NLRP3炎性小体与急性呼吸窘迫综合征关系的研究进展

2022-11-15蒋玉洁综述廖品琥审校

中国临床新医学 2022年4期

董珏，蒋玉洁，黄霞(综述)，廖品琥(审校)

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)发病机制尚未完全清楚，病死率仍高达40%～60%[1]。研究表明，炎性介质过度分泌、凝血纤溶失衡、内皮功能障碍等因素参与了ARDS的发生、发展过程[2-4]。NLRP3炎性小体与多种炎性疾病及自身免疫性疾病发病相关[5-9]，其与ARDS的关系已成为目前医学领域研究热点之一。

1 NLRP3炎性小体结构及功能

NLRP3炎性小体主要由感应蛋白NLRP3、适配蛋白ASC和效应器caspase-1组成[10]，三者由C-端的caspase招募结构域(caspase recruit domain，CARD)及N-端的效应结构域(pyrin domain，PYD)连接，可识别多种病原体，如阿米巴、疟原虫、白假丝酵母菌、金黄色葡萄球菌、李斯特菌和流感病毒等，还可识别尿酸结石、二氧化硅、石棉和氢氧化铝等物质[11]。当机体受到上述病原相关分子模式和(或)损伤相关分子模式刺激后激活模式识别受体寡聚化形成procaspase-1活化平台，ASC通过CARD结构域连接(ASCCARD-procaspase-1CARD)招募procaspase-1，诱导其活化，同时通过PYD结构域(ASCPYD-NLRP3PYD)连接NLRP3形成NLRP3炎性小体[12-14]，随后ASCPYD寡聚形成螺旋状微丝，ASCCARD使微丝密集形成直径为1～2 μm的斑点，即焦亡小体介导后续细胞焦亡[15]。白细胞介素(interleukin,IL)-1β和IL-18触发炎性介质(如IL-6以及C-反应蛋白)的升高，促进内皮细胞黏附因子及趋化因子的释放，加重炎性反应[16-17]。

2 NLRP3炎性小体与ARDS关系

NLRP3炎性小体分布于巨噬细胞、单核细胞、树突样细胞及内皮细胞中，其表达水平的变化可影响肺泡上皮及毛细血管内皮连续性，加重肺水肿，还可通过上调组织因子及膜结合小体微粒促进凝血机制激活。

2.1NLRP3炎性小体增加炎性因子释放加重肺水肿肺泡巨噬细胞焦亡过程促进中性粒细胞迁移至损伤部位，增加肺泡局部IL-6、肿瘤坏死因子(TNF)-α和IL-1β聚集，ARDS患者肺泡Ⅱ型细胞胞浆中可见活化的NLRP3炎性小体表达，提示NLRP3炎性小体在ARDS发病中起到重要作用[18]。体外研究发现，作为炎性小体组成部分的caspase-1可切割消皮素D导致其N-端暴露与胞膜上胞膜磷酸肌醇结合成孔，增加细胞表面通透性，造成细胞肿胀、裂解和死亡，焦亡细胞释放大量炎性因子、趋化因子等内容物，形成损伤相关分子模式引发二次炎性反应[18]。焦亡过程促进大量中性粒细胞迁移、聚集形成中性粒细胞外陷阱(neutrophil extracellular traps，NETs)，其分泌的中性粒细胞弹性蛋白酶可裂解钙黏着蛋白及内皮细胞骨架蛋白，导致血管通透性增加和上皮细胞凋亡[19]，加重肺损伤。炎性小体下游产物IL-1β可促进肺内皮细胞之间胞旁间隙形成，直接增加肺泡Ⅱ型细胞通透性，其程度呈剂量与时间依赖性，但在阻断αvβ6/TGF-β通路情况下，这种现象能够被完全抑制，表明IL-1β很可能是通过αvβ6/TGF-β通路增加肺血管通透性和蛋白跨膜转运至肺泡Ⅱ型细胞中加重肺水肿[20]。由此可见，体内、体外实验均表明NLRP3炎性小体、下游产物以及焦亡过程可通过不同机制介导肺损伤，为ARDS的诊疗提供新的方向。

2.2NLRP3炎性小体对肺泡上皮细胞间黏附力的作用有研究报道，NLRP3炎性小体可通过促进肺泡上皮细胞附着至富含纤连蛋白的基层上，增加上皮细胞间黏附力，起到维护肺泡上皮完整性作用[21]。另有研究显示，肺炎球菌毒素结合至细胞膜上后通过寡聚化使胞膜成孔，造成细胞裂解、死亡，导致毛细血管内皮和肺泡上皮屏障功能失调，但NLRP3炎性小体基因敲除小鼠的肺泡上皮细胞功能失调情况更为明显[22]。因此，NLRP3炎性小体对于肺泡上皮细胞间黏附力的作用尚存在争议，需进一步深入研究。

2.3NLRP3炎性小体与毛细血管内皮细胞作为气血屏障的组成部分，肺毛细血管内皮细胞是细胞介质的主要作用靶点。肺损伤模型的肺毛细血管内皮细胞内可见IL-1β高表达，后者促进黏附分子和趋化因子分泌及转录过程，增加内皮细胞和白细胞之间的黏附力，还可激活细胞中的核因子-κB靶向作用，促进白细胞边集、滚动、黏附和外渗[23-24]，推动炎症反应进展。

2.4NLRP3炎性小体促进凝血过程凝血功能异常是ARDS的发病机制之一，有研究发现ARDS患者肺泡灌洗液中存在大量的组织因子(tissue factor，TF)、凝血因子VⅡa(FVⅡa)和FXa。TF-FVⅡa途径的阻断可明显改善ARDS患者肺泡内纤维蛋白沉积，减轻肺部炎症程度[25]。血管受损使活化的内皮细胞及平滑肌细胞释放TF，后者可促进FVⅡ裂解，使其活化形成活性形式FVⅡa，并与之结合形成TF/FVⅡa复合体，参与其他凝血因子的裂解、活化以及凝血酶的产生、促进凝血过程进展[26]。NLRP3炎性小体可上调表达TF的膜结合小体微粒释放，促进凝血过程。Hottz等[27]发现，共聚焦显微镜下可观察到大量NLRP3与ASC共定位于登革热患者血小板膜结合小体细胞质中，caspase-1激活的强度也明显高于同期健康志愿者膜结合小体内表达量。Rothmeier等[28]于共聚焦显微镜下观察到TF大量滞留于细胞体中，减少了TF释放，同时观察到巨噬细胞丝状伪足长度增加，导致巨噬细胞整体更为平坦。据此推测NLRP3炎性小体在血小板中明显表达，并与TF分泌量呈正相关。活化的NLRP3炎性小体可通过调控血小板αⅡbβ3整合信号促进血小板的聚集回缩，促进凝血过程[29]。TF/FVⅡa途径作为炎性反应和凝血过程的交点，通过阻断NLRP3炎性小体减少TF的膜结合小体微粒释放，降低TF/FVⅡa复合体合成，可能有益于延缓ARDS疾病进展。

3 NLRP3炎性小体与ARDS治疗

阻断NLRP3炎性小体活化通路可影响ARDS转归。NLRP3炎性小体活化途径常分为活性氧途径、三磷酸腺苷-嘌呤受体途径以及溶酶体途径[30-31]。有学者[32-33]通过免疫组化观察到，NLRP3炎性小体特异性抑制剂MCC950治疗后，小鼠的肺组织内巨噬细胞、抗原呈递细胞、中性粒细胞和淋巴细胞总量显著减少，肺水肿程度得到明显改善。将内毒素+嘌呤能受体(P2X7)抑制剂A438079和考马斯亮蓝G处理后的小鼠分别与内毒素小鼠对比，均可见肺泡灌洗液中IL-1β、TNF-α、IL-6、NLRP3、ASC、caspase-1-p20表达量显著下降(P<0.01)，免疫组化染色发现肺间质中炎性细胞渗透量以及F4/80+巨噬细胞表达量明显减少(P<0.01)[34]，表明特异性抑制剂及活化通路的阻断可以抑制NLRP3炎性小体通路激活、中性粒细胞积累和细胞因子产生，减轻肺损伤。细胞因子抑制信号1属于细胞因子信号通路抑制家族，被称为促炎细胞因子信号转导的有效负调节因子。Zhang等[35]使用烟雾暴露ARDS模型小鼠发现，造模第3天，对照组小鼠全部死亡，而实验组小鼠存活率达60%，并观察到对照组肺泡壁毛细血管肿胀、肺泡上皮水肿、肺间质中性粒细胞及单核细胞浸润和肺泡内明显出血，而实验组小鼠肺泡间隔薄而光滑，同时发现细胞因子抑制信号1转染小鼠肺巨噬细胞中caspase-1活性及IL-1β分泌水平较对照组显著降低，由此推测细胞因子抑制剂可能通过下调炎性小体活性和表达水平而减轻肺损伤，提高小鼠的存活率。