核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3炎症小体与高血压病的研究进展

马秀英 戴晨 综述 张源明 审校

(新疆医科大学第一附属医院心脏中心,新疆 乌鲁木齐 830000)

高血压是影响全球健康的一种疾病，且是全球两大死因——缺血性心脏病和卒中的主要危险因素。血管系统、肾脏和交感神经系统的功能对于控制和维持血压至关重要，血管阻力、弹性以及内皮功能障碍是高血压的标志。除了血管系统，肾脏和中枢神经系统的作用外，最近也有越来越多的证据表明炎症在高血压的发生发展中起到重要作用，所有与炎症相关机制，如黏附分子及趋化因子的表达，免疫细胞的活化，细胞因子的释放和氧化应激作用的增强都起到一定的作用[1]。然而，与高血压相关的具体炎症反应机制仍然不是非常明确。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体与许多炎症性疾病相关，如类风湿性关节炎及痛风等。最新研究显示NLRP3炎症小体与高血压的关系也非常密切。一些研究发现，高血压人群中炎症因子水平增加，且高血压的发生可用炎症因子水平的高低来预测[2]。亦有报道指出，NLRP3炎症小体可能成为一种高血压早期预测的潜在生物标志物和治疗靶点[3]。

1 NLRP3炎症小体简介

NOD样受体(NLR)是PRR家族的成员之一，NLR各个成员是根据其三个结构域的同源性进行分类的。 N末端效应结构域可以包括吡啶结构域、胱天蛋白酶(Caspase)募集结构域或杆状病毒抑制性重链结构域，并且是NLR可进一步分类的基础。核苷酸结合寡聚化结构域是所有NLR蛋白质的共同特征，其后是C末端富含亮氨酸的重复结构域[4]。其中最具特征的NLR是NLRP3炎症小体。近年来，已对NLRP3炎症小体与外源性病原体相关分子模式及内源性损伤相关分子模式的关系获得多样认知，其由NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白(ASC)及Caspase-1组成。当受到内源性或外源性介质的刺激时，这些细胞内组分聚集成大分子复合物并启动级联反应导致白介素(IL)-1β、IL-18的成熟及释放，这些明显的促炎细胞因子可引发炎症级联反应，在先天性免疫细胞及适应性免疫应答中起作用，对组织及靶器官起到损伤作用[5]。

2 IL-1β与高血压

IL-1β可上调血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)受体的表达，使AngⅡ的作用增强，促进钠离子在血管及肾脏中的潴留，进而引起血管的收缩及重建，导致高血压的发生发展[6]。有实验研究显示，当给大鼠体内静脉输注IL-1β时，可使血管收缩反应呈剂量依赖性，并导致血压升高，提示IL-1β可能对血压调节有直接作用[7]。IL-1β是NLRP3炎症细胞活化的产物，与许多免疫相关的促炎细胞因子有联系，其释放通常与先天免疫系统的细胞相关。然而，目前尚不清楚这种细胞因子是否涉及特异性高血压增强或者只是疾病进展的生物标志物[8]。有趣的是，许多研究已经证明IL-1β抑制或IL-1受体阻断具有抗高血压作用。紫癜前期的特征是高血压和蛋白尿，而全身炎症反应是紫癜前期的一个重要发病机制，在紫癜前期的孕妇中，IL -1家族的细胞因子明显升高，其中包括IL-1β[9]。Qi等[10]研究发现，使用IL-1β受体抑制剂可使盐敏感性高血压的血压降低。说明IL-1β的活化在盐敏感性高血压中起了较大作用，而抑制IL-1β可能是盐敏感性高血压的有效辅助治疗方法。有研究发现：在血压高期间，肾素-血管紧张素系统激活可使肾脏中IL-1β的表达水平升高，IL-1β在肾单位中通过促进Na-K-2Cl共同转运蛋白介导的钠转运来增强肾素-血管紧张素系统依赖性高血压的严重性[11]。这些研究是令人兴奋的，因为IL-1阻断剂和受体拮抗剂已在临床上被批准用于治疗类风湿性关节炎。

3 NLRP3炎症小体与高血压

3.1 NLRP3与醛固酮的关系

近年来有研究显示钾离子水平的降低可能是NLRP3炎症小体激活的主要机制之一[12]。NLRP3炎症小体在醛固酮诱导的血管功能障碍中起核心作用。长期在小鼠体内输注醛固酮可导致血浆IL-1β水平升高和血管损伤。缺乏IL-1受体、NLRP3及Caspase-1可保护小鼠免受醛固酮诱导的血管损伤。在体外，醛固酮通过激活核因子κB(NF-κB)信号传导和活性氧的生成，刺激骨髓来源的巨噬细胞分泌NLRP3依赖性IL-1β。此外，在NLRP3缺陷小鼠模型中，免疫细胞中的NLRP3可介导醛固酮诱导的血管损伤。此外，醛固酮的增加可促进外周血单核细胞中的NLRP3、Caspase-1和成熟IL-1β的表达。醛固酮增高的高血压患者表现出NLRP3炎症细胞活性的增加。这些数据表明NLRP3炎症细胞通过激活IL-1受体参与醛固酮的血管损伤作用，而NLRP3炎症小体可能成为高醛固酮水平相关疾病的潜在治疗靶标[13]。Wang等[14]报道，在两肾一夹小鼠模型中( 2K1C小鼠——即在动物双肾中，钳夹一侧肾脏的肾动脉导致高血压的发生)，小鼠血压升高，以及NLRP3、IL-1β和IL-1α的肾脏表达增加。然而，NLRP3和ASC敲除后2K1C小鼠则不会发生高血压。抗IL-1β抗体可降低2K1C小鼠的肾素活性和血压。此外，NLRP3敲除小鼠不会发展成盐敏感性高血压。更重要的是，NLRP3敲除小鼠肾脏及心脏的增大也会明显减轻，这表明NLRP3炎症小体不仅有助于高血压发展，也与高血压终末期器官肥大相关,在高血压小鼠模型中，研究已经证明抑制炎症小体对双肾有保护作用，其中NLRP3或ASC缺陷可防止血压升高并降低血浆肾素活性。

3.2 NLRP3与盐敏感性高血压

研究显示盐敏感性高血压大鼠下丘脑室旁核(PVN)中NLRP3、Caspase-1和IL-1β的表达增加。此外，抑制PVN中NF-κB后这些变化被减弱了，血压也降低，而IL-1β对NLRP3炎症小体预激过程的调控是依赖于NF-κB，其中促炎细胞因子引起的交感神经激活及其相互作用有助于高血压的发生发展[15]，然而，NF-κB在PVN中如何触发NLRP3炎症细胞激活是未知的。肾脏中的NLRP3表达主要位于肾髓质中。此外，高盐饮食增加了盐敏感性大鼠肾髓质中的NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β和单核细胞趋化蛋白-1表达。更重要的是，用Caspase-1抑制剂治疗盐敏感性大鼠后，血压升高变缓，Caspase-1和IL-1β的表达水平也开始正常化[16]。此外，肾小管上皮内注射尿酸钠(NLRP3激动剂)会减少肾髓质血流量、钠和水排泄量，提示NLRP3会影响到肾髓质血管收缩以及肾小管再吸收。这些作用在NLRP3和ASC敲除小鼠以及使用Caspase-1抑制剂时可被消除[17-18]。因此，NLRP3可能在钠排泄中发挥重要作用，从而在血压升高方面起作用，特别是在炎症或肾髓质损伤相关疾病中。在采用醋酸脱氧皮质酮-盐处理及输注AngⅡ的ASC敲除小鼠中肾NLRP3、Caspase-1和IL-1β蛋白表达增加。此外，肾脏炎症反应在ASC敲除小鼠中减弱以及肾巨噬细胞浸润和纤维化降低[19]。高盐饮食后，在给大鼠输注醛固酮后发现类似的结果,这些大鼠的肾巨噬细胞和T细胞浸润增加，这与NLRP3和Caspase-1表达增加相关，与细胞因子和趋化因子如肿瘤坏死因子-α、IL-1β、γ-干扰素和单核细胞趋化蛋白-1表达增加也有相关性。治疗后，醛固酮-高盐引起的高血压减轻。咪唑立宾的抗高血压作用与NLRP3和Caspase-1蛋白表达减弱和细胞因子表达的正常化有关[20]。总之，这些数据表明NLRP3在高血压的发生发展中的作用，NLRP3调节剂被用作高血压治疗靶点的可能性。

3.3 NLRP3基因多态性与高血压

NLRP3基因多态性与高血压的研究也越来越受到关注。NLRP3基因位于1q44，NLRP3基因的SNPs位点有一千多个。突变主要发生在神经元凋亡抑制蛋白结构域，其结果是造成NLRP3结构改变，使其在静息状态下不能进行自我抑制，始终处于激活状态，引起持续性的NF-κB、Caspase-1途径激活，最终导致自发性IL-1β和IL-18的分泌[21]。Omi等[22]进行的一项研究首次证明CIAS1基因(编码NLRP3)与人类原发性高血压的易感性之间存在相关性。与12例非重复等位基因的纯合子相比，特定12例重复等位基因纯合子平均动脉血压明显升高。此外，12例重复等位基因的健康年轻患者的外周白细胞CIAS1表达增加。同样地，Kunnas等[23]报道NLRP3基因多态性与50岁以上患者的收缩压和舒张压相关，但与高血压诊断无相关性。高血压也是卒中的危险因素，NLRP3基因多态性也增加了中国人群缺血性卒中的风险[24]。一项来自西方6个中心的研究发现NLRP3基因rs1539019多态性与心血管疾病的发生密切相关[25]。这些研究结果表明NLRP3基因多态性与高血压的关系也非常密切。

4 结语

在过去的十年里，已经做了大量NLRP3在心血管疾病中作用的研究，如参与动脉粥样硬化、心肌损伤、冠状动脉疾病、血管炎症和动脉高血压等。NLRP3与高血压关系的研究也有了一些进展。然而，介导这些炎症反应的具体机制、NLRP3调控血压升高的具体途径及其他途径与炎症小体的相互关系仍然不明确。炎症小体的进一步研究也使炎症小体成为高血压的治疗靶点成为可能。

[1] Caillon A,Schiffrin EL.Role of inflammation and immunity in hypertension:recent epidemiological,laboratory,and clinical evidence[J].Curr Hypertens Rep,2016,18(3):21.

[2] Pauletto P,Rattazzi M.Inflammation and hypertension:the search for a link[J].Nephrol Dial Transplant,2006,21(4):850-853.

[3] de Miguel C,Rudemiller NP,Abais JM,et al.Inflammation and hypertension:new understandings and potential therapeutic targets[J].Curr Hypertens Rep,2015,17(1):507-516.

[4] Sutterwala FS,Haasken S,Cassel SL.Mechanism of NLRP3 inflammasome activation[J].Ann N Y Acad Sci,2014,1319(1):82-88.

[5] Elinav E,Henao-Mejia J,Flavell RA.Integrative inflammasome activity in the regulation of intestinal mucosal immune responses[J].Mucosal Immunol,2013,6(1):4-13.

[6] Henao-Mejia J,Elinav E,Strowig T,et al.Inflammasomes:far beyond inflammation[J].Nat Immunol,2012,13(4):321-324.

[7] Takahashi H,Nishimura M,Sakamoto M,et al.Effects of interleukin-1 beta on blood pressure,sympathetic nerve activity,and pituitary endocrine functions in anesthetized rats[J].Am J Hypertens,1992,5(4):224-229.

[8] Krishnan SM,Sobey CG,Latz E,et al.IL-1β and IL-18:inflammatory markers or mediators of hypertension?[J].Br J Pharmacol,2014,171(24):5589-5602.

[9] Southcombe JH,Redman CW,Sargent IL,et al.Interleukin-1 family cytokines and their regulatory proteins in normal pregnancy and pre-eclampsia[J].Clin Exp Immunol,2015,181(3):480-490.

[10] Qi J,Zhao XF,Yu XJ,et al.Targeting interleukin-1 beta,to suppress sympathoexcitation in hypothalamic paraventricular nucleus in Dahl salt-sensitive hypertensive rats[J].Cardiovasc Toxicol,2016,16(3):298-306.

[11] Zhang J,Rudemiller NP,Patel MB,et al.Interleukin-1 receptor activation potentiates salt reabsorption in angiotensin Ⅱ-induced hypertension via the NKCC2 co-transporter in the nephron[J].Cell Metab,2015,23(2):360-368.

[12] Zhu J,Yang Y,Hu SG,et al.T-lymphocyte Kv1.3 channel activation triggers the NLRP3 inflammasome signaling pathway in hypertensive patients[J].Exp Ther Med,2017,14(1):147-154.

[13] Bruder-Nascimento T,Ferreira NS,Zanotto CZ,et al.NLRP3 inflammasome mediates aldosterone-induced vascular damage[J].Circulation,2016,134(23):1866-1880.

[14] Wang Q,So A,Nussberger J,et al.Impact of NLRP3 inflammasome on the development of hypertension and renal and cardiac hypertrophy in 2K1C and DOCA/salt mice[J].Kidney Res Clin Pract,2012,31(2):A83-A83.

[15] Qi J,Yu XJ,Shi XL,et al.NF-κB blockade in hypothalamic paraventricular nucleus inhibits high-salt-induced hypertension through NLRP3 and caspase-1[J].Cardiovasc Toxicol,2015,16(4):345-354.

[16] Zhao XJ,Yang YZ,Zheng YJ,et al.Magnesium isoglycyrrhizinate blocks fructose-induced hepatic NF-κB/NLRP3 inflammasome activation and lipid metabolism disorder[J].Eur J Pharmacol,2017,8(15):141-150.

[17] Xia M,Abais JM,Koka S,et al.Characterization and activation of NLRP3 inflammasomes in the renal medulla in mice[J].Kidney Blood Press Res,2016,41(2):208-221.

[18] Krishnan SM,Dowling JK,Ling YH,et al.Inflammasome activity is essential for one kidney/deoxycorticosterone acetate/salt-induced hypertension in mice[J].Br J Pharmacol,2016,173(4):752-765.

[19] Zhu Q,Li XX,Wang W,et al.Mesenchymal stem cell transplantation inhibited high salt-induced activation of the NLRP3 inflammasome in the renal medulla in Dahl S rats[J].Am J Physiol Renal Physiol,2016,310(7):F621-F627.

[20] Doi T,Doi S,Nakashima A,et al.Mizoribine ameliorates renal injury and hypertension along with the attenuation of renal caspase-1 expression in aldosterone-salt-treated rats[J].PLoS One,2014,9(4):e93513-e93513.

[21] Zhang AQ,Zeng L,Gu W,et al.Clinical relevance of single nucleotide polymorphisms within the entire NLRP3 gene in patients with major blunt trauma[J].Crit Care,2011,15(6):1-10.

[22] Omi T,Kumada M,Kamesaki T,et al.An intronic variable number of tandem repeat polymorphisms of the cold-induced autoinflammatory syndrome 1(CIAS1) gene modifies gene expression and is associated with essential hypertension[J].Eur J Hum Genet,2006,14(12):1295-1305.

[23] Kunnas T,MttK,Nikkari ST.NLR family pyrin domain contain 3(NLRP3) inflammasome NLR family pyrin domain containing 3(NLRP3) inflammasome gene polymorphism rs7512998(C>T) predicts aging-related increase of blood pressure,the TAMRISK study[J].Immun Ageing,2015,12(19):1-5

[24] Zhu Z,Jing Y,Geng C,et al.A Polymorphism within the 3′UTR of NLRP3,is associated with susceptibility for ischemic stroke in Chinese population[J].Cell Mol Neurobiol,2016,36(6):981-988.

[25] Dehghan A,Yang Q,Peters A,et al.Association of novel genetic Loci with circulating fibrinogen levels:a genome-wide association study in 6 population-based cohorts[J].Circ Cardiovasc Genet,2009,2(2):125-133S