NLRP3炎性小体与急性胰腺炎发生、发展关系的相关研究进展

夏炳杰，李桂鲜

(桂林医学院第二附属医院重症医学科，广西 桂林 541199)

炎性小体是多种炎症性疾病发病的机制之一。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)是目前研究较为广泛的炎症小体，由细胞内多蛋白复合物组成，是炎症的主要驱动力。目前，NLRP3炎性小体激活的调控机制仍不清楚。研究已证实，炎性体介导的炎症反应与急性胰腺炎中发生、发展密切相关。急性胰腺炎是消化系统常见的急腹症之一。根据急性胰腺炎诊治国际共识，按病情严重程度分为轻度、中度和重度，其中重度死亡率极高，可引起多种并发症。目前针对急性胰腺炎，除了常规支持治疗外，尚缺乏特异性药物治疗。尽管急性胰腺炎的发病机制复杂，但持续炎性反应的激活是引起重要器官功能障碍甚至衰竭的重要原因[1]。抑制持续激活与放大的炎性反应是急性胰腺炎治疗的手段之一。NLRP3炎性小体通过激活与放大下游炎性反应，在多种炎性疾病包括急性胰腺炎发生、发展中发挥着重要作用[2]。针对近些年NLRP3炎性小体与急性胰腺炎发生、发展关系的相关研究进展，现综述如下。

1 NLRP3炎性小体

最早于20世纪初，Tschopp及同事提出了炎性小体的概念，指出炎性小体是在髓样细胞中表达的一组胞质多蛋白复合物，负责激活炎症反应，是先天免疫系统的一部分。炎性小体由上游传感蛋白(核苷酸结合寡聚化结构域或黑色素瘤缺乏因子2样受体)和衔接蛋白-凋亡相关的斑点样蛋白组成。已鉴定出核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白种类包含22种，其中NLPR3是研究较为广泛的。NLRP3在单核细胞、中性粒细胞，树突状细胞，淋巴细胞等均有表达。NLRP3上游传感蛋白通过衔接蛋白链接下游效应分子半胱氨酸蛋白酶(Caspase-1)。激活的Caspase-1可剪切前体细胞因子pro-IL1β和pro-IL18，从而活化该炎性细胞因子，同时还可诱导新的细胞死亡途径-细胞焦亡[3]。

2 急性胰腺炎NLRP3炎性小体激活的机制--细胞外损伤相关的分子模式(DAMP)

与对少数特定的病原体相关分子模式(PAMPs)反应的其他炎性小体不同，NLRP3炎性小体可被多种刺激因素激活，其中包括DAMP。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)作为核蛋白，可充当DNA分子伴侣的作用，促进转录因子与DNA结合。但在各种刺激因素作用下，HMGB1可转移至细胞质，进一步释放至细胞外，可充当DAMP触发性介质的作用。在众多炎症性疾病如败血症、机械性创伤、急性心肌梗死、急性肝损伤等，外周血HMGB1可显著升高[4]。急性胰腺炎引起受损的胰腺腺泡细胞释放不同的细胞内容物，包括DAMPs，从而促进NLRP3炎性小体激活并触发炎性反应。在急性胰腺炎人群及动物实验模型中，外周血HMGB1水平显著增加，并与疾病的严重程度呈正相关[5]。细胞外HMGB1信号通过激活Toll样受体4(TLR4)介导的NF-κB信号通路，诱发急性胰腺炎胰腺损伤，而TLR4基因敲除小鼠，胰腺损伤程度显著降低[6]。

热休克蛋白(HSP)是高度保守的蛋白质，细胞内水平可随着多种应激变化而显著升高。HSP70作为细胞内分子伴侣，与DAMP的作用相似，有研究显示，HSP70可通过TLR和CD14相互作用，激活MyD88/IRAK/NF-κB信号通路调节免疫应答[7]。在急性胰腺炎动物模型中，HSP70水平显著上调，并且HSP70的表达水平与胰腺炎的严重程度相关，但相关免疫调节机制还有待于进一步研究。腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)是细胞供能的来源，但若细胞受到损伤，ATP释放至胞外，其可作为DAMP信号，通过细胞表面的P2X7嘌呤能受体，激活NLRP3炎性小体，促进免疫炎性反应。

3 NLRP3炎性小体下游的IL-1家族信号通路

IL-1细胞因子超家族是先天性和获得性免疫的重要调节因子，在抗感染、抗炎及抵抗损伤方面发挥着关键作用。IL-1家族包含了11个成员，其中IL-1β、IL-33和IL-18与NLRP3炎性小体的免疫调节关系密切。

3.1IL-1β：IL-1β是无菌性坏死(急性胰腺炎)过程中介导炎症反应最活跃的细胞因子，前期研究发现，NLRP3炎性小体在IL-1β调节中起着关键作用[8]。众所周知，急性胰腺炎的发生发展取决于胰腺组织中积聚的大量促炎细胞因子，TNF-α和IL-1β被认为是急性胰腺炎介导早期炎性反应并向胰腺外组织播散的主要细胞因子。如前所述，大量证据表明NLRP3炎性小体的激活与IL-1β的成熟时诱导急性胰腺炎炎性反应密切相关[9]。通过PAMP或细胞因子TNF-α、IL-1β或 IL-18激活TLR后，进而促进单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞合成并分泌IL-1β，同时IL-1β的自我诱导也是急性胰腺炎炎性反应机制的一部分。因此，IL-1β的激活除了与NLRP3炎性小体活化机制有关以外，有研究显示，中性粒细胞分泌的丝氨酸蛋白酶以及病原体释放的相关酶类物质也可激活IL-1β，上述过程在炎性反应和感染发生、发展过程中起着重要作用[10]。

3.2IL-18:IL-18广泛表达于巨噬细胞、上皮细胞和树突状细胞，具有合成分泌干扰素γ的作用。与IL-1β相似，IL-18的成熟依赖于NLRP3炎性小体介导的Caspase-1机制。通过抑制NLRP3或Caspase-1活性，可显著阻碍IL-18的成熟。有研究显示，外周血IL-18水平与急性胰腺炎病情严重程度及预后密切相关[11]。通过在急性胰腺炎动物模型中，参与干扰或抑制IL-18的合成，可显著改善模型动物体内炎症水平及降低死亡率。

3.3IL-33:IL-33是IL1超家族的最新成员，同时也是先天性和获得性免疫反应的关键组成部分。IL-33在上皮和内皮细胞中均有表达，储存于细胞核中，并可与染色质结合。当细胞发生损伤或坏死时，核内的IL-33可与靶基因启动子结合促进早期炎性通路信号的转录。与Il-18类似，IL-33可激活MyD88/IRAK/TRAF6信号通路，进而激活下游NF-κB和MAPK信号，促进炎性的级联放大[12]。急性胰腺炎患者早期外周血IL-33水平显著升高，并与病情严重程度相关[13]。在急性胰腺炎动物模型中，通过外源性给予IL-33，可显著加剧胰腺炎性反应和肥大细胞脱颗粒。同时有研究显示，IL-33在慢性胰腺炎的纤维化过程中也发挥了重要作用，是促进纤维化的重要效应分子[14]。

4 NLRP3炎性小体的抑制剂

研究已表明，NLRP3炎性小体与多种炎症性疾病发生及进展密切相关，因此，相应抑制剂已成为基础及临床重点研究的方向。迄今为止，已有多种NLRP3炎性小体抑制剂在实验动物模型中进行了验证，甚至部分已在运用于临床。

4.1NLRP3炎性小体抑制剂的临床运用：IL-1拮抗剂：目前，用于NLRP3相关疾病临床治疗的靶向IL-1β药物包括重组IL-1受体拮抗剂Anakinra，可溶性IL-1β受体结合剂Rilonacept，中和性IL-1β抗体Canakinumab。已有研究表明，上述抑制剂对急性胰腺炎具有显著治疗效果，如Anakinra可显著降低胰腺组织损伤和胰腺细胞凋亡[15]。Anakinra作为IL1R拮抗剂，于2001年首先批准用于类风湿性关节炎的临床治疗，随后适应证扩展到其他炎症性疾病如冻蛋白相关的周期性综合征。Rilonacept是一种融合蛋白，可与IL1信号传导所需的IL1R组分的细胞外结构域和免疫球蛋白G的Fc部分结合，从而阻断IL-1β生物学活性。Canakinumab是针对IL-1β的人源化单克隆抗体，已于2009年获得FDA批准用于冷吡啉相关周期性综合征和全身特发性关节炎的治疗。上述所有针对IL-1β的抑制剂，均可显著减少患者临床症状，改善生活质量，除了用于炎症性疾病治疗外，期待进一步用于抗肿瘤的临床治疗。

4.2磺脲类药物：格列本脲是广泛用于治疗2型糖尿病的磺酰脲类药物的NLRP3抑制剂。虽然格列本脲不是NLRP3炎性小体的直接抑制剂，但它可干扰NLRP3组装的上游的信号传导事件。由于细胞内钾离子是炎性小体活化的信号之一，格列本脲可阻断胰腺β细胞膜上的ATP敏感钾通道，阻止钾的细胞外排，升高细胞内钾离子，从而激活NLRP3炎性小体[16]。在急性胰腺炎小鼠模型中，格列本脲可显著降低外周血IL-6、脂肪酶及淀粉酶水平，并抑制IL-1β的释放[17]。

MCC950是一种含二芳基磺酰脲的化合物，被认为是NLRP3炎性小体最有效的抑制剂之一[18]。MCC950通过抑制ASC寡聚化，阻断NLRP3炎性小体活化。在MCC950的实验研究中，其可显著降低急性胰腺炎动物模型IL-18水平，降低病情严重程度及引发的并发症[2]。

4.3天然植物：为了治疗各种胰腺疾病，包括糖尿病和胰腺炎，已探索出多种植物来源的化合物，包括多酚、萜烯、生物碱、糖苷、醌和类黄酮。大黄素是一种蒽醌衍生物，可以从大黄，沙棘和虎杖中分离提取，并已证明具有抗肿瘤，抗炎和免疫调节作用[19]。既往实验研究已经证实，大黄素可以减轻与急性胰腺炎相关的肺损伤，近年来研究表明大黄素具有抑制NLRP3炎性小体的作用，P2X7及核因子红细胞2相关因子2是大黄素作用的直接靶点[20]。丹参素是丹参的活性成分，通常在心肌缺血性损伤中发挥心脏保护作用。在急性胰腺炎小鼠模型中，丹参素直接抑制胰腺NLRP3炎性小体以及NF-κB和STAT3信号通路的激活[21]。Withaferin A是从人参中分离出来的一种生物碱，具有抗肿瘤、抗糖尿病和抗炎作用的药理特性[22]。 Withaferin A有效抑制内质网应激的持续活化，并抑制急性胰腺炎中NLRP3炎性体活化，但具体信号机制还有待进一步阐明。

4.4非甾体类抗炎药和其他抗氧化剂：氧化应激和过度炎症级联反应在急性胰腺炎发病机理中的作用已得到广泛研究。最近研究表明，环加氧酶2抑制剂(COX-2)是炎性反应和NLRP3炎性小体激活的有效调节剂[23]。因此，使用非甾体抗炎药(NSAIDs)似乎是抑制炎症小体的可行选择。吲哚美辛是最常见的NSAIDs和COX-2抑制剂之一，具有显著抗炎作用，广泛运用于类风湿关节炎及相关炎性疾病的临床治疗。对于急性胰腺炎患者，吲哚美辛主要用于预防内镜逆行胆管造影引发的胰腺炎[24]。而另一种选择性COX-2抑制剂，伊古拉莫德可通过抑制NF-κB信号通路和NLRP3炎性小体的活性，发挥急性胰腺炎抗炎作用。

4.5胆汁酸：除了作为代谢调节剂，胆汁酸还参与炎症反应的调节和免疫稳态的维持。 胆汁酸受体激动剂INT-777对炎性疾病具有保护作用。最近研究发现，INT-777在活性氧(ROS) / NLRP3信号传导中起调节作用，INT-777通过阻断ROS/NLRP3途径有效减轻急性胰腺炎炎性反应和胰腺腺泡细胞损伤[25]。

5 结语

目前，探讨NLRP3抑制剂对急性胰腺炎的临床治疗的相关研究较少，在机制及临床观察研究方面，均发现急性胰腺炎患者体内存在显著的NLRP3炎性小体激活。抑制NLRP3炎性小体及下游信号通路是目前常见的干预形式，除此之外，NLRP3上游HMGB1的靶向干预及NLRP3的翻译后修饰，均可能是抑制NLRP3炎性小体活化的重要策略。总之，鉴于NLRP3炎性小体在急性胰腺炎发生、发展中的重要作用，针对NLRP3炎性小体活性的抑制，有望成为急性胰腺炎新的治疗手段和方法。