NLRP3 炎症小体在AD 发病机制中的作用

康晨瑶，刘 洲，周海红

（广东省衰老相关心脑疾病重点实验室/广东医科大学附属医院神经内科/神经病学研究所，广东 湛江 524001）

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一种以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经系统退行性疾病，表现为记忆障碍、失语、失认、失用、视空间能力损害、抽象思维和计算能力损害、人格及行为改变等，是一个日益严重的全球健康问题，对个人、家庭及社会都带来巨大的影响[1]。目前，全球人口老龄化加具，随之而来的是与年龄密切相关疾病的患病率不断增加，阿尔茨海默病不例外[2]。AD 患病率逐渐升高，每3～4 位老人中就有1 位罹患AD，流行病学调查显示目前我国约有600万～800 万AD 患者。尽管A 学说和tau 蛋白学说是目前公认的发病机制，但神经炎症在其发病机制中也起着核心的作用[3]，其中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎症小体在神经炎症通路中处于关键位置[4]，可能是AD 治疗的靶点。炎症小体这一概念最早是由Martinon F等[5]提出，其是天然免疫的重要组成部分，主要由胱天蛋白酶（caspase）、细胞凋亡相关的斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase-recruitment domain，ASC）和胞浆内模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）组成的多蛋白复合物[6]，能够识别病原相关分子模式（PAMPs）或者宿主来源的危险信号分子（DAMPs），招募和激活促炎症蛋白酶Caspase-1，活化的Caspase-1 切割IL-1β 和IL-18 前体，产生相应的成熟细胞因子[7-9]。目前已发现5 种主要炎症小体，包括NLRP1、NLRP3、NLRC4、IPAF 和AIM2 炎症小体[8]。其中NLRP3 炎症小体是目前研究最多最经典的炎症小体，由NLRP3、ASC 和Caspase-1 前体共3 部分组成[10]。NLRP3 炎症小体的异常激活与一些炎症、免疫疾病密切相关，包括炎症性肠病、糖尿病、阿尔茨海默病、动脉粥样硬化及肌萎缩性侧索硬化等[11-15]。本文就NLRP3 炎症小体在AD 中的作用研究进展进行综述。

1 AD 与NLRP3 炎症小体

AD 病因及发病机制尚未明确，目前，影响较广的两种学说为β 样淀粉蛋白（Amyloid-，Aβ）瀑布学说和tau 蛋白学说。在AD 患者脑组织内可见到典型的病理改变是β 淀粉样物质在神经细胞外沉积形成的神经炎性斑和过度磷酸化的tau 蛋白在神经细胞内聚集形成的神经原纤维缠结，胶质细胞增生。由此可见，AD 两种主要学说都与神经炎症有密切关系。Sochocka M 等[16]研究也发现AD 与神经炎症相关，既往研究显示NLRP3 炎症小体参与持续炎症，因此，AD 与NLRP3 炎症小体间是否与炎症机制通路有关，有待进一步验证。Li L 等[17]研究已发现与正常脑组织相比，在AD 患者脑组织中，NLRP3 炎症小体具有更高的裂解活性。但具体机制需要更多的进一步研究。既往研究发现，Aβ 形成不溶性原纤维激活NLRP3 炎症小体，通过NLRP3-caspase-1 通路分泌关键促炎、趋化和潜在神经毒性细胞因子，包括TNF 和NO，这些因子在AD中起关键作用[18]。而tau 蛋白改变在AD 发生发展中也相当重要。在脑内，小胶质细胞可识别过度磷酸化的tau 蛋白。相反，过度磷酸化tau 蛋白又可激活小胶质细胞中NLRP3-ASC 依赖性炎症体。在使用NLRP3 抑制剂MCC950 或在ASC 缺乏的转基因小鼠中发现tau 蛋白的过度磷酸化受到抑制[19]。在AD 转基因小鼠中，NLRP3 炎症小体敲除后减少AD 转基因小鼠的Aβ 的沉积和神经纤维缠结病理改变，从而改善了小鼠的空间记忆等认知功能[20]。表明NLRP3 炎症小体与Aβ、tau 蛋白病理密切相关。

Guedes JR 等[21]研究表明神经炎症反应能促进AD 进展，特别是小胶质细胞与Aβ、tau 蛋白的相互作用。有学者利用人脑小胶质细胞研究发现其在AD 神经炎症中的特征变化[22]。早期活化的小胶质细胞有利于清除大脑中有毒的Aβ，但随着时间的推移，慢性刺激小胶质细胞吞噬活性下降，使过多的Aβ 沉积，产生更多促炎因子和神经毒性物质，从而加速AD 进展。由此可见，小胶质细胞的激活和抑制在AD 中起着重要作用，但小胶质细胞是通过何种炎症机制通路导致AD 的发生发展，目前还尚未有具体定论。而NLRP3 炎症小体成为目前研究的焦点。Aβ 可激活小胶质细胞中的NLRP3 炎症小体以及NLRP3 炎症小体介导的IL-1β 的成熟和分泌，及促进ASC 斑点的形成[23，24]。Yang J 等[25]研究也发现TLR4 和补体在中枢神经系统中启动NLRP3 炎性小体激活小胶质细胞中的炎性因子IL-1β 释放，从而维持AD 的神经炎症。即全身性炎症可通过TLR4 和补体系统激活NLRP3 炎症小体，从而加重AD 的神经炎症和神经退行性变。

2 AD 中NLRP3 炎症小体的激活机制

2.1 泛素系统 泛素是一类真核细胞内广泛存在的小分子蛋白质，泛素之间可以通过酶促反应相互连接，进而介导靶蛋白降解。泛素化是指泛素分子在一系列特殊酶的作用下，对靶蛋白进行特异性修饰的过程。经过泛素化修饰后的蛋白质能够被特异蛋白酶特异性识别并降解，与细胞自噬共同维持内环境稳态[26]。泛素-蛋白酶体系统机能障碍与AD 及与之相关的痴呆症有关[27]。在所有E1、E2、E3 酶中，只有E3 连接酶如SCF-FBXL2，通过靶向NLRP3 本身或炎症小体的其他成分，如ASC、caspase-1，使NLRP3 泛素化，从而促进NLRP3 蛋白酶体降解，使NLRP3 增加激活[28]。Cullin1（CUL1）与NLRP3相互作用，也能促进NLRP3 泛素化，但不促进其蛋白质降解，从而抑制NLRP3 炎症体的激活[29]。

2.2 离子通道 目前认为离子通道在NLRP3 激活中起着重要作用，特别是钾离子（K+）外流被认为是刺激NLRP3 炎症小体激活所需的关键信号。AD 脑细胞中钠离子（Na+）与K+稳态失衡影响脑细胞的电生理活动，从而导致AD 的病理生理改变[30]。Gritsenko A 等[31]研究表明在人类单核细胞中K+外排，会导致ASC 聚集、caspase-1 和Gasdermin-D（GSDMD）的切割，且NLRP3 抑制剂MCC950 和NLRP3的缺失以及GSDMD 的缺失均使IL-18 的释放减少。这项研究突出了NLRP3 炎症小体在人类单核细胞中没有启动的情况下组装的准备，在IL-1β尚未产生时，NLRP3 炎症小体有助于炎症反应的非常早期阶段。当细胞外ATP 细胞膜被细菌毒素破坏后，P2X7 嘌呤能受体感受这刺激后触发细胞内稳态改变，从而导致K+外流，促使细胞内NLRP3募集ASC、Caspase-1 寡聚，形成炎症小体复合物，活化的炎症小体会裂解procaspase-1 生成Caspase-1，导致IL-1β、IL-18 的释放，且炎症小体也裂解GSDMD，使膜上气孔形成，从而利于IL-1β、IL-18 的释放[28]。

2.3 自噬体和溶酶体 自噬是指在真核生物中降解细胞质内容物，如聚集的蛋白质和受损的细胞器，以维持细胞稳态的过程[32]。Wang D 等[33]研究表明广泛分布于地壳中的一种必需微量元素及作为各种酶（如精氨酸酶和谷氨酰胺合成酶）的辅助因子锰的过量积累会引起的溶酶体损伤，从而改变了细胞器的结构和损伤了其正常功能。在锰诱导的NLRP3-caspase-1（CASP1）炎症体激活中，溶酶体组织蛋白酶B（CTSB）的释放起着重要作用。明矾、晶体结构和聚集物等炎症因子可诱导自噬形成自噬体，与溶酶体结合，导致溶酶体不稳定而破裂，从破裂的溶酶体中释放出组织蛋白酶B，直接结合到NLRP3 炎症体上，并参与NLRP 3 炎症小体的激活[34]。

2.4 ROS 的产生 寡聚淀粉样蛋白β 通过影响突触可塑性和抑制长时程增强参与AD 的发病机制。Parajuli B 等[35]研究表明寡聚淀粉样蛋白β 能促进pro-IL-1β 向成熟IL-1β 发生，从而增强小胶质细胞的神经毒性，这一过程是由caspase-1 和NOD 样受体家族活性的增加及含NLRP3 的嘧啶结构域通过线粒体活性氧（ROS）和部分通过NADPH 氧化酶诱导的ROS 产生所引起的。线粒体和NADPH 氧化酶产生的ROS 是NLRP3 活化的原因，当ROS 水平升高，激活了瞬时受体电位褪黑素2 通道（TRPM2），从而NLRP3、caspase-1 被激活，IL-1β的水平随着增加，当用线粒体活性氧抑制剂DPI 处理后，细胞内ROS 的水平显著降低，IL-1β 的水平也降低，是NLRP3 活化减少的指示[36]。

2.5 肠道菌群 肠道菌群（GM）是指人体肠道中大量的共生微生物。肠道菌群的紊乱与各种疾病的发生发展密切相关。有研究显示[37]，AD 患者的肠道菌群与健康人不同，肠道菌群组成变化很大。近年来，肠-脑轴成为研究热点。肠道菌群通过肠-脑轴调节宿主大脑功能，而加入益生菌/益生元能调节微生物和免疫途径以改善大脑功能[38]。肠道菌群失调导致肠道上皮细胞屏障通透性增加，肠道表面的相关受体与病原体或内毒素表面的相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）结合，刺激促炎细胞因子释放，其穿过肠道黏膜进入循环系统，通过血脑屏障入脑，对大脑功能产生影响[39-41]。NLRP3 炎症小体被多种微生物激活后通过增加AD 大脑中caspase-1 的表达水平在AD 中发挥作用[42]。Shen H 等[43]发现AD 患者的肠道菌群通过激活肠道NLRP3 炎症小体来促进肠道炎症反应，而炎症因子通过循环到达脑组织后，可促进海马小胶质细胞活化和炎症反应，进一步加重AD 的病理进程。当改善AD 患者的肠道菌群组成可以减轻神经炎症，从而改善AD 记忆、认知等症状。

3 总结及展望

NLRP3 炎症小体在AD 的相关炎症反应中发挥着重要作用。NLRP3 炎症小体被多种刺激激活，包括泛素化、离子通道、自噬体和溶酶体、活性氧的产生及肠道菌群改变。NLRP3 如何对这些信号做出反应并启动NLRP3 炎症小体的组装的具体机制尚不清楚。但随着对NLRP3 炎症小体的研究及AD机制的研究不断深入，针对NLRP3 炎症小体的靶向治疗有望成为AD 的有效治疗方法。针对NLRP3炎症小体药物抑制剂可能是治疗AD 的最佳选择。在针对AD 模型中，抑制NLRP3 炎症小体的激活可减轻炎症反应，减缓AD 的进展。迄今为止，已发现多种新的选择性NLRP3 炎症小体抑制剂，包括MCC950、JC-124、Bay 11-7082、OLT1177 等。但这些抑制剂如何具体调控AD 的病理生理变化，尚需进一步的研究。目前，绝大部分试验仍在动物细胞水平上，尚需更多的临床试验验证。总之，NLRP3与AD 之间存在密切关联，但具体发生发展机制，仍需更多的研究证据。