炎症小体活化对脊髓损伤局部免疫微环境的影响①

王赛男 综述 胡建国 吕合作 审校

(蚌埠医学院第一附属医院检验科，感染与免疫安徽省重点实验室，组织移植安徽省重点实验室，蚌埠 233000)

炎症小体(Inflammasome)是近年来发现的一类大分子复合物，属于固有免疫系统，炎症小体的活化能够裂解pro-IL-1β和pro-IL-18，产生具有活性形式的IL-1β和IL-18，引起下游一系列炎症反应，还能够调节caspase-1，诱导细胞在病理状态下的程序性死亡。脊髓损伤(Spinal cord injury,SCI)是指由于各种原因导致的脊髓完全或不完全伤害。脊髓损伤后，损伤的脊髓局部免疫微环境发生改变，出现多种功能不同的免疫细胞，这些细胞含有很多功能不同的亚群，例如，辅助性T淋巴细胞1型(Th1)、17型(Th17)等。目前，已经发现多种炎症小体与中枢神经系统的病理变化有关。本文将对这几种炎症小体的结构、组成、功能以及在脊髓损伤中的作用做一总结。

1 炎症小体与中枢神经系统(Central nervous system，CNS)损伤

炎症小体是一类位于细胞质中的高分子量多蛋白质复合物，主要由三部分组成，胞内模式识别受体[如核苷酸结合寡聚化结构域样受体(Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)、AIM-2(Absent in melanoma 2)样受体(AIM-2 like receptor，ALRs)等]；半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase-1等)；链接两者的接头蛋白[凋亡相关斑点样蛋白(Apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)]。炎症小体属于天然免疫系统，作为机体抵抗外来病原体的第一道保护线，能够通过模式识别受体识别病原相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)或者宿主来源的损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，通过ASC募集和活化caspase-1等，活化的caspase-1可进一步切割和活化IL-1家族细胞因子(如IL-1β和IL-18)，进而导致下游炎症级联反应[1,2]。

在CNS损伤过程中，炎症小体发挥极为核心的作用。虽然，有些细节目前还不完全透彻，但炎症小体在CNS损伤后活化的大体机制已基本清楚[3,4]：一方面，CNS损伤产生的DAMPs通过模式识别受体导致NF-κB核转位，进而引起致炎性细胞因子前体(如pro-IL-1β和pro-IL-18)转录表达；另一方面，细胞死亡产生的ATP活化嘌呤受体P2X4，引起钾外流，导致细胞外钾离子浓度增加，继而通道蛋白Pannexin-1活化、开放、释放ATP，进而活化P2X7受体，活化的P2X7受体再活化炎症小体，进一步裂解和活化caspase-1。活化的caspase-1裂解pro-IL-1β和pro-IL-18，产生具有活性形式的IL-1β和IL-18，进而引起下一步的炎症损伤。

在CNS，神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中均可以检测到炎症小体，其胞内模式识别受体在神经元为NLRP1和AIM2，在星形胶质细胞为NLRP2，在小胶质细胞为NLRP3[5]。因此，在CNS损伤过程中，炎症小体发挥着极为重要的作用，下面对与CNS损伤相关的炎症小体进行介绍。

2 与CNS损伤有关的炎症小体的种类

2.1NALP1炎症小体 NALP1又叫NLRP1，在NLRPs家族中第一个被发现，是一种具有复杂结构域的大分子蛋白质复合物[1]。NALP1炎症小体由NALP1、caspase-1、caspase-11、ASC和X连锁凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP)组成，是de Rivero Vaccari等[6]于2008年在损伤的脊髓中发现的。NALP1的结构为各种蛋白相互作用提供一个平台，主要作用是活化炎症性caspases，以及细胞色素c介导的凋亡性caspases，从而参与了炎症反应和细胞凋亡的调节过程[7]。

NALP1蛋白表达于细胞质中，高表达于外周血淋巴细胞、心脏、胸腺、脾脏，在骨骼肌、结肠(非黏膜层)、肾、肝、小肠、胎盘、肺中低表达。有研究表明，蛋白水解作为NALP1炎症小体激活的一般机制，似乎对啮齿类和灵长类动物的快速进化做出了贡献[8]。在Li等[9]研究中，他们首次观察到炎性体系统的NALP1参与神经病理性疼痛的发展 。在损伤的大鼠脊髓中，NALP1炎症小体这个分子平台在前角脊髓运动神经元中也是存在的[6]。

2.2NALP2炎症小体 NALP2又称NLRP2，由N-端的PYD 结构域，中间的NACHT结构域，还有C-端的LRR结构域组成，NALP2的特征是含有一个先天免疫功能的N-末端PYRIN结构域，能够调节炎症小体的活化[10,11]。NALP2炎症小体在培养的星形胶质细胞也有报道，由NALP2、caspase-1和ASC组成，它与P2X7受体和通道蛋白pannexin-1形成蛋白-蛋白相互作用，能够被高浓度ATP活化，能够激活促炎caspase-1，导致IL-β的激活[12-14]。

相对于NALP1来说，NALP2的研究不是那么彻底，尤其是在中枢神经系统方面，对NALP2目前了解的还很有限，研究主要集中在生殖系统和胚胎发育过程中的作用。有研究验证了NALP2能够建立或者维持人类基因组印迹这个假说[15]。NALP2作为一个哺乳类动物的母体效应基因，在小鼠的早期胚胎发育中有着重要作用，缺失该基因，小鼠的卵母细胞可以通过减数分裂中期发育并排出第一极体，但是在卵母细胞分裂期受阻[16]。值得注意的是，与年轻的成年NALP2缺陷小鼠卵母细胞不同，成熟小鼠活化卵母细胞发育较慢，不能达到囊胚期[17]。研究还发现在体内模型及其在缺血性脑卒中的体外模型中，NALP2水平明显升高，表明NALP2可能在缺血性卒中的病理生理过程中发挥重要的作用；另外在中枢神经系统中，NALP2蛋白也是表达的，而且星形胶质细胞是产生NALP2的主要形式，NALP2在星形胶质中发挥的炎症作用也是同样重要的[18]。

2.3NALP3炎症小体 NALP3与NALP2结构相似，是由一个PYD 结构域、一个NACHT结构域、还有一个LRR结构域组成[19]。NALP3炎症小体包括NALP3、caspase-1和ASC三部分，存在于成纤维细胞、单核细胞、巨噬细胞等，是目前研究最为热门和透彻的一类炎症小体[20]。在CNS，它分布在小胶质细胞中，最近的研究也证实它在脊髓损伤后有明显的表达和活化[21,22]。NALP3炎性物质是一种蛋白质复合物，刺激caspase-1的激活促进加工和促炎性细胞因子的分泌，可以被内源性的危险信号和病原体相关的化合物活化，同时热休克蛋白可能会与NALP3结合并抑制它的活化[23]。

有报道表明，NALP3参与小鼠的皮肤创伤修复，且NALP3敲除的小鼠的皮肤损伤修复速度明显降低[24]。NALP3在一些自身炎症性疾病中具有很重要的作用，像家族性地中海热、肿瘤坏死因子受体相关周期综合征、化脓性关节炎等等[25]。NALP3还与一些自身免疫性疾病和一些感染性疾病的发病机制密切相关：NALP3炎性体在对金黄色葡萄球菌的炎症反应中起作用[26]。此外，NALP3可能是小胶质细胞介导的几种中枢神经系统疾病的一个关键调节因子，比如说阿尔茨海默氏病[27]。由此可见，NALP3与中枢神经系统有着密切的关系。

2.4AIM2炎症小体 AIM2是一种343氨基酸蛋白质，有N-末端DAPIN(或pyrin)域和C-末端HIN-200域，已知有两种寡核苷结合折叠。AIM2由细菌、病毒或者异位的双链DNA激活。AIM2在免疫系统以外的组织表达，像外周血淋巴细胞、脾脏、小肠等[28]。AIM2能够识别细胞内双链DNA,并且可以形成一个伴有ASC的caspase-1活化炎症小体，是一种含有caspase激活域的蛋白[29]。大脑皮层神经元中的AIM2炎症小体由AIM2、ASC和caspase-1组成，脑损伤时释放的DNA可以被AIM2炎症小体识别，导致下游炎症级联、触发炎症小体介导的程序性细胞死亡[30,31]。AIM2炎症小体能够直接证明AIM2样受体蛋白与活化的配体之间有着直接影响。

有研究表明，AIM2在牙髓组织中表达，在牙髓炎介导炎症反应,还与白细胞介素-1有着密切的联系[32]。在放射性肺炎中，放射性治疗能够引发AIM2的一些关键部分改变，放疗引起的AIM2活化可能对放射性非得发病机制有所帮助[33]。Juan Pablo de Rivero Vaccari的实验室最近的工作表明AIM2与ASC和caspase-1形成皮层神经元DNA反应性炎症小体[34]。在中枢神经系统感染和损伤中，神经炎症是一种很重要的细胞死亡机制，而Adamczak等[30]的研究结果表明，皮质神经元表达的AIM2，是由双链DNA活化并能诱导炎性细胞死亡。

3 炎症小体与脊髓损伤免疫微环境

脊髓损伤是指由于各种原因导致的脊髓完全或不完全伤害，它造成患者完全或不完全性瘫痪、失去感觉或感觉异常、相关器官的功能减弱或丧失。在过去十年中，中国的脊髓损伤病例增加了十倍，并且有上升和年轻化趋势[35]。因此，研究修复脊髓损伤的有效治疗方法，对于提高患者的生活质量、减轻社会医疗负担，其意义不言而喻。

脊髓损伤后，损伤局部微环境会出现多种功能不同的免疫细胞。近年来的研究表明：局部活化的小胶质细胞、浸润的单核细胞和T淋巴细胞在脊髓损伤和修复过程中扮演重要的角色，这些细胞包含不同的功能亚群(神经保护和神经损害)[36-39]；其中辅助性T淋巴细胞1型(Th1)、17型(Th17)和M1型小胶质/巨噬细胞(M1细胞)是神经损害性的，而辅助性T淋巴细胞2型(Th2)、调节性T细胞(Treg)和M2型小胶质/巨噬细胞(M2细胞)则具有神经保护作用[38,40]；在没有任何治疗干预的情况下，在脊髓损伤的早期，神经损害性和保护性的免疫细胞在损伤局部均存在，但保护性的群体是一过性的，而损害性的群体及其产生的细胞因子存在时间长且占优势[36，39]。这表明，自然条件下损伤脊髓局部微环境中的免疫细胞亚群是“阴阳”失衡的，破坏性的亚群和细胞因子占主导地位，是造成脊髓损伤病理损伤的重要机制。尽管如此，这些研究也仅仅是初步弄清了脊髓损伤后局部免疫微环境的变化规律，但其背后的机制仍需进一步探讨。

虽然，炎症小体的活化及其导致的IL-1β和IL-18在脊髓损伤部位均有表达[41-44]，但迄今未见它们对脊髓损伤局部免疫微环境影响的报道。体外研究表明，IL-1或IL-18协同IL-23可以促进Th17细胞和γδT细胞IL-17的产生[45]。最近也有报道，上皮细胞炎症小体来源的IL-18能够促进Th1和Th17的极化[46]。在自身免疫性肾病中，炎症小体来源的IL-1β和IL-18也能够促进Th1和Th17的极化导致自身免疫性炎症[47]。总之，根据目前国内外研究进展，我们认为：脊髓损伤后，炎症小体活化是造成脊髓损伤局部免疫微环境不利于损伤修复的重要机制；以炎症小体为中心，可以通过多靶点选择阻断剂，改善局部免疫微环境、发挥神经保护作用。

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