NLRP3炎症小体在真菌感染中的作用机制研究进展

姬名硕 王晓东 帕丽达·阿布利孜

(新疆医科大学第一附属医院皮肤科，乌鲁木齐 830054)

固有免疫是宿主抵抗病原微生物入侵的第一道防线，也在诱导及激活获得性免疫反应中发挥重要的作用。固有免疫系统主要是通过模式识别受体(pattern-recognition receptor, PRR)来识别外源性病原体相关分子模式(PAMPs)和内源性损伤相关分子模式(DAMPs)[1]。其中最常见的PRR主要有C型凝集素受体(CIRs)、TOLL样受体(TLRs)、视黄酸诱导基因I样受体(RLRs)、NOD样受体(NLRs)、和AIM2样受体(AIRs)等[2-3]。炎症小体是一类由胞浆内PRRs参与组装的多蛋白复合体，PRRs能够快速识别PAMPs或DAMPs从而使炎症小体进行自身寡聚化，并招募接头分子凋亡相关微粒蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD,ASC)，后者招募天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶的前体半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(pro-caspase-1)自我剪切活化，并产生有酶活性的半胱天冬蛋白酶(Caspase-1)通过对促炎症因子 IL-1β[4]和IL-18的激活引起宿主的炎症反应[5]。在众多的炎症小体类型中，NLRs及其参与组成的炎症小体在感染性疾病、自身免疫性疾病、炎症性疾病等多种疾病中扮演着重要的角色，NLR家族成员包括NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRP6、NLRC4和潜在的NLRP12[6,7]。其中对NLRP3炎症小体的研究最多，以往有研究证实它在抗真菌免疫中发挥重要作用[8]，现分别就NLRP3炎症小体调控的浅部与深部真菌感染所产生的免疫应答机制研究进展予以综述。

1 NLRP3炎症小体及其促炎机制研究

炎症小体通过持续活化引起促炎因子的过度表达，从而引发慢性炎症及自身免疫性疾病的发生。炎症小体是由凋亡相关微粒蛋白(ASC)、 Caspase蛋白酶以及NOD样受体(NOD-like receptor， NLR) 家族蛋白3部分组合而成的蛋白复合物，其中NOD是其结构域中最为重要的部分，又称NOD结构域，C端是LRR，其N端是PYD[7,9]。NLRP3炎症小体主要由骨髓来源的巨噬细胞产生，当巨噬细胞在NLRP3激活剂的刺激下产生一系列的炎症反应，首先其N端的PYD与接头蛋白ASC结合来募集pro-caspase-1，并使pro-caspase-1自身剪切活化，活化后的Caspase-1会对IL-1β和IL-18的前体进行加工，并使其成熟并且分泌到细胞外，从而介导炎症反应[10]。

当前激活NLRP3炎症小体的具体机制目前并不确定，但存在3种可能机制。第一， 活性氧物质(ROS) 模型。有研究表明线粒体呼吸链产生ROS是激活NLRP3炎症小体的关键[11]，因为目前发现的所有NLRP3激活剂都能够诱导产生ROS,因此认为ROS可以作为共同的信号来激活NLRP3炎症小体, 并且ROS 的抑制剂或清除剂都能抑制NLRP3 炎症小体的激活[12-14]。第二，半通道模型。NLRP3炎症小体的激活依赖细胞内的低K+环境[15]，当胞外的ATP激活其细胞表面受体P2X7 后, 其介导的离子通道打开, 使钾离子外流, 钙离子内流，并能够通过Pannexin-1在细胞膜形成小孔[16], 进而微生物分子进入细胞内激活NLRP3 炎症小体。第三，溶酶体破坏模型。此机制主要适用于晶体类物质如MSU 晶体、硅石、石棉、β淀粉样蛋白、铝佐剂以及胆固醇晶体对NLRP3炎症小体的激活，此类物质物质通过胞吞的方式进入细胞后导致溶酶体膜结构的破坏并释放组织蛋白酶B(Cathepsin-B)，并且Cathepsin-B在NLRP3炎症小体的激活过程中起关键作用[17,18]。但NLRP3炎症小体的其他激活机制, 还有待进一步研究。

2 NLRP3炎症小体与浅部真菌感染

许兰毛癣菌(T.schoenleinii)和犬小孢子菌(M.canis)是头癣的主要致病菌，其中许兰毛癣菌是黄癣主要致病菌，黄癣在新疆地区的发病率仍然较高。犬小孢子菌是人兽共患菌,于全国范围内普遍存在,传染性极强,发病率有逐年上升趋势。犬小孢子菌可引起头癣，也可通过猫犬等动物的接触传染给人类造成皮肤癣菌病。这些真菌引起的炎症机制尚不清楚，但近期有研究显示NLRP3 炎症小体可被以上菌种或其成分通过直接或者间接途径激活，产生有活性的炎症因子在宿主的免疫中发挥重要作用[19,20]。

2.1 许兰毛癣菌(T. schoenleinii)

许兰毛癣菌是属于毛癣菌属。许兰毛癣菌是引起黄癣的致病菌，是头癣可致严重的炎症反应最激烈的一种类型，皮损愈合后可遗留萎缩性瘢痕和永久性脱发[21]。许兰毛癣菌引起宿主严重的炎症反应的机制至今尚不清楚。最新研究表明许兰毛癣菌触发的炎症机制与NLRP3炎症小体有关。研究证实，在NLRP3和shRNAc沉默的THP-1细胞体系中， IL-1β的释放受到了严重抑制[20]，可见许兰毛癣菌诱导IL-1β生产是依赖NLRP3 炎性小体的激活。有研究用提高膜外K+浓度的办法来抑制ROS的产生和K+的外流，之后再用菌丝刺激，炎症小体也不能够再被激活[22]。说明ROS和K+的外流在许兰毛癣菌激活NLRP3炎症小体起着重要的作用。

2.2 犬小孢子菌(M.canis)

犬小孢子菌属于皮肤癣菌的小孢子菌属，是亲动物性皮肤癣菌，是体癣、头癣的主要致病菌之一，其存在于猫和犬的皮毛上，当人接触被感染的动物后传染给人类，引起体癣和头癣。宿主对犬小孢子菌的识别与应答高度依赖天然免疫系统。研究用犬小孢子菌去感染 NLRP3 或 ASC 基因沉默的 THP-1 细胞。结果表明，犬小孢子菌感染的 NLRP3 和 ASC 基因沉默的 THP-1 细胞中 IL-1β的产生均剧烈下降，可见在犬小孢子菌刺激细胞分泌抗炎因子IL-1β的过程中NLRP3炎性小体起了重要作用[23,24]。

3 NLRP3炎症小体与深部真菌感染

白念珠菌(Candidaalbicans)、烟曲霉(A.fumigatus)及新生隐球菌(Cryptococcusneoformans)是深部真菌感染的主要致病菌种。其中白念珠菌为常见的机会致病菌，念珠菌属是引起院内感染的常见病原菌之一，死亡率高达50%[25]。烟曲霉是自然界中常见的机会致病菌，目前导致免疫缺陷住院患者获得性深部真菌感染的病原体中，烟曲霉菌仅次于白念珠菌[26]，可引起侵袭性肺曲霉病(IPA)等严重感染。新生隐球菌主要侵犯人体中枢神经系统，导致严重感染及相关并发症，死亡率为10% ～25%[27]。近年研究发现深部真菌抗感染机制可能与NLRP3炎症小体相关[28,29,30]，以下对其展开介绍。

3.1 白念珠菌(Candida albicans)

白念珠菌是最常见的条件致病菌，正常情况下可寄生于人体黏膜、皮肤等并不引起疾病，当人体免疫力下降时可引相关系统性感染。白念珠菌致病菌种分为内源性和外源性两种，病原体侵入到人体后是否会致病取决于其数量、毒力、入侵途径及机体的适应性，机体的抵抗力和其他因素[31]。研究表明NLRP3 能识别白念珠菌，启动NALP3 炎症复合体活化并诱导pro-IL-1β加工、成熟和分泌[32,33]。这是由于白念珠菌细胞壁由β-葡聚糖、壳多糖和甘露聚糖等构成，这些都是引发真菌固有免疫的激活剂[34,35]。这些激活剂可以通过激活NLRP3炎症小体促使巨噬细胞和树突状细胞释放IL-1β。白念珠菌是一种二态性的真菌，可以在酵母型和菌丝型之间转换。研究发现热灭活或紫外线灭活的酵母型念珠菌诱导产生的IL-1β水平非常的低，只有当酵母型转化成菌丝型才能诱导炎症的发生，这说明菌丝形态的转换在激活NLRP3炎症小体且促使炎症因子释放的过程中起了至关重要的作用[28,36]。白念珠菌能分泌磷脂酶、脂肪酶和分泌型天冬氨酸蛋白酶(sap)，其中分泌型天冬氨酸蛋白酶(sap)能降解多种蛋白，在白念珠菌入侵人体时起作用。而分泌型天冬氨酸蛋白酶家族中的Sap2和Sap6可以活化单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞中的NLRP3炎症小体并且产生相应的炎症因子如IL-1β和IL-18[37]。可见白念珠菌通过NLPR3途径介导炎症的发生与其自身细胞成分、形态转换、分泌侵袭性酶等因素有关。

3.2 烟曲霉(A.fumigatus)

烟曲霉属于曲霉属，是一种条件致病菌，严重感染可导致死亡。有实验用烟曲霉的孢子和菌丝碎片分别刺激THP-1细胞系，只有在菌丝刺激过的细胞培养上清中检测到大量的IL-1β，可以说明，烟曲霉只有在菌丝状态下才能激活NLRP3炎症小体。该实验还发现，烟曲霉只有在菌丝状态的时候才可大量的暴露出β-glucan成分，位于细胞膜上的一种ITAM样受体Dectin-1可以识别β-glucan，并激活下游的 Syk 激酶，通过一条Syk 和MyD88 依赖的途径，活化许多重要的转录因子，其中包括对各种细胞因子的表达均起到促进作用的NF-κB，从而促进IL-1β介导炎症反应[16]。同样的，用烟曲霉菌感染时基因敲除NLRP3、ASC、Caspase-1 的小鼠角膜时，可发现IL-1β在 mRNA 和蛋白水平表达量显著降低[29,38]。 研究证实有两种炎性体受体AIM2和NLRP3，能识别细胞内的烟曲霉并共同诱导保护性免疫反应，缺乏AIM2和NLRP3的小鼠都不能将曲霉菌菌丝限制在炎症病灶中，导致系统感染。AIM2和NLRP3可招募接头蛋白ASC活化Caspase-1和Caspase-8后导致促炎细胞因子IL-1β和IL-18的释放并控制感染。因此，AIM2和NLRP3形成双重细胞质监测系统，协调对烟曲霉感染的反应[39]。

3.3 新生隐球菌(Cryptococcus neoformans)

新生隐球菌属于担子菌门，是一种致病真菌，细胞壁外被一层荚膜包裹。隐球菌感染始于吸入无荚膜或者薄荚膜酵母态的菌体[40]。这也是人类感染新生隐球菌病的主要方式，其主要侵犯机体的中枢神经系统、肺部、皮肤等引起严重的炎症反应[41]。荚膜是隐球菌的特征性结构，是其维持菌体内环境稳定适应外界环境压力及抵御宿主免疫细胞吞噬的重要屏障，同时也是隐球菌最重要的毒性因子之一[42]。相关研究表明新生隐球菌的生物膜可以激活 NLRP3炎症小体[10]，而且也有相关研究表示隐球菌的生物膜形成的一个重要的机制是脱荚膜[30]。被吞入宿主细胞内的隐球菌能够导致吞噬溶酶体膜的渗漏，激活NLRP3炎症小体，导致 Caspase-1的成熟，促使IL-1β和IL-18成熟并分泌到细胞外发挥抗炎的作用[43-44]。研究者发现感染新生隐球菌后NLRP3或ASC基因缺陷小鼠的死亡率高于野生型的小鼠，且NLRP3基因缺陷的小鼠肺组织中菌载量显著高于野生型[45]，这些结果表明，NLRP3炎症小体在宿主抗隐球菌感染中发挥重要作用。

4 展 望

通过近十几年的各类模型和临床研究, 我们对炎症小体在真菌固有免疫中的作用的认识逐步增加，但仍存在很多问题待解决。应对微生物感染，炎症小体通过激活并诱导免疫反应来保护宿主介导炎症反应的发生并限制微生物的入侵,在宿主对微生物的防御作用中起重要作用。然而在NLRP3这一通路中宿主免疫细胞具体怎样识菌体、菌体的成分或其分泌物是怎样充当激活剂并激活NLRP3炎症小体，又通过怎样的传导信号激活NLRP3炎症小体有待进一步研究证实。