NLRP1炎症小体与肿瘤研究进展

黄丰泽 梁万旺 孙达欣

作者单位：541001 桂林 桂林医学院附属医院乳腺甲状腺外科

识别受体（pattern-recognition receptor，PRR）通过识别入侵的微生物以及体内危险信号，随后通过分泌细胞因子和趋化因子激活获得性免疫系统［1］。根据分布位置不同可将PRR分为两大类：位于细胞膜上的 TOLL样受体（toll-like receptor，TLR）、C 型凝集素受体和位于细胞质内的NOD样受体、RIG-I样受体、黑色素瘤缺乏因子2样受体［2］。其中NOD样受体蛋白 1（nod like receptor proein l，NLRP1）受多种不同外源性和内源性刺激信号激活，从而形成一个由多种蛋白质组成的复合体即NLRP1炎症小体。NLRP1炎症小体是最早被发现的炎性体［3］，已被发现可能与多种肿瘤发生有关，但目前其在肿瘤发生和发展中的作用仍存争议。本文就NLRP1炎症小体与肿瘤的研究进展作一综述。

1 NLRP1炎症小体的构成

NLRP1炎症小体是由感受器NLRP1、接头蛋白ASC和效应蛋白Caspase-1构成的一种大分子多蛋白复合体（图1）。人体中只存在一种NLRP1基因，但在小鼠中有三种旁系同源成员，分别是NLRP1a、NLRP1b和NLRP1c。人类NLRP1与所有NLR的结构具有相似性，但也有其独特的结构域，由N端PYD结构域、中间的核苷酸结合结构域（nucleotide binding domain，NBD）、富含亮氨酸的重复序列（leucine-rich repeat，LRR）、寻找功能结构域（function to find domain，FIIND）和C端CARD结构域组成。一般情况下，PYD和CARD结构域分别介导其他下游含PYD和CARD的蛋白质，如分别与ASC和Caspase-1的同型相互作用；而NBD结构域可与LRR结构域相互作用，FIIND结构域能使NLRP1感知自身蛋白质的稳定性，以检测和响应病原体相关活动。NLRP1特有的CARD结构域能通过CARD-CARD相互作用直接结合Caspase-1，完成NLRP1炎症小体的装配，因此ASC虽然能促进NLRP1介导的Caspase-1活化，但并不是NLRP1炎症小体活化过程中的必要组成部分［4］。而Caspase-1作为NLRP1炎性小体的效应蛋白，激活后能促进IL-1β和IL-18成熟与分泌。此外，NLRP1还可与Caspase-5相互作用［5］，但尚未确定Caspase-5在NLRP1炎症小体中是否发挥作用。

2 NLRP1炎症小体的激活与调控

2.1 NLRP1炎症小体的激活

NLRP1炎症小体的激活机制尚不明确，激活物质主要包括细菌的胞壁酰二肽、炭疽致死毒素以及寄生虫等［6］。在未被激活状态下，NLRP1中的NBD结构域与LRR结构域相互作用，抑制自身的寡聚化而处于无活性状态。接触激活物后，NLRP1中的LRR结构域与其结合，使NLRP1的空间构象随之变化，暴露出PYD与CARD结构域，然后PYD结构域与ASC的PYD结构域结合，同时ASC的 CARD结构域招募Caspase-1前体对其进行寡聚化，从而完成炎症小体装配。寡聚化的Caspase-1前体自身磷酸化裂解形成有活性的Caspase-1，进而参与IL-1β、IL-18的加工和分泌，使其成熟，从而参与炎症反应［7-8］。此外，活化的Caspase-1能切割GSDMD蛋白，形成具有膜毒性的GSDMD-N端p30片段，从而导致细胞产生炎症性程序性死亡方式即细胞焦亡，这种现象常见于细胞内病原体感染［9-10］。

图1 NLRP1炎症小体的组成Fig.1 Composition of NLRP1 inflammasome

2.2 NLRP1炎症小体的调控

NLRP1炎症小体在感染过程的免疫应答中起重要作用。NLRP1炎症小体过度激活会导致过度炎症反应，且与多种疾病相关，包括Ⅰ型糖尿病、自身免疫性甲状腺疾病和系统性红斑狼疮等［11］。因此，调节NLRP1炎症小体对维持体内平衡和防止体内有害反应至关重要。目前已知的NLRP1炎症小体的调控方式可分为以下几类：⑴含有PYD结构域的蛋白，包括热蛋白、PYDC1（pyrin domain-containing protein 1）和 PYDC2（pyrin domain-containing protein 2）等，主要通过 PYD-PYD相互作用，干扰ASC与NLRP1的相互作用，抑制炎症小体活化。⑵具有CARD结构域蛋白，包括 COP、INCA、ICEBERG 和 Caspase-12等，通过阻止Caspase-1募集抑制炎症小体活化。⑶抗凋亡蛋白，如Bcl-2和Bcl-xl，在正常静息细胞中与NLRP1结合，抑制Caspase-1活化和IL-1β分泌［12］。⑷Kaposi肉瘤病毒、疱疹病毒等，通过与NLRP1结合，抑制炎症小体活化［13］。

3 NLRP1炎症小体与肿瘤

炎症的持续存在可能导致恶性肿瘤发生，也在癌症发展和侵袭中起重要作用［14］。炎症小体是先天免疫系统中的多蛋白复合体，可引发Caspase-1激活和炎性细胞因子成熟。IL-1β过度表达可影响多种自身免疫性疾病，且可能导致癌变［15］。包括 NLRP3、NLRP6、NLRC4、NLRP1和AIM2在内的几种炎症小体可能通过对先天性和适应性免疫、细胞凋亡、分化的调节而在肿瘤发生中发挥致病作用［16］。

3.1 NLRP1炎症小体与结直肠癌

研究认为结直肠癌（colorectal cancer，CRC）的发生与炎性肠病有关，因此炎症与CRC关系的研究也越来越多，但结果仍存争议［17］。研究显示NLRP1炎症小体对炎性肠病和CRC的影响主要通过调控IL-1β和IL-18发挥作用。IL-1β可经IL-1β/NF-κB/mir-181a/PTEN信号通路发挥促进CRC细胞生长作用［17］，也能诱导成纤维细胞中的炎症介质COX-2生成从而有利于CRC细胞增殖和侵袭［18］。IL-18主要在CRC发生中发挥抑制作用［19］。也有研究［20］在结肠癌患者活检组织中发现NLRP1水平较健康对照组下调，且可作为结肠稳态的关键调节剂；在葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate，DSS） 和偶氮甲烷（azoxymethane，AOM）诱导小鼠结肠炎及结肠炎相关肿瘤发生实验中同样发现缺乏NLRP1的小鼠胃肠道炎症和肿瘤发生率显著增加，且与IL-1β和IL-18水平降低有关，因此认为NLRP1对小鼠肠道黏膜起保护作用，可对抗DSS和AOM诱导的小鼠结肠炎和结肠炎相关肿瘤的发生发展。但是，最近有研究［21］提出NLRP1可通过限制肠道内的梭状芽孢杆菌作用，降低结肠丁酸盐的产生，从而促进炎症性肠病发生。其中丁酸盐可以通过抑制SIRT3活性，改变线粒体内关键蛋白复合体PDC和ComplexⅠ的乙酰化水平，激活PDC并抑制ComplexⅠ活性，从代谢层面促进结直肠肿瘤细胞凋亡［22］。因此，NLRP1炎症小体在结CRC发生和发展中起到一定作用，但主要发挥促进作用还是抑制作用仍需进一步研究证实。

3.2 NLRP1炎症小体与皮肤癌

皮肤癌主要分为鳞状细胞癌、黑色素瘤和基底细胞癌三大类，好发于脸颊、鼻部、眼睑皮肤等长期暴露于阳光的部位［23］。与其他NLR相比，NLRP1主要在人类皮肤中表达［24］。NLRP1基因编码区和非编码区的多态性也与白癜风相关。白癜风是一种影响皮肤黑色素细胞的自身免疫性疾病，患者血清中IL-1β水平往往较正常人群高［25-26］。NLRP1基因变异也已被证实可诱发银屑病和角膜上皮内角化不良［27-28］。此外，纯合子序列变体（Gly587Ser）与黑色素瘤也相关，其位于NLRP1基因的一个区域，而该区域主要调节炎症小体寡聚化和组装，意味着该变体可促进NLRP1组装增加，并导致NLRP1炎症小体过度活化，加速肿瘤进展［29］。有研究［30］检测216例黑色素瘤组织样本和13例人黑色素瘤细胞系，发现NLRP1在黑色素瘤中表达升高，而敲除人转移性黑色素瘤细胞中NLRP1表达后Caspase-1 活性、IL-1β 产生、IL-1β 分泌和核因子-κB活性均降低，同时增强 Caspase-2、Caspase-9活性，促进细胞凋亡，说明NLRP1通过增强炎症小体激活和抑制黑色素瘤细胞凋亡，从而促进黑色素瘤生长。NLRP1是人类皮肤中主要的炎症传感器，在最近发现的两种新皮肤疾病多发性自愈性掌跖癌（multiple self-healing palmoplantar carcinoma，MSPC） 和家族性慢性苔藓样角化病（familial keratosis lichenoides chronic，FKLC）中进行基因测序，同样发现两种疾病的发生均与NLRP1基因突变有关，且角质形成细胞中NLRP1炎症小体异常激活和IL-1细胞因子分泌可直接引起皮肤炎症和表皮增生［31］。但是，在鳞状细胞癌活检样本中发现NLRP1，ASC，Caspase-1和proIL-1β的蛋白质水平较健康皮肤降低［32］，在鳞状细胞癌细胞系中发现 ASC、Caspase-1、IL-1β和 NLRP1表达被甲基化抑制，因此认为NLRP1炎症小体通路在鳞状细胞癌中下调可能促进肿瘤发展。综上可见，NLRP1炎症小体主要对皮肤肿瘤起促进作用，但在不同皮肤肿瘤中致病机制可能不同。

3.3 NLRP1炎症小体与乳腺癌

NLRP1炎症小体主要通过IL-1β和IL-18在乳腺癌发展中起作用，两者均表现为高表达［33-34］。其中，IL-18是NLRP1炎症小体的下游产物，其表达水平增加可能与NLRP1炎症小体过度激活有关。GUNEL等［34］检测38例转移性和26例非转移性乳腺癌患者以及16名健康对照者血清中的IL-18水平，发现乳腺癌患者血清IL-18水平较健康人群明显升高，且转移患者IL-18水平高于非转移患者，认为IL-18可作为监测转移性乳腺癌的有效指标。此外，IL-18基因多态性也与乳腺癌发生风险增加有关［35］。也有研究［36］在人乳腺癌mcf-7细胞及乳腺癌组织中发现NLRP1高表达，且与淋巴结转移、肿瘤淋巴结转移阶段和Ki-67水平相关，裸鼠移植瘤模型观察到NLRP1过表达可能是通过诱导上皮间质转化而促进乳腺癌迁移、侵袭和生长。但是，NLRP1促进乳腺癌发展的具体作用机制尚未阐明，有待进一步证实。

3.4 NLRP1炎症小体与白血病

白血病是一类造血干细胞恶性克隆性疾病。有研究［37］在髓系白血病细胞中发现CREB磷酸化可导致NLRP1表达水平上调，而使用CREB抑制剂后其表达水平降低（超过3倍），认为NLRP1可能受CREB转录调控，有助于调节细胞对促炎刺激的反应。XU等［38］在慢性粒细胞白血病细胞中上调NLRP1水平发现可促进细胞增殖，而下调NLRP1水平则抑制细胞增殖且诱导细胞凋亡。还有研究发现，NLRP1可介导白血病细胞产生IL-1β，而IL-1β可通过自分泌和旁分泌方式诱导白血病细胞增殖［39-40］。由此可知，NLRP1在白血病的发生与发展中可能发挥促进作用。

3.5 NLRP1炎症小体与恶性间皮瘤

恶性间皮瘤是原发于胸膜，具有高度侵袭性的恶性肿瘤，对化疗和放疗的抵抗力极强。恶性间皮瘤病因大多与长期接触石棉有关，其中与石棉接触有关的一种伤害机制与炎症反应有关，且主要由炎症小体激活的IL-1β驱动［41］。NLRP1和 NLRP3均被认为是石棉暴露细胞的内传感器。ATHER等［42］报道NLRP3是炎症反应和IL-1β/IL-18分泌的诱导剂，而NLRP1是细胞暴露后存活/凋亡的调节因子。此外，肺实质中存在的石棉小体也被认为是既往暴露于石棉纤维组织的病理学标志事件。最近研究发现［43］，NLRP1 rs12150220错义变异（H155L）与恶性胸膜间皮瘤患者的石棉小体数量相关，说明NLRP1炎症小体可能有助于肺石棉小体发展。以往研究也在暴露于石棉的间皮瘤患者中观察到NLRP1基因改变［44］。因此推测，NLRP1基因的改变可能增加了恶性间皮瘤的易感性，但具体机制有待进一步深入探索。

4 小结

综上所述，NLRP1炎性小体能激活Caspase-1，其加工和分泌的炎症因子IL-1β和IL-18在人体中发挥重要的炎症作用，且与多种癌症密切相关，在肿瘤发生和抗肿瘤免疫中发挥促进或抑制作用，目前也已开发了靶向炎症小体的化合物如IL-1β中和抗体和IL-18结合蛋等，但NLRP1炎症小体的激活机制、信号通路及调控机制仍有待进一步深入研究证实，才能真正为肿瘤预防及治疗提供新策略。