NLRP3炎性小体与心血管疾病

核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体是由核苷酸结合寡聚化结构域样受体(NLR)家族成员NLRP3、衔接蛋白凋亡相关斑点样蛋白(ASC)和效应蛋白胱天蛋白酶(caspase)-1组成的大分子多蛋白复合体，广泛存在于人体的各种免疫细胞及非免疫细胞，参与体内炎性反应[1]。其中caspase-1的作用是把无活性的促炎性细胞因子白细胞介素(IL)-1β前体和IL-18前体水解成为有活性的IL-1β和IL-18，从而在免疫应答中发挥作用[2]。NLRP3炎性小体的激活与K+外流[3]、组织蛋白酶释放[4]、活性氧(ROS)形成[5]、细胞内Ca2+浓度[6]以及硫氧还蛋白相互作用蛋白(TXNIP)[7]关系密切。双链核糖核酸依赖性蛋白激酶(PKR)[8]、鸟苷酸结合蛋白5(GBP5)[9]和NIMA相关激酶7 (Nek7)[10]对NLRP3炎性小体激活有调节作用。

1 NLRP3炎性小体与心血管疾病

研究表明，NLRP3炎性小体在心血管疾病的发生发展中发挥至关重要的作用。

1.1 NLRP3炎性小体与心力衰竭

心力衰竭(心衰)是神经激素及压力应激等多因素持续共同作用引起心室重构，导致心脏功能衰竭的过程。炎性反应参与心室重构的病理生理过程[11]。在慢性心衰的发展过程中，激活的NLRP3炎性小体可刺激IL-1β和IL-18的表达、释放，促进慢性心衰的发生发展[12]。研究表明，IL-18水平与慢性心衰的基础病因无明显相关性，但与慢性心衰的严重程度呈正相关，IL-18可能通过促进心肌纤维化参与心衰的发生发展[13]。有学者在小鼠实验中发现，注射组织蛋白酶B抑制剂抑制NLRP3通路，实验组小鼠的心脏功能较对照组明显改善[14]。临床试验也发现，心衰患者在接受2周IL-1拮抗剂阿那白滞素治疗后，体内IL-1β水平明显下降[15]。

1.2 NLRP3炎性小体与心律失常

心房颤动(房颤)是临床常见的心律失常，Harada等[16]发现，阵发性房颤的进展与患者体内IL-1β和IL-18水平升高呈正相关。也有研究表明，阵发性房颤和长程持续性房颤患者心肌细胞中的NLRP3炎性小体活性增加[17]。Haque等[18]研究表明，IL-1β可引起糖尿病小鼠心肌动作电位时程(APD)延长、K+电流减少和钙活化增加,进而通过钙调素依赖性蛋白激酶(CaMK)Ⅱ的氧化和磷酸化促进心肌细胞自发收缩；而抑制NLRP3炎性小体或使用IL-1β受体拮抗剂可减少糖尿病诱发的心律失常。NLRP3炎性小体激活后的产物IL-1β和IL-18能够诱导心肌重构及心肌纤维化，纤维化的心肌可导致不均一性电传导，易引起心律失常。由此可见，NLRP3炎性小体直接或间接参与了心律失常的发生发展，但具体机制仍需进一步研究。

1.3 NLRP3炎性小体与冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)

有研究表明，冠心病患者血NLRP3水平较正常人明显升高，且NLRP3水平与冠状动脉粥样硬化的严重程度呈正相关[19]；也有研究指出，NLRP3在皮下脂肪组织中的表达可独立预测冠状动脉粥样硬化的严重程度[20]。动脉粥样硬化斑块成分如胆固醇结晶和氧化低密度脂蛋白(oxLDL)可以激活NLRP3炎性小体，介导动脉粥样硬化早期炎性反应[21]。Duewell等[22]使用胆固醇结晶刺激人外周血单核细胞和小鼠巨噬细胞，发现NLRP3炎性小体可被激活，且IL-1β大量释放，促进动脉粥样硬化的形成。低密度脂蛋白(LDL)是重要的致动脉粥样硬化因子，而氧化修饰后的oxLDL致动脉粥样硬化作用更强；在巨噬细胞中，oxLDL能够通过ROS依赖途径激活NLRP3炎性小体[23]。在ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化模型中，敲除IL-1β基因可使动脉粥样硬化斑块的面积减少30%[24]。

1.4 NLRP3炎性小体与高血压

黄丛富等[25]研究发现，血清IL-1β水平在原发性高血压患者中显著升高，提示IL-1β与高血压有相关性。有文献指出，高盐诱发的高血压患者的NLRP3与IL-1β水平都较对照组明显升高[26]，这提示高血压的发生发展过程中有NLRP3炎性小体的参与。在高血压动物模型中，IL-1β能够随NLRP3炎性小体各成分表达水平的升高而成熟且分泌增加，敲除ASC基因后上述改变受抑[27]，该通路可能是潜在的治疗高血压靶点。

1.5 NLRP3炎性小体与心肌病

Bracey等[28]在小鼠模型中观察到NLRP3 mRNA水平升高以及心脏肥大、炎性反应和心室扩张，敲除NLRP3基因或使用IL-1受体拮抗剂可以减轻心脏炎性反应，改善心脏收缩功能。有研究表明，NLRP3炎性小体可以抑制心脏收缩[29]，促进促纤维化基因的表达[13]。病毒性心肌炎是扩张性心肌病的常见病因，由ROS和K+外流激活的NLRP3炎性小体在柯萨奇病毒B3诱导的病毒性心肌炎模型中可能发挥重要作用[30]。敲除NOD2可减少NLRP3的生成，使下游相关产物表达下调，进而抑制心肌细胞凋亡和间质纤维化[31]。

2 与NLRP3炎性小体相关的心血管疾病治疗策略

敲除小鼠NLRP3炎性小体的基因可预防心血管疾病、神经系统疾病和代谢性疾病，并可减缓与年龄相关的功能退化[32]。因此，NLRP3拮抗剂有望用于心血管疾病的治疗。

2.1 IL-1β拮抗剂

目前，与NLRP3炎性小体相关的治疗主要使用IL-1受体拮抗剂阿那白滞素和相关化合物，这些药物直接靶向IL-1β信号以抑制炎症性疾病进展[33]。IL-1β拮抗剂已经在临床上用于治疗痛风等疾病和遗传相关综合征，如Muckle-Wells综合征(NLRP3基因突变导致异常炎性反应)。CANTOS研究[34]的目的是为了探讨卡那津单抗(选择性抑制IL-1β的抗体)减少斑块炎性反应和心血管疾病风险的效果，同时也将提供减少NLRP3炎性小体形成使患者获益的间接证据。此外，由于卡那津单抗不影响血脂参数，该研究将证明靶向炎性反应对冠心病的益处。然而，IL-1β拮抗剂并不直接靶向NLRP3分子或炎性小体，故不能抑制IL-18的激活与表达。

2.2 抑制caspase-1

在动物模型中，caspase-1抑制抗动脉粥样硬化的效果尚不清楚。Ramajä等[35]比较了高脂肪饮食下ApoE-/-/Nlrp3-/-、ApoE-/-/Pycard-/-、ApoE-/-/Casp1-/-双敲除小鼠与ApoE-/-小鼠的动脉粥样硬化发展情况和斑块表型，发现它们在动脉粥样硬化发展、巨噬细胞浸润或斑块稳定性等方面没有差异。然而，Gage等[36]在血脂水平相当的caspase-1-/-/ApoE-/-双敲除小鼠与ApoE-/-小鼠的比较中观察到前者动脉粥样硬化的减少。这些研究的差异可能归因于饮食组成不同。

尽管胞内IL-1β前体的裂解主要与caspase-1有关，但是其他蛋白酶如中性粒细胞弹性蛋白酶也能够将其加工成活性细胞因子[37]。相关研究表明，颈动脉结扎小鼠与野生型小鼠相比，caspase-1缺乏小鼠的循环中有活性的IL-1β水平有所降低，但无统计学差异，新内膜发育也没有显著差异[38]。因此，抑制caspase-1对动脉粥样硬化的作用尚未明确，仍需进一步研究。

2.3 抑制NLRP3

在ApoE缺陷小鼠中沉默NLRP3能够抑制动脉粥样硬化，稳定斑块进展[39]。NLRP3炎性小体抑制剂小白菊内脂衍生物(arglabin)已被证实能减轻ApoE-/-小鼠的炎性反应和动脉粥样硬化[40]。化合物MCC950能特异性抑制NLRP3炎性小体的有效分子，抑制与NLRP3炎性小体激活相关的疾病进展，如MCC950可显著减少ApoE-/-小鼠的动脉粥样硬化病变[41]。体外实验也证实了MCC950在心脏损伤中具有较高的保护作用，这可能与MCC950改善自体吞噬的通量有关[42]。

ω-3脂肪酸可通过抑制NLRP3炎性小体发挥抗炎作用，ω-3 脂肪酸可以通过阻断核因子κB(NF-κB)、Toll样受体信号(TLR)以及ROS，抑制NLRP3炎性小体在不同阶段的激活[43]。Yan等[44]发现神经递质多巴胺通过多巴胺D1受体激活E3连接酶，抑制NLRP3炎性小体，该激活途径通过蛋白酶体降解NLRP3。不同的研究指出环磷酸腺苷(cAMP)在多巴胺D1受体下游发挥抑制作用[45]。酮代谢物β-羟基丁酸盐是NLRP3炎性小体的特异性抑制剂，其通过抑制K+外流和减少ASC寡聚化发挥作用[46]。临床上使用的抗过敏药物曲尼司特能够抑制NLRP3的寡聚化，从而避免NLRP3炎性小体组装，对NLRP3炎性小体相关的人类疾病(包括痛风性关节炎、深冷蛋白相关的自身炎性综合征和2型糖尿病)的小鼠模型具有显著预防或治疗作用[47]。CY-09能够与NLRP3结构域中的三磷酸腺苷结合基序结合，抑制NLRP3三磷酸腺苷酶(ATPase)活性，从而抑制NLRP3炎性小体的组装[48]。另有研究表明，二甲双胍、白藜芦醇、雷帕霉素也可通过间接途径抑制NLRP3[49]。

3 小结

NLRP3炎性小体与心血管疾病关系密切，NLRP3炎性小体及其激活产物促进心衰、心律失常、冠心病、高血压及心肌病等疾病的发生与发展。NLRP3炎性小体激活与调控的机制尚不明确，仍需进一步探索。对NLRP3炎性小体与心血管疾病的研究有望为心血管疾病的预防、诊断、治疗提供新的靶点。