NLRP3炎性小体在肾纤维化中的研究进展▲

袁 哲 李 均

(遵义医科大学珠海校区中药应用与基础研究重点实验室，广东省珠海市 519100，电子邮箱：605358584@qq.com)

【提要】 肾纤维化是肾脏损伤不断积累的结果，是各种肾脏病进展到终末期肾病的病理学基础。炎症参与肾纤维化的发生发展，而炎性小体在肾内激活后释放促炎细胞因子可加速促进纤维化的形成。研究发现，核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体在肾纤维化时表达增加。本文就NLRP3炎性小体在肾纤维化中的作用进行综述。

肾纤维化是肾脏对多种致病因素(如炎症、损伤、局部缺血、免疫应答等)产生的病理性修复反应，包括肾小球硬化和肾间质纤维化，是各种肾脏疾病进展到终末期肾病的共同途径和主要病理学基础，其特征是细胞外基质的异常沉积。肾间质纤维化发生机制涉及炎症、氧化应激、凋亡、多种细胞因子作用等方面。研究表明，慢性持续性炎症是慢性肾病进展的重要机制[1]。虽然内外因素导致的肾损伤引起的炎症应答是机体的一种保护性机制，但持续存在的炎症会成为有害因素，促进肾间质纤维化的形成。近年来，随着对炎性小体研究的不断加深，其在调节炎症反应及肾纤维化中的作用也越来越受到人们的重视。炎性小体是由Nod样受体家族蛋白与 PYHIN家族蛋白组成的细胞质多蛋白复合物，能被多种病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)或损伤相关分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMP)激活，在先天免疫反应中起重要作用。研究表明，抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like protein 3，NLRP3)炎性小体的表达可以减少肾纤维化，对肾脏起到保护作用[2]。本文就NLRP3炎性小体在肾纤维化中的作用进行综述。

1 NLRP3炎性小体的结构与激活

1.1 NLRP3炎性小体的结构 先天免疫系统是识别感染并启动病原体清除和组织修复过程的第一道防线，而炎性小体是参与先天免疫过程中最重要的复合物之一，其种类较多，NLRP3炎性小体是当前研究的热点。NLRP3炎性小体由3部分组成：感受器为NLRP3受体分子，衔接子为含半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase) 寡聚结构域的凋亡相关斑点样蛋白[apoptosis-associated speck-like protein containing Caspase recruitment domain(CARD)，ASC]，效应蛋白为Caspase-1。NLRP3受体分子是一种3联蛋白，其含有氨基末端热蛋白结构域(pyrin domain，PYD)、中心核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-binding oligomerization domain，NACHT)和羧基末端富含亮氨酸的重复结构域(leucine-rich repeat domain，LRR)。NACHT结构域具有对NLRP3受体分子自身结合和功能至关重要的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)酶活性，而LRR结构域被认为可通过折回到NACHT结构域诱导自身抑制。ASC具有氨基末端PYD和羧基末端CARD两个蛋白质相互作用的结构域[3]。

1.2 NLRP3炎性小体的激活 当NLRP3受体分子受到外源性或内源性刺激物激活后，通过PYD与ASC 的相互作用，ASC的CARD结构域可募集半胱天冬酶-1前体(pro-Caspase-1)的结构域，形成NLRP3-ASC-pro-Caspase-1复合物，即NLRP3炎性小体，然后pro-Caspase-1 被剪切为有活性的 Caspase-1，Caspase-1分别将白细胞介素1β前体(pro-interleukin 1β，pro-IL-1β)和白细胞介素18前体(pro-interleukin 18，pro-IL-18)切割成成熟的白细胞介素(interleukin，IL)-1β及IL-18，从而建立免疫应答[4]。至少有两种信号是NLRP3炎性小体激活所必需的：信号1由Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)或细胞因子如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)识别的微生物配体介导，激活核因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)途径，引起pro-IL-1β和NLRP3蛋白水平的上调；信号2由各种PAMP和DAMP刺激介导，并促进ASC和pro-Caspase-1的组装，诱导NLRP3炎性小体的活化[5]。迄今为止，NLRP3炎性小体激活的确切机制仍未完全明确，但有3种机制得到学者的普遍认可[6]：(1)细胞内钾离子浓度降低。当细胞膜上的嘌呤能受体P2X7被细胞外的ATP激活后，导致细胞内的钾离子外流、半通道蛋白Pannexin-1聚集，并使细胞膜上相应通道开放，细胞外炎性小体的活化信号随之进入细胞内，进而活化NLRP3炎性小体。(2)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生。大多数NLRP3炎性小体激活剂可以在不同类型的细胞中诱导线粒体ROS的产生，而ROS抑制剂可消除许多在刺激诱导下NLRP3炎性小体的激活。(3)溶酶体破裂导致组织蛋白酶B释放。当一些颗粒物质或病原体等被细胞吞噬后，引起细胞内的溶酶体膜破裂，释放组织蛋白酶B从而激活炎性小体。

2 NLRP3炎性小体在肾纤维化中的激活与调节

2.1 NLRP3炎性小体在肾纤维化中的激活 肾纤维化是各种肾损伤的最终共同途径，研究表明，NLRP3炎性小体在各种慢性肾病中均被激活[2]。El-Deeb等[7]通过观察15名健康受试者及80名2～4期慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)的患者发现，CKD患者中Smad和NLRP3 mRNA的表达显著上调，血清转化生长因子β(transforming growth factor β,TGF-β)和IL-1β的水平明显上升，提示NLRP3炎性小体在CKD患者中被激活。在经典的肾纤维化单侧输尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction，UUO)小鼠模型中，NLRP3炎性小体、ASC、Caspase-1、IL-1β水平明显增加[8]。而在NLRP3基因敲除糖尿病肾病小鼠模型中，肾脏炎症及纤维化可被部分抑制，说明NLRP3炎性小体的促炎作用可能促进了肾纤维化[9-10]。

尿酸性肾病是导致慢性肾脏病的常见病因之一，高尿酸可诱导肾纤维化，在高尿酸大鼠模型中可以观察到肾脏上皮-间质转化，同时发现肾脏上皮细胞NLRP3/ASC表达上调，而别嘌醇的干预可以减少尿酸促进ASC和pro-Caspase-1组装、诱导NLRP3炎性小体复合物的活化生成的作用，从而改善肾纤维化程度[11-13]。

在高血压肾病小鼠模型中，炎性小体亚单位(NLRP3、ASC、pro-Caspase-1)及炎症/损伤标志物(pro-IL-1β、pro-IL-18)在肾脏的表达均增加，NLRP3活性抑制剂MCC950的介入可有效减少上述因子的表达，同时降低血压及蛋白尿，减轻肾纤维化[14]。血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ)在高血压及慢性肾病的相互作用中有着重要地位。研究发现，Ang Ⅱ可诱导NLRP3炎性小体的激活，而NLRP3的缺失可改善足细胞的凋亡[15-16]。目前Ang Ⅱ激活NLRP3炎性小体的机制仍未明确，可能与溶酶体膜破裂释放组织蛋白酶B有关[17]。

蛋白尿不仅是肾脏疾病的常见标志物，还涉及肾间质炎症和纤维化，也被认为是NLRP3炎性小体的另一激活剂。在阿奇霉素肾病大鼠模型中，长期暴露于高蛋白浓度的近端肾小管上皮细胞中NLRP3途径被激活，其强度与淋巴细胞浸润的密度呈正相关[18]。在蛋白负荷肾病大鼠中，可观察到暴露于白蛋白的肾小管上皮细胞中NLRP3途径被激活，并且发现肾小管上皮细胞中溶酶体的破裂及相应组织蛋白酶B的释放，而组织蛋白酶B抑制剂可抑制肾小管上皮细胞中NLRP3的信号[19]。还有研究发现，近端肾小管上皮细胞中IL-1β或IL-18的表达与蛋白尿明显相关，而在血管紧张素转化酶抑制剂药物依那普利的干预下，NLRP3炎性小体及其相应亚单位的表达减少[20]。

2.2 NLRP3炎性小体在肾纤维化中的调节 自噬是一种高度保守的细胞降解和再循环过程，可调节细胞的死亡与增殖，以往的研究表明，自噬在肾纤维化中具有保护作用[21]。在UUO小鼠模型中条件性敲除远端肾小管上皮细胞中自噬相关蛋白7基因，可促进TGF-β/Smad4途径及NLRP3炎性小体的激活，加重肾间质纤维化[22]。研究发现，自噬功能的下调会抑制NLRP3炎性小体-Caspase-1-IL-1β途径，增加细胞的凋亡，提示自噬可通过调节TGF-β/Smad4途径以及NLRP3炎性小体在肾间质纤维化中起保护作用[23]。在敲除NLRP3基因的UUO小鼠中，相对于基线时，自噬功能上调，肾纤维化水平较低，说明自噬与NLRP3炎性小体的相互作用可能并非上下游关系[24]。此外，有研究表明，威草胶囊在尿酸性肾病大鼠中以浓度依赖性的方式发挥抗炎和抗纤维化作用，其机制可能是通过诱导自噬并增加NLRP3炎性小体的降解[12]。

氧化应激产生ROS是众多疾病发生的病理生理基础，在肾纤维化中ROS与NLRP3炎性小体的激活与调节同样密切相关。缺氧可诱导NLRP3炎性小体的增加，NLRP3基因敲除的肾小管细胞在缺氧条件下ROS的产生减少，ROS的抑制剂可下调NLRP3的表达，减轻肾纤维化，说明氧化应激及ROS的产生与NLRP3炎性小体的形成相互作用、相互促进[24-25]。此外，肾脏中高水平的ROS与IgA肾病的进展有关，应用抗氧化物环己烯酮可通过促进IgA肾病小鼠中核因子E2相关因子(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)抗氧化途径减少ROS的产生，同时抑制NLRP3炎性小体的活化[26]。但在另一项研究发现，Nrf2缺陷UUO小鼠的NLRP3炎性小体的激活减少，肾纤维化程度降低[27]。因此，氧化应激在NLRP3炎性小体中的调控机制有待更进一步研究。

近年来，研究发现在UUO小鼠模型中，肾小管上皮细胞总NLRP3在缺氧期间显著增加，且不依赖于ASC、Caspase-1和IL-1β，提示NLRP3具有非炎症依赖性功能[24]。在一项关于钙质沉着相关的慢性肾病的研究中，缺乏NLRP3和ASC的小鼠未能发展成肾钙质沉着症，同时应用NLRP3抑制剂干预的小鼠也免于肾钙质沉着症，但应用IL-1抑制剂却没有这样的作用，证明了NLRP3具有IL-1非依赖性功能[28]。当然，肾纤维化中NLRP3炎性小体的激活和调节是多方面的综合作用，互为因果，相互促进，除了以上所述，经典的TGF-β/Smad途径、TLR、Notch信号通路等都可能参与其中，需要更进一步的研究以提供新的思路。

3 以NLRP3炎性小体为靶点干预肾纤维化

研究表明，多种药物可以作用于NLRP3炎性小体进而改善肾纤维化。降糖药二肽基肽酶4抑制剂中的吉格列汀能通过减弱NLRP3炎性小体的激活，从而改善UUO诱导的肾纤维化[8]。在阿奇霉素肾病大鼠模型中也显示了DPP-4可抑制NLRP3炎性小体的活性，从而减轻了肾间质纤维化[29]。黄嘌呤氧化酶抑制剂别嘌呤醇通过减少NLRP3炎性小体的激活剂尿酸及ROS，从而下调CKD大鼠模型中NLRP3炎性小体的活化，延缓CKD的进展[11]。多项研究表明，NLRP3基因的敲除可抑制多种肾病模型中的肾纤维化[9，10，30]。近年来，中药及其有效成分在慢性肾病治疗中的作用受到越来越多的关注。黄葵胶囊作为现代抗炎中成药，目前已广泛应用于糖尿病肾病的临床治疗，研究表明，它可以通过抑制肾脏中NLRP3炎性小体的激活来减轻肾小管上皮-间质的转化以延缓肾纤维化的进展[31]。抗疟疾药物青蒿素可通过下调NF-κB/ NLRP3信号通路，减弱肾小管间质炎症和纤维化[15]。淫羊藿苷是一种来自中草药淫羊藿的黄酮类化合物，具有抗炎作用，研究证明，它可以通过抑制NF-κB介导的NLRP3炎性小体的激活来改善IgA肾病大鼠的肾损伤[32]。当归补血汤是中药补益剂中的常用方剂，具有补气生血之功效，在UUO大鼠模型中通过抑制NLRP3炎性小体的表达和减少IL-1β的分泌显著减少了肾小管间质损伤以及间质胶原沉积[33]。而另一温阳利水的方剂真武汤，可下调膜性肾病大鼠模型中NLRP3炎性小体及其亚单位的表达，同时抑制了NF-κB通路，减轻肾脏损害[34]。目前，NLRP3炎性小体特异性抑制剂已应用于实验研究。其中，MCC950可有效降低高血压肾病小鼠模型的肾脏炎症、纤维化和高血压[14，35]。

4 结 语

在不同病因所致肾损伤中，NLRP3炎性小体的激活均可介导炎症参与肾纤维化的发生发展，而抑制NLRP3炎性小体的活化或可通过减少ROS的产生、增加细胞自噬等调控途径影响NLRP3炎性小体的生成，减轻肾脏炎症，缓解肾纤维化。目前已经为NLRP3炎性小体研发了多种特异性抑制剂，但作为先天免疫系统的重要组成部分，其激活对机体的防御反应具有积极作用，因此，NLRP3炎性小体的靶向治疗及其应用时机有待更深入的研究。此外，尽管NLRP3炎性小体已成为近年来的研究热点，但其激活和调节的确切机制尚未完全明确，需要进一步的研究加以阐明，从而为肾纤维化的治疗提供新的可能。