炎症及NLRP3炎性小体在肺动脉高压中的作用研究进展

周声志，陈建英

肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension，PAH）是一种慢性致命性疾病，静息状态下平均肺动脉压（mPAP）≥25 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），主要影响肺动脉远端，是一种罕见且无法治愈的肺血管病变，其可导致进行性肺动脉重构，致使右心室压力负荷增加，最终导致右心衰竭甚至死亡。研究表明，PAH患者1年病死率约为33.9%，5年病死率约为50.0%［1］。目前基于抗肺血管内皮功能障碍，舒张血管并不能明显提高患者远期存活率，因此亟须一种新的治疗策略。近年炎症性质逐渐得到医学界的广泛重视，美国国立卫生研究院（NIH）指出，炎症是判断PAH的新指标［2］。欧洲心脏病学会和欧洲呼吸学会指出，C反应蛋白、白介素6（IL-6）等炎性因子是判断PAH严重程度的生物标志物［3］，推测炎症可能为PAH认识和诊疗提供新思路。本文就炎症及NLRP3炎性小体在PAH中的作用展开综述。

1 治疗与困境

目前，临床治疗PAH的关键在于肺动脉内皮功能障碍，采用5型磷酸二酯酶（PDE5）抑制剂、可溶性鸟苷酸环化酶激动剂Riociguat、内皮素1受体拮抗剂、前列环素等药物治疗可有效缓解患者呼吸困难、增加其运动功能，在一定程度上改善患者的生活质量，其中PDE5抑制剂禁忌证较多，适用群体较少，存在心瓣膜损伤等潜在风险；Riociguat于2013年被批准用于治疗不明原因PAH或术后栓塞性PAH，但于2016年被报道可导致严重不良事件和高病死率［4］；高达26%的内皮素1受体拮抗剂用药者出现明显外周性水肿［5］；前列环素类静脉注射效果佳，口服及吸入有效性未知，依从性差；该四类药物对降低肺动脉压（PAP）的整体有效率仅约为10%，在肺动脉血管重构获益上并不明显［6］，可见其并不能降低患者远期病死率。

2 炎症在PAH中的作用

PAH患者血浆白介素1（IL-1）、IL-6水平高于健康人群［7］。一项前瞻性研究和回顾性研究表明，高水平炎性递质预示PAH患者预后不良［8］。PAH患者肺血管周围有大量巨噬细胞、单核细胞和淋巴细胞等炎性细胞浸润，而高水平肿瘤坏死因子α（TNF-α）可诱导18种细胞因子/趋化因子表达，其中IL-6、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、瘦素（Ob）可调控肺动脉平滑肌细胞（PASMC）的增殖与凋亡［9］，因此炎性因子在PAH发生、发展中具有一定作用。

首先，在介导炎性反应的补体系统中，BMPR2变异等因素可增强GM-CSF表达上调、促使GM-CSF依赖性补体系统的激活，致使巨噬细胞等炎性细胞大量聚集在肺血管周围，募集的巨噬细胞表达有血小板反应蛋白1（TSP-1），其可激活转化生长因子β（TGF-β）并增强Rho激酶信号，从而导致血管收缩［10-11］。另外，通过代谢重编程可驱动持续的炎症状态，导致病理性血管生成和纤维化［12］。此外，巨噬细胞可通过C-C趋化因子受体2型（CCR2）和C-C趋化因子受体5型（CCR5）相互传递作用而加重PASMC的迁移和增殖［13］，导致PAH进行性加重。

募集的巨噬细胞是细胞因子及其他递质的重要来源。缺氧环境可导致缺氧诱导分子1α（HIF-1α）堆积，有氧代谢失调，而后升高的核因子κB（NF-κB）可诱导NLRP3上调并激活及募集衔接分子凋亡相关斑点样蛋白（ASC），促进含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1（caspase-1）前体水解，而水解后有活性的caspase-1可生成并释放白介素1β（IL-1β）、白介素18（IL-18），进而加重炎性反应［14］。此外，转录因子信号转导与转录激活因子1（STAT1）转录后修饰，该修饰可上调肺动脉平滑肌内程序性死亡配体1（PD-L1）表达并导致细胞凋亡，以细胞程序性死亡形式释放与生成大量的炎性因子并放大级联反应［15］。而且，这并不是局限性的，细胞中膜受炎症刺激后可引起PASMC增殖及抗凋亡，巨噬细胞在细胞外膜中的蓄积和激活也受IL-6、IL-1β、IL-18旁分泌的影响。因此，缺氧环境引起的缺氧信号可触发PAH的炎性信号。

缺氧信号触发的炎性因子参与了PAH患者代谢紊乱。NLRP3炎性小体的激活及IL-1β的释放可通过PFKFB3调节糖酵解［16］，内皮细胞中PFKFB3可通过提高糖酵解水平而促进代谢产物丙酮酸产生，而丙酮酸堆积可增强机体对脯氨酰羟化酶结构域蛋白（PHDs）的抑制能力，减少细胞中HIF-1α降解，促使炎性因子〔包括IL-1β、趋化因子配体12（CXCL12）〕、生长因子〔包括血小板源性生长因子B（PDGFB）、成纤维细胞生长因子2（FGF2）〕和细胞黏附因子表达升高，最终致使PASMC异常增殖、迁移［17］。另外，随着PASMC中PFKFB3水平的升高，糖酵解的代谢产物乳酸含量也增加，致使钙蛋白酶2（calpain-2）磷酸化激活，引起PASMC中骨胶原合成增加，细胞增殖加快，进而促进肺血管重构［18］。

值得注意的是，在代谢紊乱中，重度PAH患者体内Ob上升的同时伴随炎性因子水平升高。研究表明，血Ob水平与PAH患者预后密切相关［19］，而Ob主要在脂肪组织中合成［20］。脂肪组织是炎性递质和血管生成促进剂的重要来源，即炎性因子水平与Ob共同作用的“结果”。伴有此类代谢综合征的PAH患者机体肺血管周围巨噬细胞聚集和IL-6产生增加，信号转导与转录激活因子3（STAT3）被IL-6激活，进而诱导PASMC 增殖［21］。

在诸多发病机制中，炎症参与PAH尤其是导致巨噬细胞聚集，但各种炎症的启动因素及作用机制错综复杂，目前尚未形成一个系统的整体认识。NLRP3炎性小体被认为是炎症性疾病的明星蛋白复合物，有望能对PAH的炎症性质进行系统的解释。

3 NLRP3炎性小体在PAH中的作用

炎性小体是由NLRP3、ASC及效应蛋白caspase-1组成的一种多蛋白复合体，是巨噬细胞介导的免疫和炎症重要调节因子的关键组分，也是启动固有免疫应答的关键炎性信号平台，能对各种刺激产生反应，在固有免疫中具有不可或缺的作用［22］。当损伤相关分子模式受刺激后，细胞膜上的模式识别受体（PRRs）可通过诱导细胞核内NF-κB信号传导，促进NLRP3及IL-1β前体（pro-IL-1β）表达，NLRP3募集衔接分子ASC，该蛋白将NLRP3连接到caspase-1前体，caspase-1前体通过自身蛋白水解酶活性异四聚体的形成而被激活成有活性的caspase-1，其可将下游的pro-IL-1β及pro-IL-18分别切割生成有活性的IL-1β、IL-18以促进炎性反应。

血管中NLRP3炎性小体的激活是炎症性疾病发生、发展的基础。最新CANTOS研究证实，拮抗IL-1β可降低15%的非致死性血管事件［23］。MULLARD［24］研究表明，NLRP3炎性小体是最有前景的炎症靶点。

巨噬细胞是PAH发病机制的主要参与者，可促进PASMC增殖，而NLRP3炎性小体主要存在于巨噬细胞中。VILLEGAS等［25］首次证实PAH中NLRP3炎性小体被激活，因此抑制体内NLRP3炎性小体激活可降低肺部炎症程度而改善PAH。研究表明，NLRP3炎性小体被激活后，需通过衔接ASC而增加caspase-1水平［26］。内皮细胞作为血管疾病的起始环节，其可因caspase-1表达上调而触发细胞程序性死亡，进而导致血管内皮功能障碍［27］。已有研究表明，PASMC增殖能力可因caspase-1敲除而明显下降［15］。UDJUS等［28］研究表明，caspase-1主要通过IL-18、IL-6等途径诱导PASMC增殖，进而导致缺氧性PAH。

caspase-1的成熟触发可将白介素前体剪切成有生物活性的IL-1β、IL-18。在PAH中，肺动脉内皮细胞释放的损伤信号分子可生成IL-1β，IL-1β与IL-1受体1（IL-1R1）结合后，可导致NK-κB活化并合成IL-6和TNF-α，有效促进PASMC增殖［29］、激活信号转导途径及改变氧化还原稳态导致的高内皮细胞坏死率［30］，导致男性PAH患者预后差。研究表明，在敲除IL-1R1后，IL-1β介导的PASMC增殖受到明显抑制［31］。拮抗IL-1可有效降低血管炎症的同时明显减缓肺血管重构［32］。因此，IL-1β参与PAH患者肺血管周围巨噬细胞、内皮细胞和PASMC。临床上，阿那白滞素和卡那奴单抗已被批准用于人体以拮抗IL-1β带来的不良影响，其中心力衰竭患者在长期使用IL-1受体拮抗剂中获益［33］。有研究对7例PAH合并右心衰竭的患者进行阿那白滞素治疗结果显示，虽然患者2周内心肺运动测试和超声心动图测量的右心室功能指标并没有明显变化，但其超敏C反应蛋白、IL-6水平降低所致的肺换气效率有所提高、运动能力有所增强［34-35］。目前临床上长时间应用阿那白滞素是否会对肺动脉内皮功能、血管重构及其他并发感染造成影响尚不完全明确。

IL-18作用于肺动脉及微血管内皮细胞受体，而刺激黏附分子〔包括细胞间黏附分子1（ICAM-1）、血管细胞黏附分子1（VCAM-1）〕、淋巴细胞功能相关抗原1（LFA-1）、极晚期抗原4（VLA-4）可在活化的单核细胞上表达并牢固地黏附在血管壁上，致使P38MAPK激活，导致内皮功能损伤［36］。同时，IL-18以自分泌/旁分泌的方式作用于PASMC上的IL-18受体，上调基质金属蛋白酶（MMP）表达，进而干扰细胞外基质并促进PASMC增殖，进而出现中层血管壁增厚的病理改变。另外，IL-18还可作用于单核细胞，促使这些细胞释放其他细胞因子，如IL-1、TNF-α和IL-12；IL-12将导致T细胞表达干扰素γ（IFN-γ），引起单核吞噬细胞释放趋化因子配体10（CXCL10），而CXCL10募集富含CXCR3的单核细胞，其可释放大量IFN-γ，进而致使更多的单核细胞表达CXCL10，形成一个正反馈回路，从而放大细胞因子-趋化因子-生长因子风暴，最终导致血管病变［37］。所以，可采用这些细胞因子谱判断其临床风险［38］。拮抗IL-18具有明显降低肺动脉压、抑制PASMC表型转化及抑制血管重构等切实作用，但单纯拮抗IL-18对改善PAH所引起的右心室肥厚效果不佳，可能是由于拮抗IL-18后引起了其他补偿性平行炎症途径上调所致［39］。

4 小结

目前临床药物治疗PAH仅可改善患者临床症状，对提高远期存活率效果欠佳。PAH中，炎性细胞募集可与血管壁细胞直接作用，也可释放细胞因子增强炎性信号而导致代谢紊乱，各种因素叠加最终导致PAH。PAH发病机制相互影响但不孤立存在，且均有炎症参与其中。在PAH中，NLRP3炎性小体被激活，作为微粒危险信号释放并刺激胞内外caspase-1，从而放大级联反应，加快炎症发展。在动物实验中，针对NLRP3炎性小体各组分的研究比较成熟，临床试验主要围绕对IL-1β或IL-18的拮抗而开展，短期内确实能增加患者运动耐量，但远期影响尚不明确。

作者贡献：陈建英进行文章的构思与设计；周声志进行文献/资料收集、整理，撰写论文，进行论文的修订，并对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。