NLRP3與自身免疫性疾病的相關(guān)性研究進展

彭尚文綜述，程 勇審校

（武漢大學(xué)口腔醫(yī)院放射科，湖北武漢430072）

NLRP3與自身免疫性疾病的相關(guān)性研究進展

彭尚文綜述，程 勇審校

（武漢大學(xué)口腔醫(yī)院放射科，湖北武漢430072）

自身免疫疾??； 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶； 環(huán)層小體； 炎癥； NLRP3； 綜述

自身免疫性疾?。╝utoimmune disease，AID）指機體的免疫系統(tǒng)對自身成分的免疫耐受被打破，從而攻擊自身的器官、組織或細胞，引起損傷所誘發(fā)的疾病。根據(jù)損傷的情況，其可分為系統(tǒng)性AID和器官特異性AID。前者主要是指彌散性結(jié)締組織病，包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）、干燥綜合征（sjogren′s syndrome，SS）、系統(tǒng)性硬化癥（systemic sclerosis，SSc）、多肌炎/皮肌炎等；后者可涉及各種組織或器官的特異性損傷，如多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）、自身免疫性肝病、1型糖尿病、自身免疫性甲狀腺疾病、自身免疫性胰腺炎、炎癥性腸病等。絕大多數(shù)AID的病因和發(fā)病機制尚不清楚，但隨著組學(xué)技術(shù)（如基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等）的發(fā)展，學(xué)者們利用基因表達譜發(fā)現(xiàn)了很多在AID發(fā)病中起關(guān)鍵作用的信號通路，如干擾素相關(guān)信號通路和白介素相關(guān)信號通路等[1]。最近研究表明，Nod樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白 3（nucleotide binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain containing 3，NLRP3）炎癥小體在AID的發(fā)生、發(fā)展過程中伴隨有相應(yīng)的變化，隨之引起下游產(chǎn)物IL-1β或IL-18等的變化，提示NLRP3可能在AID中扮演重要角色[2]。

1 NLRP3 炎癥小體簡介

NLRP3又被稱為NALP3或ctyophrin，是屬于核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體（NLR nucleotide bindingand oligomerization domain-like receptor，NLP）家族的模式識別受體[3]。其主體由核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域 NACHT（中央的核苷酸結(jié)合寡聚化區(qū)域）構(gòu)成，C-末端是富含亮氨酸的重復(fù)序列（LRR），而N-端包括熱蛋白結(jié)構(gòu)域（pyrindomain，PYD）和半胱冬肽酶募集結(jié)構(gòu)域（caspase recruitment domain，CARD）[4]。當(dāng)模式識別受體（patternrecognition receptors，PRRs）識別病原體上的病原相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular patten，PAMP）時啟動免疫應(yīng)答，NLRP3通過凋亡點狀蛋白（apoptoosis associated speck like protein containing a CARD，ASC）招募半胱氨酸酶前體-1（pro-caspase-1），活化caspase-1，從而形成NLRP3炎癥小體[5]。caspase-1進一步將pro-IL-1β和pro-IL-18裂解為成熟的IL-1β和IL-18參與調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[6-11]。

2 NLRP3的激活途徑

多種內(nèi)源性或外源性的因素最終都可以導(dǎo)致NLRP3的激活，目前已經(jīng)明確報道的因素有：細菌、高血糖、透明質(zhì)酸、尿酸、谷氨酸鈉尿酸鹽晶體、RNA病毒等[7，9，12]。關(guān)于NLRP3激活的具體途徑主要有以下3種猜想[2，4]。

2.1 溶酶體破裂介導(dǎo)激活 晶體、無菌顆粒等物質(zhì)經(jīng)由內(nèi)吞作用進入胞內(nèi)，破壞溶酶體膜，從而激活溶酶體蛋白酶，進一步激活caspase-1形成NLRP3炎癥小體[13]。有實驗者用二氧化硅等顆粒處理預(yù)先用細胞松弛素D處理過的人外周血單核細胞，可以檢測到IL-1β釋放。這些大分子經(jīng)內(nèi)吞作用后，導(dǎo)致溶酶體酸化滲漏，溶酶體內(nèi)容物，如組織蛋白酶泄露到細胞質(zhì)中將直接導(dǎo)致NLRP3的激活。使用組織蛋白酶B抑制劑處理的小鼠在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）刺激下，NLRP3的活化受到抑制[2]，提示組織蛋白酶激活NLRP3炎癥小體的作用。

2.2 腺苷三磷酸（ATP）介導(dǎo)的激活途徑 在單核細胞和巨噬細胞中，ATP門控離子通道嘌呤7（P2X7）被ATP活化后會大幅度促進Toll4受體的產(chǎn)物——IL-1β的生成。在巨噬細胞中，ATP和LPS的刺激是產(chǎn)生IL-1β的必要因素，ATP流到胞外后，P2X7即受到連接蛋白和泛連接蛋白半通道、離子通道及溶酶體胞外分泌等的作用而活化[9]，從而引起下游NLRP3炎癥小體的活化[14-15]。

但有研究者認為，這一途徑應(yīng)該被稱作離子外流介導(dǎo)的途徑[4，12]。他們認為甲型流感病毒（influenza Avirus，IAV）能激活NLRP3是因為氫離子經(jīng)M2離子通道進入胞外，從而激活NLRP3炎癥小體，而不是經(jīng)由P2X7[12]。也有研究者通過體外實驗得到結(jié)論：當(dāng)細胞內(nèi)鉀離子濃度低于 90 mmol/L時，NLRP3炎癥小體組裝及caspase-1的募集可以自發(fā)產(chǎn)生，不依賴ATP或P2X7受體[4]。關(guān)于炎癥小體如何通過本途徑激活仍然沒有定論。

2.3 活性氧（reactive oxygen specie，ROS）介導(dǎo)的激活途徑 ROS是線粒體呼吸不可避免的產(chǎn)物，它會降低細胞質(zhì)中氧氣的含量來形成超氧陰離子。高濃度的ROS對細胞有損傷，因此，機體有數(shù)種以ROS介導(dǎo)的損傷機制，如超氧化物歧化酶和過氧化氫酶。

研究發(fā)現(xiàn)，ROS同離子外流一樣也是病毒介導(dǎo)NLRP3活化的重要組成部分。用活性氧清除劑如N-乙酰-L-半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）或APDC處理病毒感染的細胞或小鼠會抑制甲型流感病毒介導(dǎo)的NLRP3活化，提示ROS對激活NLRP3有重要作用。而所有NLRP3激活因素都能誘導(dǎo)巨噬細胞中ROS的產(chǎn)生。有報道稱，所有能激活炎癥小體的因素都能被活性氧清除劑所抑制，提示ROS是NLRP3炎癥小體活化的必要因素[12]。

目前，關(guān)于ROS如何激活NLRP3的機制尚不明確。有學(xué)者提出可能與一種能夠與硫氧化蛋白相互作用的蛋白（thiore-doxin-interacting protein，TXNIP）有關(guān)。在體外實驗中，TXNIP缺乏的巨噬細胞在尿素鈉晶體、硅顆粒及ATP的刺激下使NLRP3炎癥小體的激活水平明顯減少。在動物實驗中，去除動物體內(nèi)TXNIP，中性粒細胞在刺激物刺激下使NLRP3活化水平同樣減少。而也有學(xué)者通過尿素鈉晶體及ATP刺激野生型及TXNIP缺陷型小鼠，發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體的活化水平并無明顯差異[4]。目前有關(guān)TXNIP及ROS激活NLRP3的作用尚未達成共識。

3 NLRP3炎癥小體與AID的關(guān)系

最新研究表明，NLRP3炎癥小體及其下游產(chǎn)物IL-1β和IL-18的變化與多種AID的發(fā)生和發(fā)展有一定關(guān)系。

3.1 NLRP3炎癥小體與1型糖尿病 1型糖尿病是一種典型的器官特異性AID，是以對B細胞自身抗原的自身免疫為特點的AID[16]。最近有文獻報道，1型糖尿病最初的機制是固有免疫的受體，如Toll樣受體感知了凋亡B細胞釋放的死亡相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）[16]。說明固有免疫在1型糖尿病的發(fā)生和發(fā)展過程中起重要作用。

根據(jù) NLRP3的分子機制，NLRP3與 PAMP或DAMP接觸后自身寡聚化，其上游變化還沒有完全弄清楚，只是確定與溶酶體和線粒體的變化有關(guān)。NLRP3寡聚化后與名為CARD的銜接蛋白連接，將pro-caspase-1裂解為成熟的caspase-1，后者又刺激IL-1β的成熟，增加IL-1β的表達[16]。

然而有研究顯示，在1型糖尿病模型小鼠中，pro-IL-1β或NLRP3的mRNA表達與小鼠的體質(zhì)量呈正相關(guān)[16]。隨后，其他的研究也證實，格列本脲和二甲雙胍等藥物有潛在抑制NLRP3介導(dǎo)的炎癥活性的作用，而二者通常都是用于糖尿病的治療。提示NLRP3炎癥小體與1型糖尿病模型的關(guān)系。

3.2 NLRP3炎癥小體與MS 實驗性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）是MS的動物模型，是由髓磷脂特異性自體反應(yīng)Th細胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病。Th細胞產(chǎn)生后向中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）遷移，通過血腦屏障后浸潤CNS并介導(dǎo)炎癥免疫應(yīng)答，最終導(dǎo)致脫髓鞘和神經(jīng)退行性病變[17]?？乖蔬f細胞（包括樹突狀細胞和巨噬細胞）參與了EAE的進程[17-18]。

Inoue等[17]認為，抗原呈遞細胞中的NLRP3炎癥小體通過增強CNS中招募的趨化因子介導(dǎo)的免疫細胞的作用導(dǎo)致EAE的發(fā)展。

目前NLRP3誘導(dǎo)EAE和MS產(chǎn)生的機制還不清楚。有報道稱，缺乏表達NLRP3或ASC基因的小鼠EAE病情發(fā)展受抑制[17]。提示NLRP3炎癥小體與EAE病情發(fā)展的關(guān)系。而在MS患者中，caspase-1、IL-1β和IL-18的表達較高，同樣提示MS的發(fā)病與NLRP3有關(guān)。

3.3 NLRP3炎癥小體與免疫性血小板減少癥（immune thrombocytopenia，ITP） ITP是一種免疫介導(dǎo)的以血小板減少為主要特征的AID。臨床表現(xiàn)以血小板數(shù)量減少和皮膚黏膜出血為主，嚴重時可引起內(nèi)臟出血甚至死亡。

ITP的發(fā)病機制目前尚不明確，自身抗體介導(dǎo)的血小板破壞增加或生成減少，即體液免疫異常被認為是經(jīng)典的ITP的發(fā)病機制。但是，體液免疫理論并不能完全解釋ITP的發(fā)病機制，因患者血漿中多種細胞因子的水平高于健康人，其中部分細胞因子的成熟與某些炎癥復(fù)合體相關(guān)。故推測ITP的發(fā)病可能與對應(yīng)炎癥復(fù)合體的活化有關(guān)。

有實驗者通過比較不同時期ITP患者及健康人的血漿發(fā)現(xiàn)，IL-1β及IL-18在ITP患者血漿中的含量顯著高于其在健康人血漿中的含量，而且在采取有效治療措施的患者中其含量下降，提示2種細胞因子信號途徑異?？赡茉贗TP發(fā)病及其演變中起重要作用[19]。繼續(xù)對其上游信號進行探索，通過流式細胞術(shù)檢測外周血單核細胞中caspase-1活性發(fā)現(xiàn)，ITP患者單核細胞caspase-1活性明顯高于健康對照組，治療緩解期患者caspase-1活性與健康人相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），提示在ITP體內(nèi)caspase-1活性異常增強[19]。通過Western blotting檢測發(fā)現(xiàn)，在人外周血單核細胞中存在NLRP3及Caspase-1蛋白的表達，但是表達量不同：ITP患者治療前，上述2種蛋白的表達量明顯高于健康人；而治療緩解患者上述2種蛋白的表達量較治療前明顯降低。實驗結(jié)果提示，ITP發(fā)病與NLRP3炎癥復(fù)合體的活化及下游IL-1β和IL-18的產(chǎn)生有關(guān)[19]。

3.4 NLRP3炎癥小體與RA RA是一種以關(guān)節(jié)滑膜炎癥為特點的慢性AID，以關(guān)節(jié)滑膜炎及對稱性、破壞性的關(guān)節(jié)病變?yōu)橹饕卣?，可以?dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨、骨和關(guān)節(jié)囊的破壞，并可最終造成關(guān)節(jié)殘毀畸形、功能喪失。RA的發(fā)病機制尚未完全清楚，但研究顯示其疾病過程涉及固有免疫及適應(yīng)性免疫，有多種細胞因子參與，特別是由單核巨噬細胞系統(tǒng)分泌的TNF和IL-1β可誘發(fā)和維持受累關(guān)節(jié)的炎癥。

有學(xué)者的實驗發(fā)現(xiàn)，在RA患者外周血單核細胞中，NLRP3炎癥小體活化后產(chǎn)物caspase-1和IL-1β、IL-18明顯升高[20-21]。在RA患者關(guān)節(jié)內(nèi)，IL-1β可以通過誘導(dǎo)產(chǎn)生金屬基質(zhì)蛋白酶和聚蛋白多糖酶等物質(zhì)使蛋白多糖迅速衰減而降解軟骨及刺激骨吸收并抑制骨與軟骨的修復(fù)，從而導(dǎo)致 RA患者骨與軟骨的破壞[20]。可見NLRP3炎性體的下游產(chǎn)物IL-1β在RA炎癥活動過程中扮演了重要的角色。

3.5 NLRP3炎癥小體與 SLE和狼瘡性腎炎（lupus nephritis，LN） SLE是一種不明病因的AID，其對不同的器官包括關(guān)節(jié)、皮膚、腎和循環(huán)系統(tǒng)都會造成影響[22]。而LN是非常常見的、可能致命的SLE的并發(fā)癥[23-24]。

Kahlenberg等[23]通過野生型小鼠和caspase-1陰性小鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，缺乏caspase-1的小鼠與野生型小鼠在腹腔注射磷酸鹽緩沖液姥鮫烷處理下，后者出現(xiàn)SLE的臨床表現(xiàn)和血管損傷，而前者不出現(xiàn)。從而證實NLRP3的重要組分caspase-1在SLE疾病發(fā)展過程中起到重要作用，并且它與血管的功能障礙有關(guān)，提示NLRP3炎癥小體的表達對SLE的影響[22]。

3.6 NLRP3炎癥小體與舍格倫綜合征（Primary Sjgren′s syndrome，pSS） 原發(fā)性pSS是一種以唾液腺和淚腺功能障礙和炎癥浸潤為特點的AID[25]，表現(xiàn)為眼干、口干。pSS的病因還不清楚，但是近來研究認為其與固有免疫和獲得性免疫相關(guān)。

Baldini等[26]比較了原發(fā)性pSS與正常人唾液、唾液腺樣本、外周血中單核細胞及基因的表達，結(jié)果顯示，pSS患者NLRP3的表達與其唾液腺炎癥的程度呈正相關(guān)；NLRP3活化相關(guān)通道蛋白受體P2X7R的表達也與炎癥程度呈正相關(guān)；且pSS患者中NLRP3、ASC和caspase-1等NLRP3炎癥小體的組成成分高于健康人。該實驗結(jié)果提示，NLRP3炎癥小體及其下游產(chǎn)物與pSS的發(fā)展相關(guān)。

4 結(jié) 語

目前，AID的發(fā)病原理大都還不清楚，但是已經(jīng)通過實驗證明，許多AID的發(fā)生和發(fā)展與NLRP3炎癥小體及其下游產(chǎn)物有關(guān)。因此，對NLRP3炎癥小體的研究或許在一定程度上能揭示AID病因的共同特點，從而使AID的治療方法得到新的發(fā)展。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.18.014

A

1009-5519（2015）18-2764-04

2015-04-13）

國家自然科學(xué)基金資助項目（30973331）；湖北省自然科學(xué)基金資助項目（2012FFA091）。

彭尚文（1992-），男，湖北武漢人，在讀碩士研究生，主要從事口腔頜面部放射影像學(xué)方向研究；E-mail：Aya@whu.edu.cn。

程勇（E-mail：chengyong_125@163.com）。