NLRP3炎症小体与经皮冠脉介入术后支架内再狭窄的研究进展

白津宇，孙敏洁，黄 帅，周 静，高 峰

目前心血管疾病作为我国各地区病死的主要原因已受到社会及人们广泛关注，预计在未来相当长的时间内，其患病率与病死率将持续增长[1]。在心血管疾病中，冠脉疾病(cardiovascular disease, CAD)存在较高病死风险，而经皮冠脉介入(percutancous coronary interventio, PCI)已成为治疗冠心病(coronary heart disease, CHD)的最佳方案，术后血供可重新恢复，对挽救患者生命及改善生活质量具有重大意义，但冠脉再发动脉硬化的影响因素仍未彻底解决。随着药物洗脱支架及新型抗凝药物的不断更新与发展，支架内再狭窄(in-stent restenosis, ISR)的发生率明显减少，但仍有10%的患者出现ISR[2]。有研究表明，在ISR发病机制中，低度慢性炎症反应可能起关键作用[3]。有文献报道，炎症小体作为天然免疫系统的组成部分之一，在炎症反应中发挥核心作用，同时在心血管疾病的发生、发展中也具有重要作用，其中NOD样受体蛋白3(NLRP3)为最常见的炎症小体，是先天免疫反应的关键参与者，参与启动和激活炎症信号[4]。此外，NLRP3炎症小体可通过诱导促炎细胞因子分泌而发挥炎症反应，或以半胱天冬酶-1依赖性方式引起一种新的程序性细胞死亡。本文分析NLRP3炎症小体与PCI术后ISR的相关性，现综述如下。

1 NLRP3炎症小体概述

NLRP3炎症小体是一个产生白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-18(IL-18)的平台，是NLR家族的一员[5]，最具特征性的炎症小体是在NLRP3周围形成的，是一种主要由NLRP3、凋亡相关微粒蛋白(ASC)和半胱天冬酶前体-1(Caspase-1)组成的多蛋白、大细胞质复合体。NLRP3有识别配体的富含亮氨酸的C末端重复结构域，亦有结合核苷酸及寡聚化位点的中央核苷酸结构域和N末端效应器域，是炎症小体的核心区域[6]。当机体受到外界刺激时，NLRP3与ASC的N末端吡啶结构域(PYD)进行相互作用，进而与Caspase-1结合，进一步激活下游促炎细胞因子(IL-1β和IL-18)，从而引起炎症反应，进而触发细胞死亡[7]。

先天免疫系统是人体的第1道防线，可对感染、细胞释放的危险信号等刺激给予反应。NLRP3炎症小体及其产物被触发以防御病原体入侵。目前炎症小体、半胱天冬酶-1的研究是关于其在机体对微生物分子(细菌、真菌或病毒)反应中的作用，发现微生物分子具有一种病原体相关分子模式(PAMPs)结构[8]。此外，NLRP3炎症小体还可感应来自一种内源性(非微生物)危险信号的压力，而危险信号中存在危险相关分子模式(DAMPs)结构，其可能在感染、损伤等情况下出现。DAMPs包括活性氧(ROS)、ATP、低渗应力、尿酸晶体或有害的外部因素(如环境影响、石棉和紫外线辐射)。炎症小体的激活是一个连续过程，即第1步PAMPs或PAMPs激活Toll样受体以诱导非活性NLRP3、IL-1β和IL-18的表达，后炎性细胞传感器蛋白检测到细菌毒素或宿主代谢物，引发NLRP3和ASC的PYD相互作用，导致原蛋白酶-1自切至活性半胱天冬酶-1，进而将活性促炎细胞因子IL-1β、IL-18和白细胞介素-33加工成活性形式以发挥炎症反应及细胞失调作用[9]。NLRP3能够通过广泛刺激变得活跃，主要包括PAMPs、DAMPs、吞噬颗粒和结晶部分引起的溶酶体失稳、细胞内K+外流引起的线粒体损伤和Ca2+活化及线粒体和NLRP3活化剂诱导的ROS[10]。鉴于NLRP3炎症小体的激活对炎症反应的重要性，可以预料出复杂的激活机制和调节过程。

2 NLRP3炎症小体与动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)

AS是一种慢性进行性疾病，特点是大动脉中脂质沉积异常，血流受阻，随后可能出现斑块破裂，进而导致脑、心脏和肾脏等重要器官受损[5]。有研究表明，炎症反应以关键的方式参与并促进AS的病理过程[11]。目前关于炎症反应作用机制替代胆固醇学说的观点亦被相关学者证实，即在促炎细胞因子的作用下，AS斑块发生破裂，甚至栓塞，表明其可能是炎症反应的非病理过程[12]。当冠脉发生栓塞时，患者很可能因血供中断而心脏病发作。有研究显示，在心肌缺血和缺血再灌注过程中，炎症反应也起到相当复杂的作用[13]。

NLRP3炎症小体不仅存在于巨噬细胞中，亦可存在于内皮细胞中。当心血管受到损伤及其完整性遭到破坏时，相较于炎症细胞的浸润，内皮细胞可能更早地出现在AS发生、发展过程中。有学者阐明了NLRP3炎症小体促进AS的分子机制，即首先低密度脂蛋白胆固醇的氧化形式(Ox-LDL)作为一种AS斑块形成的关键分子，能够促进ROS形成和NLRP3、Caspase-1直接驱动激活ROS，从而导致巨噬细胞的热下垂和AS病变的不稳定性[14]；其次，AS血流刺激内皮细胞，甾醇调节因子结合蛋白2(SREBP2)表达上调，加之SREBP2是胆固醇生物合成的主要调节因子，通过对NADPH氧化酶2和NLRP3表达转录的诱导，使IL-1β高水平表达，并且激活内皮细胞炎症反应的发生[15]，推测内皮细胞的激活可能对NLRP3炎症小体在炎症反应中的表达及作用产生影响。

有文献报道，NLRP3和促炎细胞因子可作为预测心血管疾病发生风险的生物标志物，且IL-1β和IL-18均是NLRP3产物[16]。国外学者采用低密度脂蛋白受体缺陷小鼠，均具有野生型骨髓或NLRP3-/-、ASC-/-和白细胞介素-1α(IL-1α)/β-骨髓，在高脂饮食8周后，于NLRP3-/-、ASC-/-和IL-1α/β-骨髓组中发现较低水平的IL-18，证明了NLRP3炎症小体在AS中起关键作用，同时高脂饮食喂养的低密度脂蛋白胆固醇受体缺陷的小鼠骨髓Caspase-1/11的缺失也显示AS斑块减少[17]。Shi等[18]在人体颈动脉病变组织中发现NLRP3炎症小体及下游分子表达水平升高，并且相关物质在不稳定斑块中的表达更明显。上述研究提示对NLRP3炎症小体进行控制可能会减轻炎症反应和AS。

3 NLRP3炎症小体与ISR

在CAD的发生、发展过程中，炎症反应起到一定作用。PCI是目前治疗CHD的手段之一，但术后ISR等问题仍不可忽视[19]。若出现ISR，患者心肌再发供血不足，可能导致不可逆性损伤[20]。有研究表明，血管重构、血管内膜增生、局部炎症反应等因素均可相互作用导致ISR，且炎症反应参与ISR[20]。罗彤等[21]发现PCI术后血管壁炎症面积与新生内膜面积存在相关性，提示炎症反应参与并促进了新生内膜增生、ISR。有研究显示，使用他汀洗脱支架后，其对早期炎症反应有抑制作用，显著减少了新生内膜增生，表明炎症反应参与新生内膜的形成[22]。有研究报道，血管内膜在受到冠脉支架的直接机械刺激后，可导致内膜损伤，进而激活破损血管级联式炎症反应，形成网络状炎症微环境，并且在ISR的各个阶段均能观察到炎性细胞的活动，说明炎症反应增加了术后血栓形成和ISR的发生风险[23]。

胡龙江等[24]通过测定并对比了健康人群及CHD组外周血中NLRP3炎症小体水平，发现CHD组NLRP3炎症小体及其下游分子的蛋白表达均与IL-18呈正相关。曹运兰[25]收集并测定了外周血中NLRP3炎症小体各组件mRNA转录及蛋白表达情况，发现实验组NLRP3炎症小体的表达水平均高于对照组，并且下游炎性因子IL-1β、IL-18均与NLRP3炎症小体各组件mRNA转录及蛋白表达水平有一定的相关性，提示NLRP3炎症小体不仅参与CHD的发生，同时可能以NLRP3-ASC-Caspase-1-IL-1β/IL-18信号通路的形式参与CHD的发生、发展。严文华[26]通过体外模拟冠脉支架植入，观察支架植入后炎症环境下血管平滑肌细胞肥大和增殖水平，发现支架植入后周期性周向应力消失且与平滑肌细胞增殖、肥大呈正相关。IL-18由多种细胞产生，尤其是巨噬细胞，可促发炎症反应。有研究显示，在发生损伤的粥样斑块中，存在着大量富含Ox-LDL的巨噬细胞，而巨噬细胞又可大量产生IL-18，从而AS患者可以检测到巨噬细胞、IL-18水平均明显升高且呈正相关，进而使支架内的炎症反应加剧，促使ISR形成[27]。乔兴科等[28]研究显示，PCI术后ISR组与非再狭窄组血清IL-18水平均较术前升高，提示在ISR的形成过程中，IL-18可能作为一种炎性因子参与其中。李猛等[29]观察急诊PCI术后ISR患者血清IL-18、Ox-LDL水平变化，发现ISR组明显高于对照组，提示PCI术后ISR的发生与IL-18、Ox-LDL水平升高密切相关。毛庆录等[30]研究显示，PCI术后血清IL-18水平较术前升高，且PCI术后24、48 h维持高水平IL-18、超敏C-反应蛋白的急性冠脉综合征患者更易出现早期心血管并发症，说明炎症反应在PCI术后短期内已触发，且对于急性冠脉综合征患者而言，PCI术后及早进行抗感染治疗可有效减少术后并发症，表明IL-18与ISR发生有关。

支架植入术后可造成血管损伤，且IL-1β作为血管平滑肌细胞的化学引诱物和促细胞分裂剂在血管损伤后细胞增殖、迁移活跃的区域均过度表达。有研究发现，急性冠脉综合征支架植入术后1 h内白细胞介素-1Ra(IL-1Ra)水平升高，且术后1 h后IL-1Ra仍有继续升高的趋势，同时女性患者表现更加明显，表明IL-1Ra可能参与了支架植入术后的炎症反应[31]。有学者报道，金属裸支架组和药物洗脱支架组PCI术后20 min IL-lβ水平均明显升高，表明支架植入术后促炎细胞因子的局部释放可能与手术过程中斑块破裂及内皮细胞损伤有关[32]。Sherman等[33]将81例稳定性CAD合并严重心外膜冠脉狭窄的患者随机分为使用具有抗炎作用的西罗莫司洗脱支架组和使用纯金属支架组，发现两组术后24 h血清IL-1β、白细胞介素-6、C-反应蛋白水平均较术前升高，提示IL-1β、白细胞介素-6、C-反应蛋白参与了支架植入早期炎症反应。邹国辉等[34]发现PCI术后炎性因子表达水平较治疗前升高，而使用解毒活血方对PCI术后IL-1β等炎性因子进行干预的实验组炎性因子水平降低且ISR的发生率下降，提示解毒活血方可能通过降低血清IL-1β等表达水平，从而降低ISR发生率，进一步表明支架植入后早期炎症反应与IL-1β等炎性因子有关。上述研究说明IL-18、IL-1β等炎性因子在PCI术后ISR的形成过程中发挥重要作用。

4 小结

ISR的形成与炎症反应有一定的相关性，血管内膜在受到冠脉支架直接的机械刺激后，导致内皮损伤处的细胞分泌肿瘤坏死因子、炎性因子(白细胞介素-8、IL-18)等，进而对中性粒细胞激活、细胞黏附分子表达等起到促进作用，并且中性粒细胞的激活也可以通过氧化爆发产生氧自由基以损伤血管内皮，加之肿瘤坏死因子、炎性因子等通过刺激血管平滑肌细胞，使平滑肌细胞增殖及迁移，同时促进细胞外基质沉积，导致内膜增生和血管重塑，最终导致ISR。虽然临床已有针对ISR的抗炎防治手段，但治疗效果有限。NLRP3炎症小体在多种疾病中表达，如类风湿关节炎、肥胖、2型糖尿病和AS等，且在NLRP3-ASC-Caspase-1-IL-1β/IL-18轴系统中，NLRP3炎症小体作为白细胞介素-8、IL-18等上游核心启动分子，可能进一步促使炎性因子参与ISR的发生、发展，推测NLRP3炎症小体可作为新发现的心血管疾病的重要炎症指标。因此，进一步明确NLRP3炎症小体的产生、激活及致病机制也可能为ISR诊断、预后评估和治疗提供新的线索，相信随着研究的不断深入和完善，可为包括ISR在内的临床疾病的诊治带来新的思路。