NLRP3炎性小体在高尿酸血症肾病中作用的研究进展

代志新，王玉敏

1.赤峰学院附属医院 全科医疗科, 内蒙古 赤峰 024005；2.航天中心医院/北京大学航天临床医学院 呼吸与危重症医学科, 北京 100049

高尿酸血症肾病(hyperuricemic nephropathy, HN)是一种因高尿酸血症(hyperuricemia, HU)而导致的肾脏功能异常的临床疾病。HN是高尿酸血症的一种临床并发症。HN的主要特征包括结晶性肾结石、慢性间质性肾炎和肾纤维化。尿酸(uric acid, UA)代谢失衡易导致HU。近年来，因UA代谢异常导致的HU参与HN的病理生理机制和治疗研究取得了很大进展。

HU通过激活肾脏炎性反应促进HN发生，成为HN的重要发病机制。HU可通过晶体依赖的和晶体非依赖性机制诱导HN发生。HU可通过激活NLRP3(nucleotide-binding oligomerization domain leucine-rich repeat and pyrin domain-containing protein 3, NLRP3)炎性小体促进HN发生。但目前国内尚缺乏HN发病机制和治疗进展方面的综述。因此，本文阐明了与HN相关的机制方面，强调了NLRP3炎性小体激活在HN发生和发展中的作用,同时综述了药物靶向抑制NLRP3炎性小体激活治疗HN的研究进展。本综述表明，药物靶向抑制NLRP3激活是HN的治疗靶点。

1 高尿酸血症肾病的发病机制

HU相关肾功能异常的关键发病分子机制仍不清楚，尚未完全了解。目前研究显示，HU可通过多种机制诱导HN发生，这些机制包括直接肾损伤、诱导氧化应激、肾纤维化、内皮功能障碍和炎性发生。

1.1 尿酸诱导的直接肾损伤参与高尿酸血症肾病发病机制

尿酸具有弱有机酸的特征，在pH 7.4和37 ℃的温度下，其大部分电离为单钠尿酸盐(monosodium urate, MSU)晶体。UA和MSU晶体可沉积于肾脏，导致组织损伤。HU诱导的肾近端小管上皮细胞(tubule epithelial cells, TECs)中乳腺癌耐药蛋白三磷酸腺苷结合盒转运体G2(breast cancer resistance protein/ATP-binding cassette G2,BCRP/ABCG2)表达减少可能会促进TECs和肾间质中MSU晶体沉积，导致严重的肾损伤[1]。在原尿中长期低pH和高UA浓度条件下，肾小管腔和输尿管中的尿酸盐晶体沉积有助于铸型形成和梗阻性肾病出现。梗阻后会出现一系列并发症，如局部损伤、感染、出血和肾积水。

1.2 尿酸诱导氧化应激损伤参与高尿酸血症肾病发病

尿酸可通过诱导氧化应激损伤诱导HN发生。HU相关的氧化应激能够引起DNA损伤、酶的氧化和失活、炎性细胞因子的产生和细胞凋亡发生。HU可通过多种机制介导肾脏氧化应激损伤。首先HU可介导线粒体钙超载，并最终通过线粒体Na+/Ca2+交换导致内皮功能障碍，从而增加活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生[2]。其次，HU可通过激活NOX4 NADPH氧化酶(NOX4-containing NADPH oxidases)介导氧化应激损伤。在人近曲小管细胞系(human proximal tubule cell line, HK-2)中，UA诱导HK-2细胞凋亡，引起线粒体膜的变化、活性氧物质的升高以及NOX4 mRNA和蛋白的显著上调，而NOX4 NADPH氧化酶抑制剂DPI和NOX4基因敲除可阻止ROS的产生和细胞凋亡，表明NOX4 NADPH氧化酶激活介导的氧化应激损伤参与HU诱导的慢性肾小管间质损伤，增加近端肾小管细胞凋亡的可能性。这些结果可能解释了在HU状态下观察到的慢性肾小管间质损伤，并提示UA在肾小管细胞中的转运是尿酸诱导效应所必需的[3]。因为氧化应激可来源于NADPH氧化酶过度激活、线粒体功能障碍、细胞因子、内质网应激和胞浆酶黄嘌呤氧化酶等，但是目前除了NADPH氧化酶过度激活参与尿酸诱导氧化应激损伤参与高尿酸血症肾病发病机制研究相对透彻外，其他系统在高尿酸血症肾病发病机制中的作用有待深入研究。

1.3 尿酸诱导肾脏纤维化参与高尿酸血症肾病发病

肾纤维化以肾小球硬化(glomerulosclerosis,GS)和肾小管间质纤维化(tubulointerstitial fibrosis, TF)为特征，是所有慢性肾病(chronic kidney disease,CKD)患者的常见病理过程。 HU可能直接导致肾小球硬化和肾小管间质纤维化。越来越多的证据表明，上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)是慢性肾脏疾病中介导肾小管间质纤维化进展的重要机制之一。在EMT过程中，上皮细胞逐渐发生生化改变，并通过失去其上皮特征而转变为间充质样细胞，而EMT可能在肾脏异常，尤其是肾纤维化中发挥病理作用。HU诱导肾小球硬化和肾小管间质纤维化。 肾小管细胞表型转换在UA诱导的肾脏疾病中可能发挥作用。UA诱导培养的肾小管细胞的EMT，可增加E-钙黏蛋白转录抑制物Snail和Slug的表达，导致E-钙黏蛋白产生下调，同时发现UA通过泛素化增加E-钙黏蛋白的降解[4]。此外，在HU大鼠的肾脏中存在EMT，表现为肾小管细胞中E-钙黏蛋白(E-cadherin)表达降低和α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin, α-SMA)增加，表明UA本身诱导上皮细胞表型转变，这可能是UA诱发肾脏疾病的机制之一。UA可诱导肾小管细胞的EMT，通过激活Snail和Slug减少E-钙黏蛋白的合成，并增加E-钙黏蛋白的降解，这表明UA诱导的肾小管细胞表型转变是慢性肾脏疾病的一种新机制。

2 NLRP3激活参与高尿酸血症肾病发病

HU通过激活肾脏炎性反应促进HN发生，成为HN的重要发病机制。HU可通过晶体依赖的和晶体非依赖性机制诱导HN发生。炎性小体(inflamma-some)是细胞内作为对环境和细胞应激发挥感受作用的多蛋白复合物。NLRP3炎性小体是由细胞内受体NLRP3、含半胱天冬酶激活募集结构域的凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase activating recruitment domain, ASC)以及 caspase-1共同组成的高分子质量蛋白复合物。NLRP3复合体的组装后激活caspase-1，后者介导白细胞介素-1β(interleukin-1 β,IL-1β)和白细胞介素-18(interleukin-18,IL-18) 分泌成熟，从而启动炎性反应，触发焦亡(pyroptosis)，后者表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎性反应。HU可通过激活NLRP3炎性小体促进HN发生。

在HN中，MSU可以激活不同肾细胞中的NLRP3质体。激活的NLRP3炎性小体刺激IL-1β和IL-18的分泌，导致严重的肾损伤。IL-1β和IL-18诱导肾血管内皮细胞形成泡沫，血管壁上未成熟细胞聚集，平滑肌细胞增殖和血管扩张，另外IL-1β招募中性粒细胞释放额外的促炎细胞因子。一般来说，NLRP3炎性小体激活可导致肾小球和肾小管间质损伤以及肾纤维化。在肾中性粒细胞和巨噬细胞中，NLRP3质体被吞噬细胞的MSU晶体激活，并可触发促炎性细胞因子分泌[5]。在肾脏固有细胞中，NLRP3质体是一种多功能蛋白复合物，其激活引起不同类型的细胞损伤。NLRP3炎性小体表达水平与足细胞损伤密切相关。抑制TXNIP/NLRP3/NF-κB信号通路可以抑制UA诱导的足细胞损伤[6]。NLRP3炎性小体的激活与间质单核细胞浸润和肾小管上皮细胞分离有关[7]。在肾系膜细胞中，可溶性MSU显著增强NLRP3蛋白的表达，而MSU晶体不能影响NLRP3的表达。 可溶性UA在体内和体外也能刺激NLRP3炎性小体的激活和IL-1β的合成[7]。此外，可溶性UA激活巨噬细胞中的NLRP3炎性小体分泌IL-1β，刺激TECs中趋化因子12(chemokine[C-X-C motif] ligand 12,CXCL12)和高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)的释放。可溶性UA显著增强TECs中的NLRP3、TNF-α和IL-1β，而AMP活化AMP依赖的蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)，减轻UA诱导的炎性反应[8]。在没有溶酶体破裂的情况下，线粒体来源的ROS可能介导可溶性UA激活的NLRP3炎性体[7]。值得注意的是，在肾系膜细胞中，可溶性MSU显著增强NLRP3蛋白的表达，而MSU晶体不能影响NLRP3的表达。此外，尿酸激活的NLRP3质体与EMT、血管内皮细胞损伤和肾小管间质纤维化有关[7]。这些事件加速了HN的进程。综上所述，HU可通过激活NLRP3炎性小体促进HN发生。

3 靶向抑制NLRP3炎性小体激活与高尿酸血症肾病治疗

鉴于NLRP3激活在HN发病中的作用，靶向抑制NLRP3激活近年来成为治疗HN的靶点。在氧嗪酸钾(potassium oxonate)诱导HU大鼠模型中，荷叶碱(nuciferine)可降低血清UA水平，改善肾功能，并抑制全身和肾IL-1β的分泌，TLR4/MyD88/NF-κB通路和抑制NLRP3炎性小体的激活，从而降低HU小鼠的血清和肾脏IL-1β水平，表明荷叶碱可治疗HU诱导的肾脏炎性病变[9]。在果糖诱导HU大鼠模型中，五苓散(wuling san)通过调节果糖诱导的高尿酸血症小鼠肾脏有机离子转运体发挥肾脏保护作用，其作用的分子机制可能与抑制高果糖诱导的高尿酸血症小鼠的TLR4/MyD88信号传导和NLRP3炎性体激活，进而减少IL-1β的产生有关[10]。而四妙丸(simiao pill)的肾脏保护作用可能与上调Sirt1表达和抑制NF-κB/NLRP3炎性体激活以减轻大鼠肾小球损伤有关[11]。而中药四物汤(siwu decoction)[12]、甘草素(liquiritigenin)[13]、白藜芦醇苷(polydatin)[14]、大黄素(emodinol)[15]、薇草胶囊(weicao capsule)[16]均可通过抑制NLRP3激活来抑制HU介导的HN发生。

抑制NLRP3激活成为HN治疗的重要靶点。黄芩甙(scutellarin)[17]、白藜芦醇类似物紫檀芪(pterostilbene)[18]、姜黄素(curcumin)[19]、亚油酸(linoleic Acid)[20]、白杨黄素(chrysin)[21]、二氢小檗碱(dihydroberberine)[22]、绿原酸(chlorogenic acid)[23]、白藜芦醇(resveratrol)[24]和鞣花酸(ellagic Acid)[25]等均可在不同HU模型中，通过抑制NLRP3激活抑制炎性发生，在HN中具有肾脏保护活性。表明靶向抑制NLRP3激活成为了治疗HN的研究热点。但是目前针对抑制NLRP3激活治疗HN的药物绝大多数处于药效观察阶段，对于其他们在HN防治中的深入信号机制仍缺乏，值得深入研究。

4 问题与展望

高尿酸血症肾病(HN)是近20年来国际研究热点，目前HN的发病机制主要聚焦在文中所综述的直接肾损伤、诱导氧化应激、肾纤维化和炎性发生。NLRP3炎性小体激活依赖的炎性发生近年来成为HN研究热点，而靶向抑制NLRP3激活成为了治疗HN的重要治疗靶点。HN的发病机制目前还需进一步深入阐述。目前HU的治疗方法主要为降低血尿酸，存在治疗比较单一的缺陷，因此同时探索多靶点治疗HN也是未来研究方向，针对不同发病机制的精准治疗是未来药物研发的重要方向。