炎性體與動(dòng)脈粥樣硬化

賀嘉 彭道泉

炎性機(jī)制在動(dòng)脈粥樣硬化中起核心作用，各種炎性因子的活化可引起炎性細(xì)胞的募集，從而最終導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成［1］。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，內(nèi)皮損傷是動(dòng)脈粥樣硬化的始動(dòng)環(huán)節(jié)。最近研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇結(jié)晶在動(dòng)脈病變?cè)缙诩匆殉霈F(xiàn)，幾乎與炎性細(xì)胞的聚集同時(shí)出現(xiàn)。內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞攝取膽固醇并形成微小膽固醇結(jié)晶可能參與了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展，而炎性體在介導(dǎo)這一過(guò)程中起重要作用［2］。

1 炎性體概述

炎性體是一類能被感染和應(yīng)激激活，促進(jìn)促炎細(xì)胞因子如白介素1β(IL-1β)激活，從而參與固有免疫應(yīng)答的多蛋白復(fù)合物或稱“分子平臺(tái)”(molecular platforms)，其介導(dǎo)的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase-1)蛋白活化與固有免疫和細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。以NLRP3炎性體(也稱為 NALP3或cryopyrin)為例，該“平臺(tái)”包括由熱蛋白結(jié)構(gòu)域(pyrin domain，PYD)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding and oligomerization domain，NOD/NACHT)、富含亮氨酸重復(fù)(leucine-rich repeat，LRR)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成的 NLRP3蛋白和由PYD、胱天蛋白酶募集域(caspase recruitment domain，CARD)構(gòu)成的酸溶性膠原蛋白(ASC)以及caspase-1蛋白，激活后可使其成分中的caspase-1蛋白活化。目前已發(fā)現(xiàn)的炎性體蛋白主要包括NLRP1、NLRP3、ICE蛋白酶激活因子(ICE protease-activating factor，IPAF)和黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2，AIM2)炎性體［3］。其中，NLRP3 炎性體與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展關(guān)系密切。

2 NLRP3炎性體的激活途徑

對(duì)NLRP3炎性體激活機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍存在較廣泛的分歧，目前認(rèn)為主要通過(guò)3個(gè)途徑:第一，細(xì)胞外的ATP等刺激ATP門控的 P2X7離子通道［4］，介導(dǎo)鉀離子外流，募集pannexin-1半通道在胞膜上逐漸結(jié)合，從而讓胞外的NLRP3激動(dòng)劑通過(guò)pannexin-1膜孔流入胞漿并直接激動(dòng)NLRP3蛋白［5］;第二，晶體或顆粒物質(zhì)如動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的膽固醇結(jié)晶、導(dǎo)致痛風(fēng)的尿酸鈉(monosodium urate，MSU)［6］、導(dǎo)致假性痛風(fēng)的焦磷酸鈣二水化合物(calcium pyrophosphate dehydrate，CPPD)［6］、導(dǎo)致硅肺的二氧化硅(silica)［7］和導(dǎo)致阿爾茨海默癥的纖維乙型淀粉樣蛋白(fibrillar amyloid-β peptide)［8］等被細(xì)胞吞噬后可導(dǎo)致吞噬溶酶體破裂，NLRP3炎性體感知溶酶體釋放的內(nèi)容物從而被激活，其中溶酶體組織蛋白酶B對(duì)該途徑有促進(jìn)作用［8-9］;第三，所有的NLRP3激動(dòng)劑，如危險(xiǎn)相關(guān)分子模式(danger-associated molecular patterns，DAMPs)和病原相關(guān)的分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)包括 ATP、顆?；蚓w物質(zhì)，可觸發(fā)活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生，從而通過(guò)ROS依賴途徑促進(jìn)NLRP3炎性體的激活，激活后的炎性體成分中的 caspase-1蛋白被活化，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子如 IL-1β、IL-18 等的激活［3］。

3 膽固醇結(jié)晶與NLRP3炎性體激活

膽固醇結(jié)晶通常被認(rèn)為出現(xiàn)在動(dòng)脈粥樣硬化的晚期。給予動(dòng)脈粥樣硬化易感的Apo-E基因敲除小鼠高膽固醇飲食，光鏡下行HE染色第8周才可觀察到動(dòng)脈內(nèi)膜和壞死核心內(nèi)出現(xiàn)膽固醇結(jié)晶，但相同標(biāo)本用激光反射和熒光共聚焦顯微鏡在第2周即可發(fā)現(xiàn)膽固醇結(jié)晶物質(zhì)和免疫炎癥細(xì)胞［2］。

膽固醇結(jié)晶與LPS激動(dòng)的人外周血單核細(xì)胞(PBMCs)共培養(yǎng)，使用ELISA和免疫印跡技術(shù)均可發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組IL-1β的產(chǎn)生與對(duì)照組存在顯著差異，使用caspase-1蛋白抑制劑zYVAD-fmk可抑制IL-1β的產(chǎn)生，提示其IL-1β激動(dòng)過(guò)程是通過(guò)caspase-1蛋白介導(dǎo)的。若使用NLRP3炎性體組分中的NLRP3和ASC基因敲除小鼠巨噬細(xì)胞，IL-1β的產(chǎn)生同樣受到顯著抑制，提示其IL-1β活化依賴于炎性體的參與。此外，炎性體的激活需要吞噬溶酶體的參與［2］。

4 NLRP3炎性體激活與動(dòng)脈粥樣硬化

NLRP3炎性體激活后，可產(chǎn)生IL-1β等細(xì)胞因子，而后者具有促動(dòng)脈粥樣硬化活性。IL-1在動(dòng)脈粥樣硬化始動(dòng)環(huán)節(jié)中起重要作用。IL-1基因家族主要編碼IL-1β、IL-1α和IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)3種蛋白，其中IL-1Ra是一種內(nèi)源性IL-1受體拮抗劑，競(jìng)爭(zhēng)性抑制IL-1β和IL-1α與IL-1Ⅰ型受體的結(jié)合。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，IL-1Ra注射［10］及IL-1β基因敲除［11］對(duì)Apo-E基因敲除動(dòng)脈粥樣硬化易感小鼠具有保護(hù)作用;相反，IL-1Ra基因敲除具有促進(jìn)動(dòng)脈粥樣斑塊形成的作用［12-13］。人體試驗(yàn)中亦發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中比正常冠狀動(dòng)脈中的IL-1β水平高［14］，阻斷IL-1的藥物阿那白滯素(anakinra)有改善類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備的作用［15］。

對(duì)LDLR基因敲除的動(dòng)脈粥樣硬化易感小鼠進(jìn)行致命照射后進(jìn)行骨髓移植，分別移植NLRP3、ASC和IL-1α/β基因敲除小鼠的骨髓，再給予富含膽固醇飲食，可觀察到骨髓移植組小鼠主動(dòng)脈內(nèi)平均動(dòng)脈粥樣硬化病變面積較對(duì)照組減少69%，并且移植組血清中IL-18和IL-1水平顯著低于對(duì)照組［2］?，F(xiàn)已證實(shí)Apo-E基因敲除小鼠同樣對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化易感［16］，但 Apo-E 基因敲除小鼠與 NLRP3、ASC 和caspase-1基因敲除小鼠雜交，卻未發(fā)現(xiàn)雜交對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的保護(hù)作用［17］。

導(dǎo)致這一差異的可能原因是實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪x取和實(shí)驗(yàn)方法的差異。相同高膽固醇飲食情況下，Apo-E基因敲除所致動(dòng)脈粥樣硬化病變一般比LDLR基因敲除模型更嚴(yán)重，因此LDLR基因敲除促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的作用更容易被忽略;此外，骨髓移植在方法學(xué)上可能劣于雜交，因其只能評(píng)估被移植細(xì)胞的作用，不能排除未被移植細(xì)胞中IL-1的產(chǎn)生;而且，在Apo-E基因敲除小鼠中，IL-1α比IL-1β在促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展中作用更大，而IL-1α的產(chǎn)生可不依賴于NLRP3炎性體的激活，表明Apo-E缺乏和LDLR缺乏在致動(dòng)脈粥樣硬化機(jī)制上并不全相同［17-18］。

5 NLRP3炎性體的激活與其他冠心病相關(guān)疾病

前瞻性研究表明，男性痛風(fēng)患者的全因死亡率較非痛風(fēng)患者高，既往無(wú)冠心病的患者死亡率增高的原因主要以心血管疾病特別是冠心病為主［19］。痛風(fēng)患者的MSU被認(rèn)為是經(jīng)典的危險(xiǎn)相關(guān)信號(hào)，可激活NLRP3炎性體［6］。因此推測(cè)NLRP3炎性體的激活可能是心血管事件增加的原因之一。

肥胖和胰島素抵抗被認(rèn)為是冠心病危險(xiǎn)因素。試驗(yàn)表明，肥胖的2型糖尿病患者通過(guò)限制能量攝入和運(yùn)動(dòng)減肥，可使脂肪組織中的NLRP3炎性體的表達(dá)減少、慢性炎癥反應(yīng)減輕、胰島素的敏感性改善。進(jìn)一步研究證實(shí)，細(xì)胞內(nèi)脂毒性相關(guān)的神經(jīng)酰胺的增多激活了NLRP3炎性體從而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞和脂肪組織中caspase-1的激活。該研究首次在人體證實(shí)了炎性體可感知肥胖相關(guān)危險(xiǎn)信號(hào)(obesity-associated danger signals)而引起慢性炎癥和胰島素抵抗［20］。

6 IL-1β單克隆抗體在治療動(dòng)脈粥樣硬化中的前景

炎性體激活后最終主要通過(guò)IL-1β的激活而發(fā)揮致動(dòng)脈粥樣硬化作用。Canakinumab是一種選擇性作用于IL-1β的人單克隆抗體，已用于治療 IL-1β相關(guān)的炎性疾病如穆-韋 綜 合 征 (Muckle-Wells syndrome)［21］。 已 經(jīng) 開 始 的CANTOS研究選取了17200例心肌梗死后患者，每3個(gè)月給予皮下注射不同劑量Canakinumab，預(yù)計(jì)觀察4年內(nèi)主要終點(diǎn)事件的發(fā)生率，如果能獲得陽(yáng)性結(jié)果，將進(jìn)一步證實(shí)動(dòng)脈粥樣硬化的炎性假說(shuō)并為冠心病二級(jí)預(yù)防提供另一有效的治療措施［22］。

7 小結(jié)與展望

炎性體與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系尚存在一定爭(zhēng)議，需要更多研究支持二者的關(guān)系。我們很感興趣看到Apo-E基因敲除小鼠進(jìn)行NLRP3炎性體缺乏小鼠的骨髓移植或LDLR基因敲除小鼠進(jìn)行NLRP3炎性體缺乏小鼠雜交的類似試驗(yàn)結(jié)果。可以預(yù)計(jì)，在體內(nèi)水平及人體中研究不同疾病狀態(tài)和干預(yù)下NLRP3表達(dá)將可能成為研究熱點(diǎn)［23］。這些研究可能為動(dòng)脈粥樣硬化新的藥物治療提供理論依據(jù)。

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