Nupr1/ERS/NLRP3炎性小体在甲基苯丙胺诱导的神经毒性中的作用

2020-01-14杨根梦曾晓锋张冬先洪仕君李利华

中国药理学通报 2020年3期

杨根梦，曾晓锋，张冬先，洪仕君，李利华

(昆明医科大学法医学院，云南昆明 650500)

甲基苯丙胺(methamphetamine，METH)属于苯丙胺类兴奋剂，俗称“冰毒”，具有神经毒性大、依赖性强、复吸率高等特点[1]，我国最新毒品报告显示，METH已取代海洛因成为我国滥用最多的毒品。长期滥用METH对中枢神经系统可产生明显的毒性作用。METH毒性作用可能与氧化应激、神经细胞凋亡和自噬[2]、胶质细胞激活[3]以及炎症反应[4]等有关。但截至目前为止，METH诱导神经毒性作用和成瘾机制尚不清楚。有研究表明Nupr1核蛋白1(nuclear protein 1，Nupr1)可通过内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)途径介导METH诱导的神经细胞凋亡和自噬[5]。Nupr1作为应激蛋白，可通过线粒体经典途径在METH诱导内皮细胞凋亡中发挥重要作用[6]。并且ERS可参与METH诱导血脑屏障损伤过程[7]。此外，ERS可激活NLRP3 炎性小体，并参与认知功能障碍和抑郁样表现[8]。METH滥用可激活小胶质细胞NLRP3炎性小体[9],NLRP3 炎性小体可活化caspase-1来诱导IL-1β和IL-18前体的成熟并释放IL-1β和IL-18，从而引起炎性反应。本文通过对Nupr1、ERS和NLRP3 炎性小体与METH神经毒性的相关研究进行总结，旨在为进一步研究METH神经毒性作用机制提供参考。

1 Nupr1与METH神经毒性作用

Nupr1可参与多种病理生理过程，尤其是对肿瘤的调节具有双重作用,Nupr1即能促进肿瘤的生长和进展,又具有抗肿瘤活性。正常情况下，Nupr1表达水平很低，但在缺氧、氧化应激、DNA损伤和其他应激条件下，Nupr1可被诱导并发挥相应的作用。研究发现，Nupr1在METH诱导神经细胞毒性作用中发挥重要作用。METH对大鼠，PC12细胞和原代大鼠皮质和纹状体神经细胞产生的毒性作用(主要表现为凋亡和自噬)具有METH浓度和时间依赖性，同时Nupr1的表达水平也明显升高。沉默Nupr1基因后，凋亡和自噬相关蛋白表达水平不同程度的降低，说明Nupr1参与调节METH诱导的神经细胞毒性作用[5]。此外，研究发现，METH给药后，人脐静脉和大鼠心脏微血管内皮细胞Nupr1表达水平具有METH浓度和时间依赖性，同时内皮细胞发生明显凋亡。通过沉默Nupr1基因证实Nupr1的激活是METH诱导内皮细胞凋亡所必需的[6]。上述研究说明Nupr1参与METH诱导神经毒性作用的调节。

2 ERS与METH神经毒性作用

内质网是蛋白质合成、加工和运输的主要场所。外界因素的刺激可引起内质网内错误折叠蛋白增加和未折叠蛋白聚集等，该过程称为ERS。正常情况下，细胞会通过诱导未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)来减轻ERS对细胞的损伤。而长时间ERS会破坏内质网的保护能力而导致促神经毒性的炎症反应和凋亡程序的激活[10]。并且长时间ERS会导致慢性和持续的UPR，而UPR会通过上调激活转录因子4激活细胞凋亡通路而导致细胞死亡[11]。研究表明，ERS参与毒品滥用诱导的神经毒性作用。如可卡因可通过ERS激活自噬而诱导星形胶质细胞发生炎症反应[12]，通过ERS-自噬通路和ROS-ERS-ATF4-TLR2通路激活小胶质细胞而诱导神经毒性作用[13,14]。METH可通过激活氧化应激和ERS促进细胞死亡[15]。应用C57BL/6J小鼠和BMVEC细胞进行研究发现，METH可通过损伤BMVEC细胞的血脑屏障，导致细胞凋亡从而降低细胞的存活率，同时，ERS相关蛋白p-PERK ,p-IRE1α,ATF6,和GRP78/BIP的表达水平和CHOP表达水平明显升高。说明METH可激活ERS,并上调促凋亡蛋白CHOP的表达，而CHOP是ERS的主要调节者，同时也是细胞凋亡的执行者。因此，METH可通过激活ERS诱导内皮细胞血脑屏障损伤而引起细胞凋亡。此外，METH可诱导大鼠神经胶质瘤(C6)细胞表达ERS相关蛋白明显升高，METH激活ERS后细胞存活率随着METH浓度的增加逐渐降低[16]。Shah等[17]应用SVGA细胞和人胎儿星形胶质细胞为研究对象，发现METH可通过ATF6,IRE1α和PERK途径激活ERS而诱导星形胶质细胞发生Ⅰ型程序性细胞死亡。且METH可通过多巴胺Ⅰ受体激活ERS而诱导大鼠纹状体神经细胞凋亡[18]。上述研究均说明METH激活ERS与其诱导的神经毒性作用密切相关。

3 NLRP3 炎性小体与METH神经毒性作用

NLRP3炎性小体由NLRP3蛋白本身、凋亡相关斑点样蛋白和半胱天冬酶-1前体(pro-caspase-1)组成。pro-caspase-1经加工形成具有活性的caspase-1，随后切割IL-1β和IL-18的前体，最终分泌成熟的IL-1β和IL-18[19]。NLRP3 炎性小体是神经系统炎症反应的核心。在病理状态下，线粒体-ROS-NLRP3炎性小体,ROS-NF-κB-NLRP3炎性小体和自噬-NLRP3炎性小体通路对机体的调节具有较为重要的作用[20]。NLRP3炎性小体的激活参与了药物滥用如酒精、可卡因、吗啡和METH滥用等的调节[19]。METH可明显降低大鼠海马CA1区星形胶质细胞抗氧化酶SOD和GSH的表达水平，同时诱导MDA、TNF-α、GFAP和caspase-3的表达水平明显升高。说明METH通过激活氧化应激和炎症反应诱导神经细胞凋亡[21]。IL-1β是中枢神经系统炎症反应中较为重要的细胞因子，可增加药物依赖的风险。研究表明，IL-β基因多态性与阿片类药物和酒精依赖有关，位于511和31位点的IL-1β单核苷酸可明显增加IL-1β的释放，随后可激活谷氨酸受体、NMDA受体和多巴胺受体，最终引起药物依赖[22]。METH可激活NLRP3 炎性小体并对脂多糖诱导小胶质细胞产生和释放IL-1β具有明显的增强作用。METH激活NLRP3 炎性小体具有时间和浓度依赖性。且METH通过刺激线粒体产生大量ROS和破坏溶酶体的通透性来激活炎性小体，从而促进IL-1β的成熟和分泌，最终加重小胶质细胞的神经毒性作用[23]。此外，Du等[9]以C57BL/6J野生型小鼠和BV2 细胞为研究对象，结果表明，METH可激活NLRP3炎性小体，同时诱导iNOS表达水平明显升高，同时发现METH可通过MiR-143 /PUMA轴激活NLRP3炎性小体。

总之，NLRP3炎性小体的激活在METH滥用中发挥重要作用，首先METH滥用可刺激神经细胞释放一些危险相关因子如细胞因子、内毒素和神经毒性有关因子等；其次METH滥用可破坏血脑屏障，上述与神经毒性有关的因子可通过血脑屏障，从而激活小胶质细胞和诱导IL-1β和IL-18前体明显增多，并激活NLRP3炎性小体。再者METH滥用可激活小胶质细胞释放大量钾离子，ROS和激发ERS,从而促进IL-1β和IL-18的成熟和释放。IL-1β的过量释放可引起明显神经元炎性反应而导致神经元损伤[19]。上述研究均说明NLRP3可作为抗神经炎症治疗的新靶点。

4 Nupr1、ERS和NLRP3炎性小体之间的关系

Nupr1可通过CHOP-Trib3介导的ERS信号通路调节METH诱导神经细胞凋亡和自噬，通过沉默Nupr1基因，发现ERS相关蛋白(CHOP/Trib3)表达水平明显降低，同时METH诱导的神经细胞凋亡和自噬水平有所下降。而沉默ERS相关蛋白(CHOP/Trib3)之后，Nupr1表达水平不受影响，而METH诱导的神经细胞凋亡和自噬水平有所下降，说明Nupr1作为ERS的上游，而神经细胞凋亡和自噬作为ERS的下游[5]。此外，METH可激活Nupr1-Chop/p53-PUMA/Beclin1途径诱导线粒体介导的内皮细胞凋亡。该研究也说明Nupr1与ERS密切相关，且Nupr1作为ERS的上游[6]。作为ERS感受器的IRE1α可通过介导NLRP3的激活诱导线粒体功能障碍，而激活IRE1α可使线粒体释放大量ROS，并增强NLRP3与线粒体之间的关联性。IRE1α是通过NLRP3、caspase-2和Bid相互作用诱导线粒体功能障碍，同时ERS通过NLRP3-caspase-2 轴激活NLRP3炎性小体并释放大量的IL-1β[24]。上述研究均说明Nupr1、ERS和NLRP3炎性小体三者之间存在着相互作用关系。