單鈉尿酸鹽晶體介導炎性反應機制的研究進展

易婷婷 綜述，蔣興亮審校（川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院檢驗科，四川南充 637000）

早在一個世紀以前，加洛德醫(yī)師指出尿酸鹽的沉積是導致痛風的原因而不是結果，而Hollander等在痛風患者的關節(jié)滑液中檢出單鈉尿酸鹽（MSU）晶體，進一步證實了MSU晶體是引起痛風的原因之一［1］。因此，MSU晶體的致炎機制受到了風濕和免疫學家的廣泛關注。固有免疫系統(tǒng)在感染和損傷所介導的炎性反應中占主導作用，并且能快速啟動宿主防御反應，趨化獲得性免疫相關細胞移動至炎癥部位而引起免疫應答。研究發(fā)現(xiàn)，MSU晶體可作為一種危險相關模式分子（DAMPs），通過與病原相關模式分子（PAMPs）相似的方式激活固有免疫系統(tǒng)，誘導宿主產(chǎn)生炎性反應［2－4］。近年來，MSU晶體作為強烈的炎癥刺激物介導炎性反應的機制已得到了深入研究并取得了很大進展。因此，本文對MSU晶體介導炎性反應的相關機制研究進展進行簡要綜述。

1 MSU晶體的形成

正常情況下，人體的細胞中含有較高水平的尿酸，當局部細胞受到損傷或發(fā)生死亡時，隨著核酸分子的釋放和嘌呤代謝的加強，體內(nèi)局部尿酸水平升高并達到飽和狀態(tài)，最終導致MSU晶體的析出。MSU晶體沉積是痛風性關節(jié)炎發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，但目前對于MSU晶體沉積的機制尚不完全清楚。MSU晶體的沉積可能與體內(nèi)尿酸濃度、溫度、pH值、離子強度、糖蛋白分子結構改變、創(chuàng)傷刺激、體內(nèi)激素水平等有關。已有研究表明，MSU晶體沉積還與部分血漿蛋白有密切關系［5－6］。Kam等［5］首次報道血清IgG類抗體參與了 MSU 晶體的沉積。Kanevets等［6］的小鼠模型研究也發(fā)現(xiàn)，IgM類抗體促進可溶性尿酸在磷酸鹽緩沖液中沉積和結晶。因此，除其他理化因素外，MSU晶體與抗體等血漿蛋白的結合不僅影響晶體的形成，而且對晶體生物學功能的發(fā)揮產(chǎn)生重要作用。

2 MSU晶體的致炎機制

2．1 白細胞介素1（IL－1）介導的炎性反應 人體通過識別PAMPs或DAMPs啟動固有免疫反應，而識別這些分子模式的受體稱之為模式識別受體（PRRs）。PRRs主要包括Toll樣受體（TLRs）和NOD樣受體（NLRs）。不同種類的PRRs能夠識別不同的PAMPs或DAMPs，其中NLRs除了能識別PAMPs外，還能識別胞內(nèi)損傷危險信號［2］。目前已有研究證實，細胞或組織損傷所釋放的MSU晶體可作為一種內(nèi)源性危險信號，被巨噬細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞等固有免疫細胞所表達的PRRs所識別。固有免疫細胞識別MSU晶體后，經(jīng)胞內(nèi)一系列的信號轉(zhuǎn)導，促進大量炎性細胞因子的產(chǎn)生，最終導致痛風患者出現(xiàn)強烈的炎性反應［7］。

MSU晶體誘導炎性反應的過程也可誘導IL－1的產(chǎn)生［8－11］?；钚誀顟B(tài)的IL－1有IL－1α和IL－1β兩種形式，二者具有共同的受體，即IL－1受體1（IL－1R1）［8］。Chen等［10］在嵌合體小鼠中的研究證明，在正常野生型小鼠接受IL－1R1－／－或MyD88－／－小鼠的骨髓后，MSU導致的炎性反應沒有明顯改變；但IL－1R1－／－或 MyD88－／－小鼠接受正常小鼠的骨髓后，其炎性反應卻明顯減弱。由此可見，IL－1R1和MyD88信號轉(zhuǎn)導通路是MSU晶體誘導炎性反應所必需的，且非造血細胞（如內(nèi)皮細胞）可能是介導白細胞介素產(chǎn)生和炎性反應發(fā)生的必要成員。在MSU介導的無菌性炎性反應中，IL－1β發(fā)揮了主要作用。IL－1基因被激活后編碼的是含N端前體序列的無活性前體分子。在含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（Caspase－1）的酶切作用下，IL－1前體分子切掉N端前體序列生成具有生物活性的IL－1β?；罨腎L－1β通過激活IL－1R，增加趨化因子和其他炎癥因子的表達，進而誘導中性粒細胞浸潤至MSU沉積部位，并最終導致痛風炎性反應的產(chǎn)生和進展［3，11］。而關于MSU晶體介導IL－1β產(chǎn)生的主要信號通路包括Nod樣受體家族包含pyrin結構域蛋白3（NLRP3）炎性體依賴的信號通路、TLRs依賴的信號通路、組織蛋白酶C依賴的信號通路等。

2．1．1 NLRP3炎性體依賴的信號通路 NLRP3炎性體是迄今為止結構和功能最為明確的炎性體，主要由NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）、Caspase－1組成，能識別多種病原體和胞內(nèi)危險信號。Martinon等［3］的體外研究發(fā)現(xiàn)，MSU晶體可激活NLRP3炎性體，并導致巨噬細胞大量活化，促進IL－1β的分泌；但在同樣的刺激條件下，從Caspase－1、ASC或NLRP3基因敲除小鼠中分離的巨噬細胞卻喪失了分泌IL－1β的能力；將MSU晶體注射到這些基因敲除小鼠體內(nèi)，則可導致其炎癥部位的中性粒細胞浸潤也明顯減少。這一研究充分說明NLRP3炎性體信號通路在識別MSU晶體和觸發(fā)炎性反應過程中有重要作用，但胞內(nèi)NLRP3炎性體是如何感知胞外MSU晶體刺激的呢？研究發(fā)現(xiàn)，在體外用細胞松弛素或秋水仙堿抑制巨噬細胞的吞噬作用可阻礙NLRP3的激活［12］。這說明巨噬細胞吞噬MSU晶體是誘導炎性反應的第一步，也在一定程度上解釋了秋水仙素治療急性痛風的原理。隨著研究的深入，MSU晶體通過激活NLRP3炎性體的致炎過程逐漸明確：巨噬細胞識別并吞噬MSU晶體，MSU晶體激活NLRP3炎性體；NLRP3炎性體通過其熱蛋白結構域（PYD）與銜接蛋白ASC結合，ASC通過Caspase招募結構域（CARD）與Caspase－1結合并使之活化，被活化的Caspase－1此時并不參與細胞的程序性凋亡，而是作為一種蛋白酶，剪切IL－1前體分子形成IL－1β，IL－1β再與IL－1R結合，招募中性粒細胞等炎性細胞聚集至炎癥部位，產(chǎn)生大量的趨化因子和炎癥細胞因子，引起炎癥級聯(lián)反應和組織損傷［3，12］。

NLRP3炎性體的激活是MSU晶體致炎過程的關鍵環(huán)節(jié)，MSU晶體激活NLRP3炎性體的機制在近年來也得到進一步的研究?；钚匝酰≧OS）的產(chǎn)生、溶酶體膜通透性的改變導致組織蛋白酶B的釋放、細胞內(nèi)鉀離子外流成為炎性體激活的3種主要模式。（1）巨噬細胞攝入刺激性顆粒（如硅、石棉、MSU晶體），引起吞噬體內(nèi)的NADPH氧化酶產(chǎn)生ROS，通過ROS激活NLRP3炎性體。上述刺激性顆粒的拮抗劑能明顯抑制NLRP3炎性體的激活，進一步證實了這一結論的可靠性［13］。此外，Zhou等［14］的研究也發(fā)現(xiàn)，被細胞吞噬的刺激物能刺激線粒體合成ROS增加，而ROS可能通過改變胞內(nèi)氧化還原勢能而最終激活NLRP3炎性體。（2）巨噬細胞吞噬MSU晶體等刺激顆粒后，其吞噬體隨即發(fā)生酸化，并導致酸依賴性蛋白酶激活和大量組織蛋白酶B釋放，釋放的組織蛋白酶B能激活NLRP3炎性體。也有研究發(fā)現(xiàn)，含有刺激物的吞噬體，其內(nèi)容物可釋放進入胞質(zhì)中，而吞噬體的內(nèi)容物也能有效激活NLRP3炎性體［12］。（3）MSU晶體可能使吞噬細胞胞內(nèi)的ATP釋放到胞外，胞外的ATP與細胞膜上P2X7嘌呤受體結合并活化P2X7受體，誘導鉀離子選擇性通道快速開放，引起胞內(nèi)鉀離子大量外流，通過鉀離子濃度的改變激活NLRP3炎性體［15］。

體外細胞培養(yǎng)實驗證實，IL－1β的產(chǎn)生完全依賴于炎性體，缺少炎性體的巨噬細胞在受到MSU晶體或者其他類似物質(zhì)的刺激時，不能分泌成熟的IL－1β；但在遺傳性缺失炎性體的動物體內(nèi)，IL－1β介導的炎性反應僅有一定程度的降低而已［16］。這表明在動物體內(nèi)尚存在其他機制參與白細胞介素前體的剪切和炎性反應的發(fā)生。

2．1．2 TLRs介導的炎性通路 TLRs是細胞膜上的一種PRRs，其主要作用是識別各種PAMPs，也是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分和機體抵抗感染性疾病的第一道屏障。MSU晶體可作為一種內(nèi)源性“危險信號”直接被TLRs識別，或者與某些細胞表面蛋白相結合而激活TLRs。Liu－Bryan等［17］研究發(fā)現(xiàn)，在MSU晶體導致的炎性反應動物模型中，TLR2、TLR4或MyD88基因敲除小鼠的炎性細胞因子，如IL－1β、腫瘤壞死因子α（TNF－α）和轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF－β）表達降低。Scott等［18］的研究表明，MSU能與巨噬細胞表面的CD14結合，通過激活P38蛋白而增強巨噬細胞IL－1β和CXCL1的表達；而CD14基因敲除的小鼠中，MSU晶體介導巨噬細胞分泌IL－1β的能力明顯下降，并且在相同小鼠的氣囊模型中，其白細胞浸潤能力也顯著降低。但是，也有研究對MSU晶體激活TLRs信號通路提出了質(zhì)疑。Chen等［10］將MSU晶體注入TLRs基因敲除的小鼠和正常野生型小鼠腹腔中，結果發(fā)現(xiàn)，TLRs缺陷小鼠體內(nèi)的中性粒細胞在炎性反應部位的聚集并未受到抑制，同時還可檢出核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF－κB）水平的升高，提示TLRs并非MSU晶體介導炎性反應所必需的，可能TLRs并未直接與MSU晶體結合，而是通過另外一些未知細胞受體參與了MyD88依賴的IL－1β分泌。不同研究得到的結論截然不同，可能是由于上述兩種模型所涉及的反應細胞不同和局部環(huán)境因素不同。盡管MSU晶體是否激活TLRs以及激活TLRs的方式還存在爭議，但MyD88依賴的信號通路是MSU介導炎性反應過程中所必不可少的。Chen等［10］的研究同時證實，在MyD88缺陷小鼠體內(nèi)，IL－1β表達水平減少了92%，但在TIRAP／Mal、TRIF和 TRAM 缺陷小鼠體內(nèi)，IL－1β的分泌量無明顯減少。因此，MSU作為損傷細胞釋放的危險信號，可通過直接激活或在某些細胞表面蛋白（如CD14）的協(xié)同下激活TLRs，活化的TLRs則通過MyD88依賴的信號通路傳遞信號，激活 NF－κB和活化蛋白1（AP－1），促進炎性細胞因子、趨化因子、黏附分子的基因轉(zhuǎn)錄，最終引起IL－1β等炎癥因子的釋放。

2．1．3 組織蛋白酶C依賴的信號通路 在體外，除了Caspase－1，還有其他蛋白酶可使IL－1轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩锘钚缘腎L－1β，如嗜中性粒細胞絲氨酸蛋白酶（包括彈性蛋白酶、組織蛋白酶、蛋白酶3）、肥大細胞糜蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶。上述蛋白酶絕大多數(shù)是絲氨酸蛋白酶，主要以無活性的酶原形式存在，需要被進一步激活后才能轉(zhuǎn)變至有活性的功能狀態(tài)。而組織蛋白酶C正是這些酶原的激活物。研究發(fā)現(xiàn)，將膠原抗體或免疫復合物注入缺乏組織蛋白酶C的小鼠體內(nèi)后，只能誘導產(chǎn)生少量的IL－1β和促發(fā)微弱的炎性反應，而注入重組IL－1β則可恢復正常的炎性反應；此外，在一些刺激性顆粒的作用下，缺乏組織蛋白酶C和Caspase－1的小鼠均表現(xiàn)出嚴重的IL－1β產(chǎn)生缺陷［19］。也有研究證明，炎性關節(jié)炎和 MSU介導的炎性反應模型中，上述絲氨酸蛋白酶的化學抑制劑可以抑制IL－1β的產(chǎn)生［20］。由此可見，組織蛋白酶 C在IL－1β的產(chǎn)生過程中起著重要作用，其過程可能是：在MSU晶體的刺激下，組織蛋白酶C激活多種絲氨酸蛋白酶，活化的絲氨酸蛋白酶剪切IL－1形成具有生物活性的IL－1β，最終促進炎性反應。

2．2 其他細胞因子介導的炎性反應 除了IL－1β，其他一些炎性細胞因子和趨化因子也參與了MSU晶體介導的炎性反應。研究發(fā)現(xiàn)，痛風患者關節(jié)滑液中可以檢出高水平的TNF－α和IL－6，且MSU晶體可在體外誘導未分化的單核細胞分泌TNF－α和IL－6［21］。大量炎癥介質(zhì)的釋放導致炎性細胞趨化聚集、毛細血管通透性增高、淋巴細胞浸潤等。盡管TNF－α在炎性反應部位確實大量存在，但通過干預TNF－α相關信號轉(zhuǎn)導治療痛風性關節(jié)炎卻沒有取得明顯的療效。IL－6具有促進和放大炎性反應的作用，但IL－6在痛風性炎性反應中的角色還不清楚。趨化因子在痛風炎性反應中也發(fā)揮重要作用。IL－8結合受體CXCR2趨化并激活中性粒細胞，促進中性粒細胞的溶酶體酶活性和吞噬作用，導致機體局部炎性反應。將MSU晶體注入小鼠的皮下氣囊導致小鼠可誘導產(chǎn)生中性粒細胞趨化為主的炎性反應，但該炎性反應對趨化因子配體CXCR2具有一定的依賴性。在CXCR2基因敲除小鼠體內(nèi)無法誘導產(chǎn)生中性粒細胞炎性反應即可證實這一結論［22］。

2．3 MSU晶體激活補體經(jīng)典途徑及替代途徑致炎 MSU晶體也可通過激活補體經(jīng)典及替代途徑引起炎性反應。研究發(fā)現(xiàn)MSU晶體表面結合的多肽類物質(zhì)以C1q居多，也含有少量C1r和C1s［23］。MSU晶體通過與C1q結合，活化補體經(jīng)典途徑而引發(fā)炎性反應。另外，MSU晶體也能與C5及C5a結合，從而促進C5b－C9膜攻擊復合物的形成，促進中性粒細胞的聚集引起炎性反應。Hasselbacher等［24］發(fā)現(xiàn)，MSU還可以活化C3，而且還發(fā)現(xiàn)痛風患者的尿酸結晶中也含有補體C3；在缺乏C2的人血清中，MSU可引起B(yǎng)因子及C3的裂解，從而進一步證實了MSU可引起補體替代途徑的激活。Tramontini等［23］的研究發(fā)現(xiàn)，C6缺乏可導致IL－18的生成明顯減少，中性粒細胞趨化作用明顯減弱，炎性反應也明顯減輕。這些結果均表明補體在MSU介導的炎性反應中起重要作用。

2．4 MSU晶體激活樹突狀細胞（DCs）介導炎性反應 DCs是人體內(nèi)功能最強的專職抗原遞呈細胞（APC）。DCs作為信使，可將抗原信息傳遞至T細胞，并具有活化T細胞的功能，極少量DCs就可以激發(fā)強大的T細胞反應。研究表明，MSU晶體可作為內(nèi)源性危險信號激活DCs，也可發(fā)揮免疫佐劑的作用增強免疫應答反應［25］。DCs在正常情況下低水平表達共刺激分子。然而，當細胞感染或損傷時，DCs能從非淋巴組織進入次級淋巴組織并逐漸成熟，同時上調(diào)組織相容性復合物（MHC）和共刺激分子（如CD40、CD80、CD86等）的表達，從而能有效地將抗原遞呈至初始型T細胞，并使之活化，發(fā)揮其調(diào)節(jié)免疫應答的作用。研究證明，將損傷細胞和抗原同時注入實驗動物體內(nèi)，T細胞和B細胞反應均被激活，而MSU結晶則是從損傷細胞中分離出的免疫促進因子之一［25］。其機制可能是：MSU結晶直接與DCs表面的脂質(zhì)雙分子層結合，改變脂質(zhì)的排列，進而引起細胞內(nèi)具有有絡氨酸激酶活性的受體（ITAMs）聚集，募集絡氨酸激酶（SyK），激活磷脂酰肌醇3－激酶（PI3K），引起DCs的活化，而活化的DCs最終通過刺激T、B細胞而促進炎性反應［25］。

3 小 結

綜上所述，大量研究闡明了MSU晶體介導炎性反應的機制和相關信號通路，其中既包括備受關注的NLRP3炎性體依賴的信號通路，也有非NLRP3炎性體依賴的獨立信號通路。這些信號通路之間可能相互聯(lián)系、相互影響，形成了非常復雜的炎性網(wǎng)絡系統(tǒng)。通過深入研究該炎性網(wǎng)絡系統(tǒng)，有助于為痛風和其他炎性疾病提供新的治療靶點，為新藥的研制和探索新的治療方法提供更加有力的理論根據(jù)?？刂蒲蛩帷⒏深A炎性反應過程將成為治療炎性反應疾病的新方向。

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