NLRP3炎症小体在肝纤维化形成中作用的研究进展

李凡，白纪红，梁志清

(1 桂林医学院，广西桂林541004；2 桂林医学院附属医院)

肝纤维化是各种慢性肝损伤发展为肝硬化的必经阶段，是一种可逆性创伤修复反应，与肝细胞再生、肝脏炎症反应共同构成机体抗损伤反应。炎症小体是细胞内的一种大型多蛋白复合物，由识别分子、接头分子及效应分子三部分组成。识别分子包括NOD样受体家族(NLRs)的NLRP1、NLRP3、IPAF及HIN200家族的细胞质DNA传感器黑色素瘤缺乏因子2[1，2]，作为机体固有免疫系统的感受器，能够识别不同病原体的分子模式，包括外源性病原相关分子模式(PAMPs)和内源性损伤相关分子模式(DAMPs)[3]；再通过接头分子，即具有半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(caspase)激活及招募结构域的凋亡相关斑点样蛋白(ASC)，激活效应分子，如caspase-1，促进炎症因子(如IL-1β)成熟，参与细胞炎症反应，调节固有免疫。近年研究发现，炎症小体在肝纤维化过程中具有重要作用[4]。本文结合文献就NLRP3炎症小体在肝纤维化形成中的作用作一综述。

1 NLRP3炎症小体概述

NLRP3炎症小体是目前研究最多、具有最广泛激活剂的炎症小体，可被细菌(如金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌)、真菌(如白色念珠菌、烟曲霉菌)、病毒(如流感病毒、丙肝、脑心肌炎病毒)、寄生虫(如曼氏血吸虫、屋尘螨)等病原微生物活化。此外，非病原体产生的DAMPs也可以激活NLRP3炎症小体，如胞外高浓度三磷酸腺苷(ATP)、穿孔毒素、紫外线照射等多种环境损伤以及一些晶体类物质，如尿酸结晶、二氧化硅、石棉等[5]。

激活NLRP3炎症小体需要2个信号：首先TLR配体诱导NF-κB活化，促进NLRP3基因转录，使NLRP3、IL-1β及IL-18前体表达增加[6]；以上述激活剂作为第二信号，使NLRP3与ASC及caspase-1组装成炎症小体，并诱导成熟的IL-1β切割和释放。目前NLRP3炎症小体激活途径大致分为3种：①细胞内钾离子外流：胞外高浓度的ATP刺激P2X7嘌呤受体[7]，引起钾离子外流，泛连接蛋白膜通道的形成，从而使胞外NLRP3的激动剂直接进入胞内，促进NLRP3炎症小体的聚集及活化；②溶酶体破裂释放：某些结晶体或特殊颗粒被内吞入巨噬细胞，最终导致溶酶体破裂，释放的内容物可直接促进NLRP3炎症小体的聚集及活化；③活性氧(ROS)产生：PAMPs及DAMPs均可诱导产生ROS，从而激活ROS依赖的信号通路；除此之外，ROS也可促进硫氧还蛋白与NLRP3炎症小体的结合，直接诱导NLRP3炎症小体激活[8]。但也有报道表明，ROS在炎症小体的激活过程中不是必要的[9]。

近年发现了一种伴随着炎症反应的细胞程序性死亡方式——细胞焦亡，其形态学上同时具有坏死和凋亡的特征。细胞焦亡是一种由炎性半胱天冬酶介导的细胞死亡模式[10，11]。与凋亡细胞相似，焦亡细胞亦会出现细胞核浓缩、染色质DNA断裂以及TUNEL染色阳性、Annexin V染色阳性等。细胞焦亡最主要的特点是能通过内源性或外源性刺激作用于炎症小体，进而激活炎性半胱天冬酶，通过细胞结构变化和炎症因子释放，最终导致细胞死亡和炎症反应。炎症和焦亡是先天性免疫系统对病原体的关键反应，为避免其对宿主生物的过度损伤，通过激活炎性半胱天冬酶来调节细胞焦亡并释放出炎性物质[12，13]。在遗传性肥胖小鼠中，肝细胞中内质网应激可诱发NLRP3炎症小体激活并介导细胞凋亡和细胞焦亡[14]。因此，炎症小体激活后还能通过细胞焦亡参与机体炎症反应。

2 NLRP3炎症小体在肝纤维化中的作用

肝纤维化是一个涉及多种细胞和细胞因子的动态变化过程，炎症反应是导致肝纤维化及大多数慢性肝脏疾病发病的常见原因。近年研究发现，NLRP3炎症小体的激活是肝脏损伤和肝纤维化形成的关键分子机制[3]。NLRP3炎症小体存在于各种内源性免疫细胞(如枯否细胞、中性粒细胞、树突状细胞)以及非免疫细胞(如肝细胞、肝星状细胞、内皮细胞和肌成纤维细胞)。肝脏内的细胞都能促进炎症细胞活化，不同细胞中炎症小体的活化机制尚未完全清楚。

2.1 NLRP3炎症小体与肝星状细胞 肝星状细胞是细胞外基质的主要来源，在肝纤维化形成中具有关键性作用。当各种致病因素造成肝脏损伤时，肝星状细胞被激活分化为肌成纤维样细胞，该细胞具有可收缩性、促炎效应以及促纤维化等性质，可分泌细胞外基质的多种成分，如α平滑肌肌动蛋白、胶原蛋白等。研究表明，在肝星状细胞中的NLRP3炎症小体活化可导致α平滑肌肌动蛋白阳性细胞数量增加，而α平滑肌肌动蛋白阳性是肝星状细胞活化的关键标志物，与肝纤维化的发展密切相关。此外，抑制NLRP3炎症小体能减轻肝脏炎症反应，降低胶原1和金属蛋白酶组织抑制因子1蛋白表达。因此，NLRP3炎症小体活化可激活肝星状细胞，继而导致肝纤维化发生、发展。

2.2 NLRP3炎症小体与枯否细胞 枯否细胞是位于肝窦内的巨噬细胞，占肝脏所有非实质细胞的20%～35%，具有吞噬、抗原提呈及免疫调节等功能。枯否细胞能通过表达模式识别受体(如TLR)、甘露糖受体和NOD样受体(如NLRs)来识别PAMPs、DAMPs。枯否细胞分泌的细胞因子可介导炎症级联反应，导致组织重塑和纤维化。枯否细胞还是ROS的重要来源，可促进肝星状细胞活化以及胶原合成，继而导致肝纤维化。用氯化钆阻断KC功能，可显著降低NLRP3炎症小体的表达及其信号通路的激活，抑制甲硫氨酸和胆碱缺乏诱导的caspase-1活化以及肝纤维化的发展[15]。上述说明枯否细胞对炎症小体的活化具有关键性作用。有研究还发现，LPS的主要配体TLR4通过LPS刺激枯否细胞释放各种细胞因子，导致肝纤维化的发生；LPS还可在枯否细胞上结合TLR2，TLR2配体在枯否细胞中能增加NLRP3炎症小体活化，从而诱导caspase-1活化并释放IL-1α和IL-1β。说明枯否细胞在发挥防御作用的同时，可释放多种化学介质介导肝脏损伤，在肝脏病理性改变中具有重要作用。

2.3 NLRP3炎症小体与巨噬细胞 巨噬细胞在肝纤维化过程中具有双向调控作用，这可能与其表型有关。根据巨噬细胞表型可分为经典活化M1型和替代活化M2型。M1型巨噬细胞具有促炎特征，如诱导型一氧化氮合酶的表达及TNF、IL-1β或ROS的分泌；而M2型巨噬细胞具有抗炎或促分解功能，如精氨酸酶1表达、IL-10分泌或高吞噬能力[16]。用IFN-γ刺激的M1型巨噬细胞能特异性诱导caspase-1、caspase-4表达，继而激活NLRP3炎症小体；在IL-4、IL-13极化的M2型巨噬细胞中，NLRP3炎症小体不能被激活[17]。说明NLRP3炎症小体活化与巨噬细胞分型密切有关。

2.4 NLRP3炎症小体与还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOXs) NOXs在肝纤维化过程中具有重要作用。各种NOXs激动剂能刺激肝星状细胞和肌成纤维样细胞中促纤维化因子释放，诱发肝纤维化；在细胞内还可直接攻击细胞膜或蛋白质等造成氧化损伤或间接激活氧化还原信号途径诱导肝细胞凋亡。NOXs作为ROS的主要供体，介导氧化应激和内质网损伤，分泌细胞因子、趋化因子，触发KC和肝星状细胞活化。肝纤维化患者NOX4表达升高，NOX4表达和ROS产生增加能激活NLRP3炎症小体和肝星状细胞活化，增加胶原蛋白产生，继而加重肝纤维化[18]。因此，NOXs抑制剂能通过抑制NLRP3炎症小体活化，发挥对肝纤维化的保护作用。

2.5 NLRP3炎症小体与血管紧张素 肾素-血管紧张素-醛固酮系统是抗肝纤维化药物的重要作用靶点。其中血管紧张素具有促氧化功能，是肝损伤或肝纤维化的重要介质。血管紧张素的主要成分为AngⅡ，可通过与AT1受体结合，激活下游多条信号通路，进而调控促肝纤维化的目标基因。近年研究发现，Ang(1-7)能通过抑制NLRP3炎性小体活化、减少胶原蛋白合成，对抗AngⅡ在肝纤维化中氧化还原作用，降低肝纤维化程度[19]。由此可见，在肝纤维化过程中，血管紧张素对NLRP3炎症小体活化及对抗肝细胞的氧化还原能力等具有重要作用。

3 与NLRP3炎症小体相关的抗肝纤维化策略

3.1 以NLRP3炎症小体为靶向的策略 迄今为止，仅有极少数药物能直接作用于炎症小体，如MCC950。MCC950作为一种选择性NLRP3炎症小体活化的小分子抑制剂，能阻断经典和非经典的NLRP3活化途径[20]。近年研究发现，胞外高浓度的ATP能激活P2X7触发NLRP3炎症小体活化，而P2X7特异性抑制剂A438079能减弱四氯化碳诱导的肝纤维化小鼠肝细胞死亡和炎性浸润[21]。因此，未来有必要以NLRP3炎症小体及其胞质受体为靶向研究抗肝纤维化的药物。

3.2 以IL-1受体为靶向的策略 IL-1β是NLRP3炎症小体中研究最为广泛的下游介质；其可剂量依赖性地促进肝星状细胞增殖和转分化。研究发现，在IL-1β或IL-1受体Ⅰ型敲除小鼠脂肪变性和肝纤维化程度明显减轻，而IL-1R拮抗剂基因敲除小鼠会发生严重的脂肪变性和肝纤维化，其肝脏内IL-1β、TGF-β水平明显升高[22]。因此，干扰IL-1信号通路是阻止NLRP3炎症小体激活的方法之一，如重组IL-1受体拮抗剂(阿那白滞素)、人源化单克隆抗IL-1β抗体等。

3.3 半胱天冬酶抑制剂 程序性细胞死亡是造成肝损伤和肝纤维化的标志，其过程由许多半胱天冬酶参与。从小鼠分离的肝细胞经NLRP3炎症小体活化，半胱天冬酶活性明显增加，继而诱发细胞焦亡，故用半胱天冬酶抑制剂可抑制肝细胞焦亡和肝纤维化[23，24]。未来通过半胱天冬酶抑制剂治疗肝纤维化的应用前景将非常广阔。

综上所述，炎症反应在肝纤维化过程中具有至关重要作用，当肝脏受到各种危险信号影响时，炎症小体作为关键的调节及转录因子，诱导促炎因子的活化和释放，引起肝脏损伤甚至肝纤维化。对炎症小体活化通路的干预调控及炎症小体的靶向抑制将有可能为肝纤维化的治疗提供新方法。

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