NLRP3炎性小体在抑郁症中的作用的研究进展▲

郑雅格 卞合涛 梁 亮 王高华

(武汉大学人民医院精神卫生中心，湖北省武汉市 430000，电子邮箱：yagezheng2012@yahoo.com)

【提要】 抑郁症是常见的心理障碍，其发病机制目前尚不清楚，病因假说涉及神经免疫、神经生化、内分泌等多方面，近年研究热点已从经典的递质学说发展到对炎症因子的探索。本文就核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体在抑郁症中的作用进行综述。

抑郁症是一种严重的神经精神疾病，全球患病人数约为3.5亿人，其典型表现为情绪低落、思维迟缓、意志活动减退，常有自尊低下、快感缺失、睡眠、饮食及认知等方面障碍。据世界卫生组织报道，至2020年抑郁症将成为全球疾病负担第二位，仅次于冠心病，严重影响个人、家庭的工作、学习、社交等[1]。现有的抗抑郁症药物作用有限，仅1/2的患者能获得持续性缓解，而1/5的患者治疗无效[2]。核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-binding oligomerization domain，NOD)样受体(NOD-like receptor，NLR)是一种胞质模式识别受体，在检测到损伤相关分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMP)和病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)时可组装并活化为炎性小体，促发前炎症因子的成熟和分泌，参与固有免疫防御和获得性免疫反应的调控[3]。NLR家族由NLR蛋白(NLR protein，NLRP)和人白细胞介素1β转化酶蛋白酶激活因子(interleukin 1β converting enzyme activating factor，IPAF)亚家族构成。既往研究发现，神经炎症与抑郁症相关，但具体机制尚不清楚[3-4]。本文就近年来关于NLRP3的研究及其在抑郁症中的作用进行综述。

1 NLR的结构和组成

大多数NLR的中心是核苷酸结合与寡聚化区域，可通过依赖三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的寡聚化激活促炎因子信号通路；C端为亮氨酸富集重复序列，可介导配体蛋白；N端为半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase) 募集区(Caspase recruitment domain，CARD)或热蛋白区，负责结合下游分子。热蛋白区可募集含有CARD的凋亡相关斑点蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)，形成N端热蛋白区和C端CARD。ASC的CARD通过结合Caspase-1前体，形成炎性小体。NLRP1、NLRP3、IPAF炎性小体具有特定结构，能够募集Caspase-1。其中NLRP1炎性小体含有C端CARD，能够募集Caspase-1前体和Caspase-5前体，因此NLRP1不需要募集ASC可直接结合Caspase-1，但有研究发现ASC能够增强NLRP1介异的Caspase-1活化。与其他NLR不同，NLRP3缺少CARD，但含有热蛋白区，当被许多异常侵袭性病原和细胞损伤物质激活时，热蛋白区募集ASC，ASC的CARD募集Caspase-1前体，激活Caspase-1。IPAF蛋白含有的CARD能直接结合Caspase-1前体，不需要ASC参与[5-6]。可见炎性小体是一种多蛋白复合体，包括感受器NLR、调节器ASC和效应器Caspase-1前体3部分。

2 NLRP3炎性小体的激活和调控

NLRP3是脑中被研究最为广泛的NLR亚单位，与免疫密切相关，常结构性表达于巨噬细胞和小胶质细胞中，可裂解炎症因子前体，使其活化成熟，促发一系列免疫炎症反应[6]。许多细菌复合物、病毒以及受损细胞释放的内源性物质等都可通过NLRP3炎性小体激活Caspase-1，Caspase-1又称为白细胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)转化酶，可特异性地将IL-1β前体裂解为成熟活化的IL-1β，从而参与炎症反应[7]。各种刺激物经过一系列的途径引起NLRP3炎性小体的组装和活化，主要有以下3种模式：ATP触发P2X7R激活、减少其他胞外激动剂进入胞质增加钾离子外流，从而激活NLRP3炎性小体；DAMP和PAMP依赖活性氧通路导致NLRP3炎性小体激活；自噬的晶体或微粒破裂后被胞质感受，引起组织蛋白B释放和NLRP3炎性小体激活[6]。

2.1 依赖Toll样受体 Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)位于细胞膜，是调控炎性小体活性和前体炎症因子产生的关键模式识别受体，核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是常见的细胞调节因子，常被促炎刺激激活。P2X7R、TLR4、TLR2是精神应激相关性中枢神经系统炎症的重要介质，Pan等[4]研究发现，慢性轻度不可预见性刺激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)可激活大鼠前额叶皮质区IL-1β、NLRP3炎性小体，提高其他促炎危险因子TLR2、P2RX7水平，经过氟西汀治疗后TLR2水平下调，而TLR4、P2RX7水平无明显变化，提示氟西汀抗抑郁作用可能与NLRP3和TLR2有关。雌激素缺乏同样能导致抑郁症状，切除卵巢后，雌性小鼠海马区TLR4、TLR2、P2X7R、MyD88表达增加，NF-κB通路激活，同时促进NLRP3、IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)基因转录增加，而IL-1β的成熟则受炎性小体调控，炎性小体抑制剂VX-765能够抑制TLR4的表达及炎症因子IL-1β、IL-18释放[8]。研究发现，反复社会失败小鼠抑郁模型中脑单核细胞浸润，导致了神经炎症，可能与趋化因子受体CX3CR1、趋化因子受体2和TLR4激活有关。Jiang等[9]研究发现，脂多糖并不引起大鼠海马TNF-α激活，但此前的研究显示脂多糖可激活TLR4和NF-κB通路，并促进TNF-α转录、翻译、表达[10]，两者结论不同可能与脂多糖剂量不同有关。Yuan等[11]研究发现，较低剂量的脂多糖可提高单核细胞中的促炎因子水平，而高剂量的脂多糖对炎症介质无影响，甚至出现抑制效应，提示持续或过度的TLR4激活可能导致内毒素耐受。另外一项研究显示，尽管脂多糖急性诱导可提高动物模型促炎因子水平，但脂多糖慢性(如3个月)诱导只提高IL-1β水平，而对TNF-α、IL-6无影响[12]，这些现象可能与实验条件如细胞类型、脂多糖剂量和治疗时间有关，提示IL-1β是较为关键的炎症因子。Slusarczyk等[13]研究发现，脂多糖导致小胶质细胞TLR4磷酸化，磷酸化的TLR4激活胞内丝裂原活化蛋白激酶通路(包括细胞外调节蛋白激酶1/2、c-Jun氨基末端激酶、p38)以及转录因子NF-κB，增强M1型小胶质细胞活性，使NLRP3炎性小体活化，上调所有促炎因子(包括细胞因子、趋化因子、一氧化氮、活性氧)水平。

2.2 依赖ATP NLRP3炎性小体组装和寡聚化、募集ASC和Caspase-1前体、蛋白水解Caspase-1活化的常见启动信号为ATP、孔毒素、晶体物质等。ATP是一种重要的DAMP，主要来源于损伤或坏死的细胞，是P2X7R的常见配体，可激活炎性小体，研究表明炎症期间各种细胞释放的ATP会促进炎症反应[14-15]。Iwata等[16]研究发现，放疗急性毒性反应抑郁大鼠模型海马胞外ATP呈双向变化，胞外ATP释放，ATP与离子型通道P2X7R结合使P2X7R激活，NLRP3炎性小体活化，IL-1β释放，且细胞培养进一步证实，谷氨酸(100 μmol/L)可促进培养基中星型胶质细胞释放ATP，提示ATP受到兴奋性神经递质谷氨酸的调控；同时，敲除NLRP3对应激的抵抗作用以及使用P2X7R拮抗剂A-804598能缓解上述炎症反应，说明ATP/P2X7R通路在炎性小体活化中具有重要作用。近期研究发现，慢性社会失败小鼠抑郁模型中，应激降低了海马区ATP基础水平，而使用ATP可发挥抗抑郁效应，这可能是由于检测ATP的时间、灌注时间、ATP剂量差异造成，另外P2X2R亚型也可能参与其中[17]。Lu等[18]研究发现，CUMS激活动物模型P2X7R、炎性小体，引起钾离子外流，而使用钾通道阻滞剂埃他卡林可下调NLRP3炎性小体并抑制炎症反应。Alcocer-Gómez等[19]发现，慢性束缚应激可导致C57BL小鼠前额叶皮质区和海马区NLRP3、IL-1β、ATP升高，而对敲除NLRP3的小鼠ATP无明显影响。

2.3 依赖活性氧 除了炎症因子，炎症的其他有害介质如活性氧和一氧化氮也会影响大脑神经，参与抑郁症的形成。活性氧主要来源于星型胶质细胞中损伤的线粒体，是导致NLRP3激活的常见细胞上游信号[20]。许多NLRP3激动剂可促进活性氧形成，而活性氧能通过一些中间通路激活炎性小体[21]。解偶联蛋白2(uncoupling protein 2，UCP-2)广泛分布于线粒体内膜，调控线粒体状态及活性氧产生。Du等[22]研究发现，CUMS可减少小鼠抑郁神经形成，增加活性氧，促使硫氧还蛋白结合蛋白(thioredoxin-interacting protein,TXNIP)与NLRP3相互作用，激活炎性小体，促进IL-1β表达，敲除UCP-2基因可使上述表现进一步加重；而在体外培养敲除UCP-2基因的小鼠星型胶质细胞中，活性氧抑制剂吡咯烷二硫代甲酸铵盐降低了活性氧、TXNIP、NLRP3的水平，而转染人UCP-2 cDNA质粒可减少线粒体吞噬，缓解这些改变，其机制涉及活性氧/TXNIP/NLRP3通路。Alcocer-Gómez等[23]对比重度抑郁症患者和正常人血单核细胞基因谱后发现，重度抑郁症患者抗氧化基因铜锌超氧化物歧化酶、锰超氧化物歧化酶表达下调，线粒体生物合成基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α、线粒体转录因子A、核呼吸因子1下调，ATP减少，同时活性氧升高，提示炎症、氧化应激与抑郁密切相关。Ives等[24]也发现，活性氧是巨噬细胞中激活NLRP3的主要物质，可促使IL-18和IL-1β分泌，羟基红花黄色素A可直接抑制黄嘌呤氧化酶活性，清除活性氧并抑制炎性小体活性。活性氧在炎症通路中发挥效应可能与NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶通路有关[25]。Bellezza等[26]研究发现，脂多糖刺激转基因氧化物歧化酶1小胶质细胞，会增加活性氧和一氧化氮产生，激活NRLP3。Slusarczyk等[13]研究发现，塞莱普汀可抑制脂多糖诱导的小胶质细胞活性氧，但是对抗炎因子无明显影响，说明噻奈普汀的抗炎效应和改变M1/M2型巨噬细胞平衡的作用并不依赖激活M2型胶质细胞，可能与氧化还原再平衡及炎症因子下调有关。

2.4 其他通路 近年来关于NLRP3炎性小体的激活和调控的研究热点还有溶酶体和自噬相关的炎性小体活化途径。研究表明，自噬能抑制NLRP3炎性小体活性，一些抗抑郁药能提高自噬基因BECLIN 1和MAP-LC3的水平，抑制NLRP3炎性小体活性；而在体外实验中，使用抗抑郁药后，可检测到野生小鼠胚胎成纤维细胞轻链3B-Ⅱ升高，NLRP3活性降低，提示自噬体参与NLRP3形成；而缺乏Atg5基因的小鼠胚胎成纤维细胞中检测不到轻链3B-Ⅱ，炎性小体不被抑制[27-28]。有学者认为自噬只在转录水平上控制IL-1β的水平，而并非作用于NLRP3炎性小体活化步骤上，且自噬和炎性小体之间存在相互调节关系，但具体机制尚需深入研究[28]。

3 NLRP3与抑郁症的关系

世界卫生组织调查显示，全球精神疾病发病率增长迅猛[29]。抑郁症以快感缺失、兴趣减退、疲劳、记忆、注意力不集中为特点，严重者有自杀倾向。越来越多的证据表明炎性因子参与抑郁及抗抑郁过程，重度抑郁症患者外周血和CUMS抑郁动物模型海马、前额叶中可见NF-κB通路与NLRP3炎性小体的激活[4-30]。抗抑郁药物治疗多以神经递质为靶点，具有一定副作用，且一些抗抑郁药物同时具有抗炎作用。比如，氟西汀治疗6周可显著缓解CUMS大鼠抑郁行为，并抑制脑中NF-κB通路、NLRP3炎性小体活性及中枢神经系统炎症，下调TLR2，而TLR4和P2RX7无明显改变[4]。急慢性应激会激活小鼠NF-κB通路，损坏海马齿状回亚颗粒区神经，引起抑郁症状，若提前使用NF-κB抑制剂JSH-23和SC-514，有助于维持神经干细胞的形成[31]。使用抗抑郁药物如氟西汀、帕罗西汀、丙米嗪、阿戈美拉汀等治疗半年以上可明显减少重度抑郁症患者血单核细胞中NLRP3炎性小体成分和IL-1β、IL-18水平，体外ATP刺激THP-1细胞炎症模型中也有同样变化[27]。Song等[32]研究发现抑郁症和氧化应激有关，CUMS抑郁模型中氧化还原指标TXNIP升高，硫氧还蛋白降低，抑制TXNIP/硫氧还蛋白/NLRP3通路可改善抑郁症。研究发现，敲除小鼠X染色体神经连接蛋白基因NLGN3可减轻CUMS引起的胶质细胞活化，抑制NLRP3活性，缓解神经炎症及抑郁症状，发挥抗抑郁效应[33]。Wickens等[34]研究发现，即使敲除NLRP3基因，递增剂量的脂多糖刺激会导致C57BL/6J小鼠出现抑郁样行为，但疾病行为较野生小鼠轻，说明尽管NLRP3炎性小体介导疾病行为，但并不是持续免疫系统激活后发生抑郁症状所必需的。Dang等[35]认为，抑郁症状是由炎症因子、氧化应激、神经凋亡和神经递质系统紊乱导致，ω3多不饱和脂肪酸能抑制P2X7R/NLRP3轴，减轻炎症反应和氧化应激，增加5-羟色胺、多巴胺、谷氨酸等递质水平，改善抑郁症状。谷氨酸是慢性应激释放的兴奋性神经递质，可促使ATP水平增高，通过谷氨酸-ATP-P2X7R通路激活NLRP3[16,36]。雄性SD大鼠海马注射P2X7R拮抗剂，可减少抑郁行为[37]。此外，抑郁症患者DNA损伤和修复受限，使用氧化物质过氧化氢时外周血单核细胞更易受DNA损伤[25,38]。

4 总 结

NLRP3炎性小体是一种多蛋白体，许多信号如PAMP产生、DAMP产生、钾离子外流、活性氧产生等都可使其活化并产生有害效应。炎症因子、氧化应激、神经凋亡形成的恶性循环，可加重炎症所致的神经行为学改变，参与抑郁症发病机制。随着研究的进展，目前关于NLR的结构与功能、活化与调控，以及其在抑郁症中的作用逐步明确，但对于NLR产生有害效应的机制尚不清楚，未来有待进一步加强探索以寻找治疗抑郁症新的突破口。