核苷酸结合寡聚结构域3蛋白参与血管动脉粥样硬化的研究进展

2018-02-14高森王立平董晶晶综述赵鹃审校

心血管病学进展 2018年5期

高森王立平董晶晶综述赵鹃审校

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内科，黑龙江哈尔滨150001)

动脉粥样硬化性疾病是慢性、进展性全身系统性疾病，主要与血管内皮细胞损伤、脂质代谢紊乱、多种炎性细胞因子介导炎症反应、血小板聚集等因素有关。在过去10年中临床研究[1-2]发现：炎性体通路在动脉粥样硬化形成和发展中起着重要的作用，其中，亮氨酸富集的核苷酸结合寡聚结构域3(NLRP3)蛋白在血管内皮的炎症反应中起着枢纽作用[3-4]。阐述NLRP3蛋白的调控机制和作用机制，从而有助于延缓血管动脉粥样硬化性疾病的形成和发展。

1 NLRP3蛋白的起源与结构

最近几年，发现一种新的蛋白家族——NLRP的NOD样受体，通过识别外界刺激，激活核因子κB(NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶或半胱天冬酶，从而介导炎症反应。现已有23个家族成员逐渐被发现且证实；其中，NLRP3蛋白是NOD样受体家族的最典型代表。

NLRP3蛋白由3个结构域组成：(1)位于C端富含亮氨酸的重复序列结构域识别内源性危险信号；(2)位于中央的核苷酸结合寡聚化结构域，具有寡聚体化和活化功能；(3)位于N端的热蛋白结构域。当细胞受到外界刺激时，NLRP3蛋白通过其N端的热蛋白结构域和凋亡相关点样蛋白的热蛋白结构域结合，再经由凋亡相关点样蛋白的半胱天冬酶活化募集结构域和半胱天冬蛋白酶-1(caspase-1)的半胱天冬酶活化募集结构域结合形成大分子复合物，参与细胞内的炎症反应和免疫应答，对维持机体稳态具有重要作用。

2 NLRP3蛋白的功能和作用

NLRP3蛋白是胞浆内炎症复合体的核心成分，通常以低浓度形式存在于血管内皮细胞、平滑肌细胞和免疫细胞中，能感知胞内病原微生物产物及代谢性应激，参与病原体的清除及适应性免疫应答的产生；当细胞感受外界刺激时，可通过NF-κB通路在转录水平诱导NLRP3蛋白的表达，继而激活caspase-1的活性，而成熟的caspase-1可以使细胞分泌并释放大量促炎细胞因子白介素(IL)-1β、IL-18、IL-33等裂解至成熟，在炎症区域迅速聚集增加巨噬细胞作用，参与血管内皮损伤及动脉粥样硬化的形成。

3 血管内皮中NLRP3蛋白的上游调控

血管内皮细胞受到外界刺激，可调控NLRP3蛋白的表达，增加血浆中相关炎症因子表达水平，其中的上游介质包括血清尿酸、氧化低密度脂蛋白(oxLDL)、胆固醇晶体等。

3.1 血清尿酸

血清尿酸的代谢产物尿酸晶体是已知的NLRP3蛋白激活剂。血浆中一定浓度的血清尿酸水平可以作为抗氧化剂，预防动脉粥样硬化的形成；然而，当血管内皮损伤、缺血或血清尿酸超过一定浓度的情况下，血清尿酸可以成为促氧化剂、氧化脂质，降低内皮细胞中的一氧化氮(NO)的利用率，增加超氧自由基的含量，加速动脉粥样硬化斑块形成[5]。研究者[6-7]通过建立高尿酸血症大鼠模型证实：尿酸晶体的堆积增加巨噬细胞中超氧阴离子自由基产生，激活NF-κB途径触发NLRP3依赖性的IL-1β与IL-18的转录与表达。

张阳[8]实验以浓度为(187.4±43.5)μmol/L的血清尿酸刺激小鼠造模后跟对照组相比，模型组小鼠主动脉NLRP3蛋白、caspase-1表达量显著升高，血清IL-1β及IL-18浓度也显著升高；同时，人脐静脉内皮细胞经高浓度的血清尿酸刺激后表达NLRP3蛋白、caspase-1显著增加，细胞分泌IL-1β及IL-18也显著增加。

血清尿酸刺激NLRP3蛋白激活的同时促进caspase-1前体的自我催化并形成活化的caspase-1，剪切下游的靶蛋白IL-1β、IL-18前体，分别以成熟形式分泌到局部组织中，增加单核细胞的转化和巨噬细胞的形成。内皮下新生的巨噬细胞可分泌细胞因子IL-1β，其作为动脉粥样硬化发病机制的主要驱动因子，激活NLRP3蛋白调节下游IL-1β的分泌。

3.2 oxLDL

oxLDL的积累能够激活多种细胞特别是巨噬细胞和树突细胞中的炎症反应。循环中的大部分oxLDL被包裹在含有抗体的免疫复合物(ICs)中，是慢性炎性疾病的突出特征，如动脉粥样硬化、2型糖尿病等。

oxLDL免疫复合物(oxLDL IC)可以作为NLRP3蛋白的启动信号[9]之一。当树突细胞分别在oxLDL IC、游离oxLDL中孵育24 d后，受到oxLDL IC刺激的树突细胞分泌IL-1β显著增加；可能是oxLDL IC与树突细胞表面上的TLR4和TLR6识别后激活清道夫受体B(CD36)，清道夫受体B通过胞吞作用导致细胞内溶酶体的损伤、NLRP3蛋白的活化[10]。

3.3 胆固醇晶体

血管动脉粥样硬化区域胆固醇晶体的存在也被认为是巨噬细胞中NLRP3蛋白活化的主要触发因素。它是斑块易损性的主要因素，通过诱导溶酶体损伤触发NLRP3蛋白激活，导致IL-1β的剂量依赖性分泌[11]。

Warnatsch等[12]建立apoE基因缺陷小鼠的动脉粥样硬化模型，研究证实：胆固醇晶体是IL-1β分泌的启动和危险信号，在动脉粥样硬化病变的早期阶段，小的胆固醇晶体可能已经在血管动脉内皮中存在；而在动脉粥样硬化病变的纤维斑块或粥样斑块期，胆固醇晶体则在血管动脉粥样硬化区域中显著增加。

此外，胆固醇晶体通过激活酪氨酸蛋白激酶-p300-信号传导及转录激活因子-过氧化物酶增殖物激活受体-γ信号级联反应，增加清道夫受体B的表达，促进oxLDL的进一步摄入[13]。脂质及其衍生物的摄取诱发血管内皮细胞中巨噬细胞NLRP3蛋白的激活，以及相应的炎性因子的合成与分泌。

4 NLRP3蛋白参与动脉粥样硬化的形成

Kummer等[14-15]在apoE基因缺陷小鼠的动脉粥样硬化模型中观察到高水平表达的NLRP3蛋白主要集中于单核细胞以及巨噬细胞内，在caspase-1活化中起到关键作用，加速促炎性细胞因子的产生。巨噬细胞是NLRP3蛋白主要聚集的位置，也是促使脂质沉积于血管内皮加速动脉粥样硬化的关键细胞。临床试验[16-17]证实:相比于对照组，颈动脉斑块患者组中检测到NLRP3蛋白、IL-1β和IL-18的mRNA和蛋白水平均显著增加。

NLRP3蛋白不仅在动脉粥样硬化患者体内高水平表达，且与动脉粥样硬化的严重程度相关联[18-19]。从行冠状动脉造影检查的患者中获取皮下脂肪组织，通过定量RT-PCR评估，NLRP3蛋白、IL-1β和IL-18在皮下脂肪组织中的表达显著增加；根据Gensini评分(r=0.47，P<0.000 1)或SYNTAX评分(r=0.55，P<0.000 1)，NLRP3蛋白的表达与动脉粥样硬化的严重程度呈正相关。多元回归分析显示，NLRP3蛋白表达是冠状动脉粥样硬化严重程度的独立预测因子。

5 药物干预作用

在体实验的研究中[20-21]，秋水仙碱可显著地阻断NLRP3蛋白的活性，其可能是直接阻断caspase-1活性，从而抑制有活性的IL-1β或者IL-18分泌。在巨噬细胞中,秋水仙碱也可抑制oxLDL IC和胆固醇晶体诱导的泡沫细胞形成，延缓NLRP3蛋白的启动和活化。

Thacker等[22]通过向标准小鼠腹腔注射胆固醇晶体18 h后腹腔灌洗分离后发现：高密度脂蛋白通过调节NF-κB信号通路，能有效抑制NLRP3蛋白的活化和IL-1β的表达；高密度脂蛋白与胆固醇晶体结合，保持巨噬细胞吞噬胆固醇晶体时溶酶体膜完整性，也减少NLRP3蛋白的活化和IL-1β的释放。

早期沉积于血管内皮下的胆固醇晶体，可促进巨噬细胞产生IL-1β。抗IL-1β单克隆抗体——康纳单抗可以通过减少炎症介质的产生，延缓动脉粥样硬化[23]。一项临床研究[24]纳入450例患有动脉粥样硬化疾病患者，随机每月以康纳单抗150 mg或安慰剂治疗,12个月后结果证实：康纳单抗可以有效地降低炎症标志物(HCRP和IL-6)合成，减少血管内皮的损伤，从而延缓动脉粥样硬化的发展。

一项临床研究[25]显示：急性冠脉综合征患者血浆中NLRP3蛋白、IL-1β、IL-18的表达均高于对照组；经过瑞舒伐他汀20 mg治疗后，患者血清中的NLRP3蛋白及其下游促炎因子的表达显著下调；结果证实：NLRP3蛋白参与血管动脉粥样硬化的炎症反应，且瑞舒伐他汀可以通过干预NLRP3蛋白的表达而延缓动脉粥样硬化的发展。