛋白的表达均升高[13,16]。人肾脏足细胞在高浓度葡萄糖作用后，通过应用shRNA沉默TXNIP表达，可缓解足细胞损伤[14]。沉默大鼠肾小球系膜细胞中TXNIP表达，可抑制TXNIP-NLRP3炎性小体通路，并抑制高浓度葡萄糖诱导的细胞增殖和氧化应激[16]。

2.2 NF-κB-NLRP3炎性小体通路 研究发现，转录因子NF-κB在糖尿病肾病中同样参与NLRP3炎性小体的活化。分别对小鼠及大鼠肾脏组织进行检测发现，糖尿病组小鼠与非糖尿病组小鼠相比，NLRP3炎性小体及NF-κB的表达升高时，应用抑制剂下调NF-κB后，NLRP3炎性小体的表达下降[15,17,18]。在系膜细胞研究中发现，高浓度葡萄糖处理后，与低浓度葡萄糖处理相比，NF-κB与NLRP3炎性小体表达增加[19]。

2.3 Nrf2-NLRP3炎性小体通路 Nrf2也是一种转录因子，它控制基因表达，保护机体免受产生过量ROS引起的细胞损伤。研究发现，糖尿病小鼠肾脏中Nrf2的表达与非糖尿病小鼠相比，并无统计学差异，但是当Nrf2表达升高后，NLRP3炎性小体的活化被抑制，小鼠肾功能得到改善[18]。在细胞研究中也得到相同的结论，沉默足细胞Nrf2基因，可使其表达减少，NLRP3炎性小体的活化增加[20]。以上研究表明，高葡萄糖环境不影响Nrf2的表达，但是Nrf2表达升高可抑制NLRP3炎性小体的活化。

2.4 线粒体ROS通路 在足细胞中，线粒体ROS可触发依赖NLRP3炎性小体的IL-1β成熟。葡萄糖处理后的足细胞，应用线粒体ROS抑制剂后，线粒体ROS、NLRP3炎性小体和IL-1β的表达水平降低。在糖尿病小鼠肾小球细胞中，抑制线粒体ROS表达后，可使糖尿病小鼠肾小球中NLRP3炎性小体的激活和肾损害被抑制[21]。

2.5 ATP-P2X4-NLRP3炎性小体通路 在2型糖尿病患者肾小管上皮细胞的研究中发现，P2X4的表达增加，与尿中IL-1β和IL-18的水平呈正相关。而且，P2X4的表达与NLRP3炎性小体、IL-1β和IL-18的表达共存。体外细胞研究发现，高浓度葡萄糖可刺激细胞NLRP3炎性小体、Caspase-1、IL-1β、IL-18及ATP增加，应用三磷酸腺苷酶消耗ATP后，可阻断高浓度葡萄糖引起的此变化。应用P2X4拮抗剂或对P2X4进行基因沉默，也可阻断高浓度葡萄糖诱导下的以上蛋白的表达[22]。

2.6 长链非编码RNA(LncRNA)通路 也有学者对LncRNA调节NLRP3炎性小体进行研究。LncRNA MALAT1可通过介导miR-23c，从而靶向调节其靶基因人胚胎致死异常视觉1(ELAVL1)，调节肾小管上皮细胞的凋亡。在糖尿病大鼠肾小管上皮细胞和高浓度葡萄糖处理的人肾小管上皮细胞细胞中，发现MALAT1的表达增加，而下调MALAT1或上调miR-23c可下调ELAVL1、NLRP3炎性小体、Caspase-1的表达，以及抑制HK-2细胞的凋亡[23]。

3 抑制NLRP3炎性小体对糖尿病肾病的作用

槲皮黄酮和别嘌醇是被最早发现的可抑制糖尿病大鼠肾脏NLRP3炎性小体活化的药物[8]。后来陆续发现多种抑制剂可下调肾脏细胞中NLRP3炎性小体的表达。沙格列汀可以减少1型糖尿病和2型糖尿病小鼠肾脏中NLRP3炎性小体蛋白表达水平[24]。FL-926-16是一种肌肽衍生物，它可以减少糖尿病小鼠肾脏中NLRP3炎性小体的表达[25]。姜黄色素可抑制糖尿病小鼠肾脏皮质及暴露于高浓度葡萄糖的HK-2细胞中NLRP3炎性小体蛋白的表达水平[26]。

体内研究发现，应用千金藤素及胡椒碱，或两者联合应用可抑制糖尿病大鼠肾脏TXNIP、NF-κB及NLRP3炎性小体的表达[15]；吡格列酮治疗后可降低糖尿病小鼠血糖、血清尿素氮及肌酐水平，并通过下调NF-κB水平，进一步抑制肾脏中NLRP3炎性小体、Caspase-1、IL-18及IL-1β水平[17]；米诺环素可通过限制Nrf2泛素化，增加Nrf2蛋白的稳定性，抑制NLRP3炎性小体的表达。在Nrf-/-的糖尿病小鼠中，米诺环素失去其保护作用[20]；THBDD1可改善小鼠肾功能，通过抑制NF-κB通路及NLRP3炎性小体活化，促进肾脏中Nfr2的迁移[18]。

毛柳甙是红景天的主要成分，可改善高浓度葡萄糖作用后大鼠肾小球系膜细胞的增殖，降低ROS和MDA的水平，减少TXNIP、NLRP3炎性小体及Caspase-1的表达[16]。N-乙酰-L-半胱氨酸是一种抗氧化剂，其与毛柳甙的作用相似，也可抑制高浓度葡萄糖作用下，大鼠肾小球系膜细胞中TXNIP、NLRP3炎性小体及Caspase-1的表达[13]。Maresin-1是一种抗炎脂质介质，它可以减少高浓度葡萄糖处理后鼠肾小球系膜细胞中ROS、NLRP3炎性小体、Caspase-1及IL-1β的表达[27]。这些抑制剂的发现，对于药物治疗糖尿病肾病提供了新的方法。

NLRP3炎性小体是近10余年来发现的一种重要的蛋白复合物，它可以通过调节体内多种因子，从而对疾病的发生发展发挥作用。最近发现的一些小分子抑制剂，可通过特异性抑制NLRP3炎性小体，从而为治疗糖尿病肾病提供了新的方法。但目前需要更多的体内、外实验明确其发挥作用的机制，为未来的临床治疗提供依据。

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