NLRP3炎症小体与溃疡性结肠炎及中医药调控的研究进展

刘慧泽，吴本升，陈玉根，蒋 峰，周 青，王包晟，段正兰，施国平，刘 玥

(1. 南京中医药大学附属医院，江苏 南京 210000；2. 南京中医药大学苏州附属医院，江苏 苏州 215009)

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)是一种反复发作的慢性炎症性疾病，以腹痛、腹泻、黏液脓血便等为主要临床表现。UC确切的发病机制目前尚未明确，基因改变以及肠道免疫系统失调引起的肠黏膜持续性炎症，肠屏障功能改变可能是导致其发病的重要原因。炎症小体作为固有免疫的重要组成部分，在肠道微生物感染、黏膜免疫反应以及代谢过程的调节中发挥了关键作用[1]。炎症小体包括NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2、NLRP6等亚型，其中NLRP3是研究最为全面的亚型之一，正迅速成为肠道内稳态和肠道炎症反应的重要调节因子。本文聚焦NLRP3炎症小体与UC的关系，综述近年来中医药干预NLRP3炎症小体治疗UC的相关研究进展，更好地发挥中医药治疗优势。

1 NLRP3炎症小体概述

NLRP3是NOD样受体(NLRs)家族成员之一，与凋亡相关斑点样蛋白ASC及效应蛋白pro-Caspase-1共同组装成NLRP3炎症小体，可感知多种病原微生物和机体内外产生的危险信号，从而激活相关的炎症信号通路，启动固有免疫系统[2]。

NLRP3炎症小体具有复杂的活化机制，可被细胞应激和损伤释放的病原相关分子模式(PAMP)和宿主源性损伤相关分子模式(DAMP)激活。NLRP3炎症小体的激活通常需两种信号：一为启动信号，Toll样受体(TLR)识别内源或外源性刺激物，激活NF-κB信号通路，促进NLRP3炎症小体相关成分的产生和转录[3-4]；另一信号为激活信号，即各种病原微生物或危险信号直接激活NLRP3炎症小体复合物，并促进下游信号通路的激活[3]。NLRP3炎症小体活化后产生白细胞介素(IL)-1β和IL-18，从而引起机体炎症反应。上述为NLRP3炎症小体激活的经典途径。此外，在脂多糖(LPS)刺激细胞后，可激活Caspase-11，从而介导NLRP3炎症小体的非典型激活，同样引起IL-1β及IL-18的成熟、分泌[5]。关于NLRP3炎症小体的激活机制，目前的研究主要提出以下几种模式：细胞内离子浓度的变化，如K+的外流[6]和胞内Ca+浓度上升[7]；线粒体功能异常[2]；活性氧(ROS)产生[8-9]；溶酶体破碎释放出的cathepsin-B蛋白酶等[10-11]。关于NLRP3激活的确切机制现仍有争论，各信号或模式之间是否以及如何相互影响仍是未知数，所以需更多的研究来解释其活化过程。

NLRP3炎症小体的过度活化会造成机体组织器官的损伤，故体内存在负调控机制抑制其过度激活。相关学说主要涉及自噬[12]；体内的多种内源性代谢物如β-羟基丁酸(BHB)[13]、多巴胺[14]和NO[15]；某些外源性物质如w-3脂肪酸[16]以及miRNA-233[17]等。对NLRP3炎症小体负性调控基本生物学机制的精准把握有助于开发治疗该小体相关炎性疾病的药物或疗法，故有待更深入的研究和挖掘。

2 NLRP3炎症小体与UC发生发展关系密切

NLRP3炎症小体广泛分布于人类结肠黏膜上皮细胞及巨噬细胞中，在调节UC等炎症性疾病的发生发展以及维持肠道内环境稳定中扮演着重要角色。

2.1动物研究 NLRP3炎症小体的激活可诱导IL-18、IL-1β等多种促炎因子的产生，加速了肠道炎症的发生发展。Bauer等[18-19]发现在葡聚糖硫酸钠(DSS)小鼠UC模型中，NLRP3或Caspase-1基因缺失起到了保护性作用，抑制Caspase-1可明显改善炎症反应，这一结果与IL-18和IL-1β水平降低有关。利用自噬能够抑制炎症小体活化过程改善DSS诱导的结肠炎，如Cosin-Roger等[20]证明缺氧能够下调NLRP3/mTOR通路并激活自噬来改善小鼠肠道炎症。有学者试图从动物实验中找出UC中NLRP3炎症小体激活的上游机制，主要涉及两种假设：NF-κB激活和ROS产生，并通过相关抑制剂的研究得到阐明，如羧酰胺三唑(CAI)可降低TNBS结肠炎大鼠的NF-κB p65表达以及IκBα磷酸化和降解，抑制NLRP3炎症小体激活，从而改善大鼠炎症反应[21]。

与上述情况相反，有研究提示NLRP3炎症小体具有维持肠道内环境稳定及预防结肠炎的作用。Hirota等[22]研究发现，NLRP3-/-小鼠更易患实验性结肠炎，并指出可能与抗炎细胞因子IL-10及保护性生长因子TGF-β降低有关。另有多项报道指出，NLRP3-/-、ASC-/-、Caspase-1-/-小鼠均表现出对DSS诱导UC的易感性、疾病恶性程度以及死亡率的增加[23-25],这一保护性作用可能与IL-18和IL-1β参与修复肠黏膜屏障有关。Itani等[26]报道，以恶唑酮诱导小鼠UC模型，与野生型(WT)小鼠相比，NLRP3-/-或Caspase-1-/-小鼠表现出对恶唑酮敏感性更高及IL-18和IL-1β的分泌量减少；而给予外源性IL-18或IL-1β后，小鼠结肠炎症状有所改善。此外，NLRP3-/-和Caspase-1-/-小鼠在感染枸橼酸杆菌后，肠道局部炎症情况较WT小鼠更严重，说明NLRP3炎症小体在感染早期可起到一定预防肠道炎症及肠道病理性改变的作用[27]。Song-Zhao等[28]的研究也发现了类似的结果，即感染肠道病原体枸橼酸杆菌后，NLRP3-/-和ASC-/-小鼠表现出细菌定植和散布增加，肠道炎症加剧，表明NLRP3和ASC通过限制肠道细菌负荷及肠内定位情况，实现一定抗炎作用。综上所述，NLRP3炎症小体可能在肠上皮完整性受损后触发保护性反应，促进受损细胞的替换，修复损伤的肠黏膜组织，并可能通过影响肠道菌群的定植与分布来调节肠道炎症反应。

2.2人群研究 一项关于中国汉族人群NLRP3基因与UC关系的研究称rs10754558和rs10925019 SNP基因型与UC的易感程度呈高度相关性，提示NLRP3炎症小体的相关基因参与到了中国UC患者的发病过程中[29]。Lazaridis等[30]研究显示该炎症小体的激活与长期病程(超过1.5年)相关，意味着UC免疫特征在疾病进展过程中的分化。一项临床前瞻性观察研究表明，重度UC患者血清中NLRP3、IL-1β、TNF-α明显升高，且NLRP3与IL-1β、TNF-α及疾病严重程度呈正相关[31]。此外，Ranson等[32]通过检测发现，活动期UC患者结肠组织中NLRP3和IL-1β表达明显上调。上述结果为NLRP3在UC中的作用提供了临床证据，为UC的诊断提供了新的可能的生物标志物，并提示阻断NLRP3炎症小体可能成为防治活动期UC的新思路。

上述动物实验或人群研究中相反结果的产生可能涉及多种原因，如小鼠或人类遗传背景的差异及变化，肠道菌群组成的差异，实验中诱发结肠炎方法的不同以及炎症小体激活具有位置特异性特征等。尽管NLRP3炎症小体发挥致炎作用还是抑制作用目前尚有争议，但NLRP3炎症小体激活导致UC的发病及进展越来越受到学术界重视，尤其是在中医药治疗UC作用机制的研究中展现出较好的前景，值得我们关注。

3 中医药干预UC NLRP3炎症小体的研究进展

根据临床症状多将UC归于“泄泻”“肠澼”“痢疾”等病症。中医认为，溃疡性结肠炎多与脾胃素虚、外感六淫、饮食不节、情志不调等因素有关，脾胃虚弱是其发病之本，湿热蕴结肠道是发病之标。现代医学中常以5-氨基水杨酸制剂、激素、免疫抑制剂等药物治疗UC，但存在维持治疗效果差、长期使用不良反应大、药物价格昂贵等不足。而中药治疗UC具有疗效高、毒副作用低、不良反应少等独特优势，其机制涉及调节免疫反应、保护肠黏膜、抑制炎症通路、调节肠道菌群等[33]。近年来中医药干预NLRP3炎症小体治疗UC的作用已被证实，NLRP3作为潜在的治疗靶点受到了学界的重视，研究主要涉及中药复方和单体。

3.1中药复方 Zhang等[34]以经典方平胃散干预2.5% DSS诱导的小鼠结肠炎模型，与DSS组相比，平胃散组显著降低了小鼠结肠组织中NLRP3、ASC、Caspase-1及IL-1β的蛋白表达(P<0.05)；随后通过体外实验进一步验证此结果，表明平胃散减轻DSS诱导的慢性结肠炎可能与抑制NLRP3炎症小体活化有关。曾于恒等[35]用白芍七物颗粒治疗TNBS建立的大鼠UC模型，结果显示白芍七物颗粒高、中、低剂量组大鼠结肠组织中NLRP3炎症小体各组分及下游IL-18、IL-1β的mRNA表达明显低于TNBS组(P<0.01)，其中以中剂量组效果最佳。另有研究表明溃结康能够在UC急性期通过调节NLRP3炎症小体及相关炎症因子来控制急性炎症反应，同时能够在缓解期促进肠道黏膜的增生修复[36]。此外，临床验方白术黄芪汤[37]、补中益气丸[38]等均被证实能够在体内、外抑制NLRP3炎症小体的激活，从而减轻实验性UC。与上述研究相反，白头翁汤的研究则显示该方可能通过促进NLRP3炎症小体的激活及相应炎症因子的产生来发挥治疗TNBS结肠炎的作用[39]。

关于中药复方干预NLRP3炎症小体上游通路的研究尚不多见，有报道称中成药溃疡宁干预DSS BALB/c大鼠后，大鼠肠道中NLRP3炎症体各组分的mRNA含量及氧自由基水平均下降(P<0.05)，表明其可抑制NOXs-ROS-NLRP3信号通路从而发挥抗炎作用[40]。本课题组前期研究也发现，中药复方“黄葵敛肠汤”灌肠治疗UC能够明显改善症状，动物实验揭示通过抑制NF-κB通路改善了DSS诱导的小鼠UC，但其对NLRP3炎症小体的作用尚需更加深入的研究[41]。

3.2中药单体 有研究称铁皮石斛的主要成分之一石斛多糖可显著改善DSS BALB/c小鼠的UC症状和结肠病理性损伤；与DSS组相比，铁皮石斛多糖组小鼠结肠中NLRP3、ASC及Caspase-1的mRNA和蛋白减少，同时促炎因子IL-18、IL-1β、IL-6和TNF-α的含量下降，表明石斛多糖对小鼠结肠炎的治疗作用是通过抑制NLRP3炎症小体实现的[42]。Qu等[43]证实了肉桂醛可显著降低DSS小鼠结肠组织中NLRP3、Caspase-1、ASC和IL-18的mRNA表达，即通过抑制NLRP3炎症小体激活改善小鼠炎症反应。Gong等[44]的研究显示姜黄素能够抑制NLRP3炎症小体的激活，降低多种炎症因子的表达，进而减轻DSS小鼠的结肠炎症状及肠道病理改变。此外，大黄素[45]、雷公藤红素[46]、甘草酸[47]等中药单体均可通过抑制NLRP3炎症小体的激活过程而发挥抗炎作用。除典型激活通路外，芹菜素还能抑制Caspase-11的裂解，即通过抑制非典型NLRP3炎症小体的活化过程发挥抗炎作用[48]。

单体干预NLRP3炎症小体与UC的研究不仅局限于复合体本身及其下游炎症因子，还包括NLRP3上游活化调控信号通路。有多项研究显示，汉黄芩苷作为一种靶向NF-κB的单体药物，通过阻断调控NLRP3炎症小体活化过程中的第一信号——NF-κB信号通路来阻断炎症级联反应，从而减轻下游炎症因子的加工及分泌，改善小鼠结肠炎症状和体征[49-50]。Wu等[51]在前期研究基础上，通过粪菌移植进一步证实了根皮素通过调节肠道菌群可以在一定程度上抑制NF-κB和NLRP3的激活，缓解UC症状。此外，吴茱萸碱[52]、姜黄素[53]、山姜素[54]改善炎症反应的潜在机制均为抑制NF-κB/NLRP3炎症小体信号通路。

有研究显示雷公藤多苷可能通过调节NOXs-ROS-NLRP3信号通路抑制促炎细胞因子分泌，进而改善实验性肠炎[55]。Zhou等[56]观察到鸦胆子苦醇呈剂量依赖性地下调TNBS UC大鼠结肠组织中NLRP3炎症复合体的蛋白表达，减少下游促炎因子的产生；同时他们发现高剂量的鸦胆子苦醇能够显著激活Nrf2的蛋白和基因表达，从而推测鸦胆子苦醇可能通过调节Nrf2介导的氧化应激过程阻断NLRP3炎症小体的激活。同样地，豆蔻素[57]、肉桂酸[58]也被证实通过调节Nrf2/ NLRP3信号通路保护DSS小鼠结肠炎。

另有文献表明人参皂苷Rd通过促进AMPK-ULK-1-P62轴驱动的自噬作用实现对NLRP3炎症小体的抑制作用[59]。巴马汀也被证实能够通过P1NH/Parkin驱动的自噬作用，抑制炎症小体的激活进而减轻实验性结肠炎[60]。此外，金雀异黄素则可能通过TGR5-cAMP信号通路抑制该炎症小体活化从而发挥抗炎作用[61]。

综上所述，中医药通过干预NLRP3炎症小体活化过程的各阶段发挥了治疗UC的作用，反映出中药的多靶点作用，为临床治疗肠道炎性疾病提供了新的研究方向，如何更好地诠释其内在机制，将为中医药精准治疗UC提供思路。

4 小结与展望

UC确切的发病机制目前尚未完全阐明，其发病过程涉及到多种信号通路和免疫细胞的复杂相互作用，NLRP3炎症小体作为一种免疫感受器，在UC的发生发展过程中扮演重要角色，近年来，我们对NLRP3炎症小体参与UC发病过程的具体机制的理解有了很大进展，涉及调节肠道炎症反应、促进损伤肠黏膜组织的修复及肠屏障功能的建立、调节肠道菌群等。对NLRP3炎症小体活化过程及其治疗UC的生物学机制的精确把握有助于研发治疗该小体相关的炎症性疾病的药物及疗法。但仍有许多尚未解决的问题，如NLRP3激活及负反馈调节的确切机制、人和动物实验结果存在的差异以及产生差异的原因等。且目前大多数研究主要利用NLRP3缺失小鼠，还需对小鼠进行条件性基因敲除，以进一步研究特异性敲除NLRP3后发生UC的相关机制。

大量的基础和临床研究结果已证实中医药能够通过干预NLRP3炎症小体的激活发挥治疗UC的作用。中医药可对NLRP3炎症小体活化过程的多个阶段进行调节，包括中药复方或单体通过干预NF-κB、氧化应激或自噬作用来调控NLRP3炎症小体活化的上游信号通路，抑制炎症小体的激活，减少下游IL-1β和IL-18等促炎细胞因子的产生，从而改善溃疡性结肠炎症状等。但仍有许多待解决的问题：①中药复方成分复杂，缺乏明确的药效成分研究，影响体内外实验结果的准确性，且干扰在分子生物学层面上的研究，故需进一步研究以确定中药复方中发挥确切作用的药效成分；②UC的发病过程涉及多条信号通路，且各通路之间是否以及如何相互影响仍未知，仍需更多研究来证实和揭示中药复方及单体干预炎症小体的确切机制；③由于实验中UC模型的建立或诱发结肠炎方法选择上的不同，实验结果差异性仍较明显，需要建立更加标准的动物模型体系，规范化研究过程；④不排除中药对于NLRP3炎症小体的双向调节作用，以及NLRP3炎症小体在结肠不同部位的差异性，需要进一步研究。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。