NLRP3炎癥小體調(diào)節(jié)創(chuàng)傷后炎癥反應(yīng)的作用

李冬冬，周敏杰，朱曉光，仲偉喜，封啟明

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)科，上海 200233)

·綜 述·

NLRP3炎癥小體調(diào)節(jié)創(chuàng)傷后炎癥反應(yīng)的作用

李冬冬，周敏杰，朱曉光，仲偉喜，封啟明

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)科，上海 200233)

創(chuàng)傷在造成機(jī)體原發(fā)損傷的同時(shí)，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生繼發(fā)性損傷。炎癥小體通過(guò)影響促炎細(xì)胞因子的裂解及其成熟、釋放來(lái)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。NLRP3炎癥小體能活化半胱氨酸天冬氨酸酶-1(Caspase-1)，并引起白細(xì)胞介素(IL-1β、IL-18)等促炎細(xì)胞因子的分泌，參與機(jī)體抵抗病原體的免疫應(yīng)答。本文就NLRP3炎癥小體在創(chuàng)傷誘發(fā)的炎癥反應(yīng)中的作用的研究進(jìn)展做一綜述。

NLRP3；炎癥小體；創(chuàng)傷

創(chuàng)傷是45歲以下人群的首要死因。WHO報(bào)告2000年創(chuàng)傷造成的死亡人數(shù)約500萬(wàn)，約占全球死亡總?cè)丝诘?%[1]。創(chuàng)傷誘發(fā)機(jī)體釋放多種炎癥介質(zhì)，引起炎癥反應(yīng)[2]。正常的炎癥反應(yīng)有利于組織修復(fù)，過(guò)度的炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致器官衰竭、組織損傷和全身灌注不足。過(guò)度的炎癥反應(yīng)通過(guò)釋放大量的活性氧、趨化因子和促炎因子(IL-6、IL-12、IL-18等)引起機(jī)體繼發(fā)性損傷[3]。

2002年，Martinon發(fā)現(xiàn)了能夠影響炎癥反應(yīng)狀態(tài)的蛋白復(fù)合體，并命名為炎癥小體[4]。炎癥小體由受體蛋白、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白ASC和效應(yīng)分子前半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶1(pro-caspase-1)三部分構(gòu)成。炎癥小體的受體蛋白包括NOD樣受體家族的NLRP1、NLRP3、IPAF及HIN-200家族的細(xì)胞質(zhì)DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子2(AIM2)。NLRP3炎癥小體是NOD樣受體家族中的一種炎癥小體，NLRP3炎癥小體是目前研究最熱的炎癥小體。

1 NLRP3炎癥小體的組成

NLRP3炎癥小體由NOD樣受體家族中的NLRP3受體蛋白、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白ASC和效應(yīng)分子前半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶1(pro-caspase-1)三部分構(gòu)成[5]。NLRs是位于細(xì)胞質(zhì)中的一種模式識(shí)別受體(PRRs)，能夠識(shí)別微生物保守序列即病原相關(guān)分子模式(PAMPs)[6]。NOD樣受體蛋白(NLRPs)在人類中已發(fā)現(xiàn)22種分子，然而小鼠的受體蛋白種類比人類還要多，小鼠中至少有34種分子[7]。NLRPs的結(jié)構(gòu)由三部分組成，C端富含亮氨酸重復(fù)序列(LRRs結(jié)構(gòu))，在配體識(shí)別中起重要作用。中間是NOD結(jié)構(gòu)域，在受體蛋白激活過(guò)程中介導(dǎo)自身寡聚化；N末端是效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，已知主要存在四種N端結(jié)構(gòu)域，即CARD結(jié)構(gòu)域、PYD結(jié)構(gòu)域、BIR結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域[8]。

2 NLRP3炎癥小體的激活

NLRP3炎癥小體在許多疾病中發(fā)揮著重要作用,例如Ⅱ型糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化癥、阿爾海默茨病等。IL-1β是NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的Ⅱ型糖尿病的重要致病因子。糖尿病患者NLRP3炎癥小體的激活以及循環(huán)系統(tǒng)中炎癥因子IL-1β、IL-18升高，提示NLRP3炎癥小體是Ⅱ型糖尿病發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素[9-10]。雖然動(dòng)脈粥樣硬化癥[11]和阿爾海默茨等[12]疾病分屬于不同的病種，但是NLRP3炎癥小體導(dǎo)致這些疾病的共同通路就是炎癥反應(yīng)。目前已經(jīng)明確NLRP3炎癥小體的激活需要兩類信號(hào)：第一類信號(hào)是通過(guò)相互作用的各種損傷相關(guān)分子模式/病原相關(guān)分子模式和細(xì)胞因子，如TNF-α的Toll樣受體，導(dǎo)致IL-1β和IL-18前體和炎性組件轉(zhuǎn)錄上調(diào)，并形成正反饋[13]；第二類信號(hào)可以由大量高度多樣化的分子提供，并導(dǎo)致炎性組件的組裝，其中包括細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis associated speck Eke protein，ASC)、caspase-1和NALP[14]。通過(guò)激活多個(gè)信號(hào)通路活化NLRP3炎癥小體。NLRP3炎癥小體的激活導(dǎo)致了蛋白酶Caspase1的裂解和激活，隨后IL-1β和IL-18前體裂解為成熟的IL-1β和IL-18并分泌出細(xì)胞。這些細(xì)胞因子在炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的相對(duì)早期，導(dǎo)致干擾素α(TNFα)和干擾素γ(IFNγ)的產(chǎn)生。因此，作為炎癥反應(yīng)的核心，NLRP3炎癥小體可能為多種炎癥性疾病的治療提供新的靶點(diǎn)。

3 NLRP3炎癥小體在創(chuàng)傷誘發(fā)的炎癥反應(yīng)中的作用

在急診急救中，機(jī)械通氣是最常應(yīng)用的搶救措施。由此導(dǎo)致的肺創(chuàng)傷依然存在。研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)鼠基因表達(dá)的改變與NLRP3炎癥小體具有相關(guān)性。在體外模型中，IL-1α、IL-1的受體在基因表達(dá)上發(fā)生顯著改變。并且在體內(nèi)模型中，IL-18、IL-1的受體以及IL-1β都發(fā)現(xiàn)有顯著性改變[15]。這些基因表達(dá)的改變證實(shí)了NLRP3炎癥小體在肺創(chuàng)傷導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用。此外，有研究已經(jīng)證實(shí)機(jī)械通氣能激活NLRP3炎癥小體，依靠Caspase-1和TLR4機(jī)制引起小鼠肺泡中巨噬細(xì)胞增加并釋放IL-1β，在巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體能促進(jìn)IL-18成熟和分泌。肺泡中巨噬細(xì)胞的增加和IL-1β、IL-18的成熟和分泌，進(jìn)一步說(shuō)明了NLRP3炎癥小體在機(jī)械通氣性肺創(chuàng)傷導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[16]。與此同時(shí)Xiang等[17]研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷后的缺血性休克可致肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷。HMGB1作用于TLR4和TLR2以及RAGE受體激活內(nèi)皮細(xì)胞NAD(P)H氧化酶，產(chǎn)生活性氧，致使肺血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。通過(guò)反饋調(diào)節(jié)作用，活性氧可促進(jìn)硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)與NLRP3相互作用，從而激活炎癥小體和促進(jìn)IL-1的釋放。因此NLRP3炎癥小體可能在肺創(chuàng)傷的炎癥反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。

肝臟遭受創(chuàng)傷后，不可避免的導(dǎo)致肝組織缺血再灌注。缺血再灌注導(dǎo)致肝損傷包含兩個(gè)階段。首先缺血引起氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致肝細(xì)胞處于亞致死狀態(tài)，其次炎癥反應(yīng)的擴(kuò)散能加劇肝組織再灌注導(dǎo)致的損傷。研究人員敲除了小鼠的NLRP3和Caspase-1基因，實(shí)驗(yàn)組小鼠IL-1β的表達(dá)較對(duì)照組明顯減少，并且肝組織得到了顯著的保護(hù)[18]。肝組織缺血再灌注后，激活了NLRP3炎癥小體，NLRP3炎癥小體的活化導(dǎo)致了Caspase-1的激活從而促進(jìn)IL-1β和IL-18的成熟和釋放。另一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)NLRP3、Caspase-1缺乏的小鼠和應(yīng)用了Caspase-1抑制劑的小鼠中IL-1β和 IL-18的水平低于對(duì)照組。與此同時(shí)在實(shí)驗(yàn)鼠中通過(guò)RNA發(fā)夾沉默NLRP3基因，沉默NLRP3基因后NLRP3炎癥小體無(wú)法被激活，從而減少IL-1β、IL-18、TNF-α、IL-6的釋放，對(duì)肝組織起到保護(hù)作用[19]。然而Sun等[20]研究發(fā)現(xiàn)缺血性休克復(fù)蘇時(shí)，Caspase-1的激活對(duì)肝臟起保護(hù)作用，并通過(guò)調(diào)節(jié)beclin 1抑制劑的表達(dá)來(lái)控制氧化應(yīng)激反應(yīng)。筆者認(rèn)為可能由于創(chuàng)傷后檢測(cè)時(shí)間上的差異，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同。

腦是機(jī)體生命活動(dòng)的控制中心，顱腦創(chuàng)傷對(duì)機(jī)體的損傷更為嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)顱腦損傷后可激活NLRP3炎癥小體，從而增加IL-1的表達(dá)，加劇了顱腦損傷后的炎癥反應(yīng)[21]。同樣地Liu等[22]檢測(cè)到在顱腦創(chuàng)傷模型兔中，隨著時(shí)間推移，ASC和Caspase 1以及IL-1β、IL-18表達(dá)逐漸增加，這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了顱腦創(chuàng)傷后，有NLRP3炎癥小體的表達(dá)，促進(jìn)了顱腦創(chuàng)傷后的炎癥反應(yīng)。顱腦損傷后不可控的炎癥反應(yīng)可造成腦缺血，進(jìn)而發(fā)生腦壞死。

4 NLRP3炎癥小體在創(chuàng)傷后繼發(fā)性炎癥反應(yīng)中的作用

隨著急救系統(tǒng)的大幅度完善，創(chuàng)傷后死亡率得到了明顯的降低，然而入院后創(chuàng)傷并發(fā)癥如血栓、膿毒血癥、多器官功能衰竭(MODS)等，已成為創(chuàng)傷患者中最常見和最嚴(yán)重的并發(fā)癥[23]。

Gao等[24]研究發(fā)現(xiàn)機(jī)體創(chuàng)傷后發(fā)生膿毒血癥時(shí)，Sirt1可以抑制NLRP3炎癥小體激活，抑制肺組織和腎組織產(chǎn)生炎癥，從而減輕機(jī)體的炎癥反應(yīng)，避免發(fā)生多器官功能衰竭。Wang等[25]研究證實(shí)通過(guò)CORM-2釋放的CO能抑制NLRP3炎癥小體的激活，從而減輕膿毒血癥導(dǎo)致的急性腎損傷。但是CO抑制創(chuàng)傷后炎癥小體活性的機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。在創(chuàng)傷小鼠模型中，NO可以抑制NLRP3炎癥小體的激活，避免發(fā)生膿毒血癥和感染性休克，從而減輕炎癥反應(yīng)。Mao等[23]證實(shí)NO不但抑制小鼠巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的激活，而且人外周血巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞中的NLRP3炎癥小體也可以被抑制。機(jī)體創(chuàng)傷后組蛋白顯著增加，細(xì)胞外的組蛋白能夠激活T樣受體和NLRP3炎癥小體從而促進(jìn)血栓的形成[26]。

綜上所述，炎癥小體在機(jī)體創(chuàng)傷后的原發(fā)損傷及其繼發(fā)性損傷的炎癥反應(yīng)中起著重要作用。同時(shí)這也為我們?cè)趧?chuàng)傷后控制炎癥反應(yīng)開啟了一條新思路。盡管NLRP3炎癥小體的聚集和激活機(jī)制還不是十分的完善，但是已經(jīng)有充分的證據(jù)表明NLRP3炎癥小體在機(jī)體創(chuàng)傷后的原發(fā)損傷及其繼發(fā)性損傷的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。如果能準(zhǔn)確把握時(shí)機(jī)給予正確的處理措施，阻斷NLRP3炎癥小體激活，從而避免過(guò)量細(xì)胞因子的產(chǎn)生，將可達(dá)到減輕炎癥反應(yīng)、遏制惡性循環(huán)的目的，有望為機(jī)體創(chuàng)傷后的治療提供新方法。雖然我們對(duì)NLRP3炎癥小體已經(jīng)有了初步的理解和認(rèn)識(shí)，但是未來(lái)的研究和學(xué)習(xí)方向更應(yīng)該著重于三個(gè)方面：NLRP3炎癥小體的聚集和激活機(jī)制，NLRP3炎癥小體在炎癥反應(yīng)中的作用以及機(jī)體創(chuàng)傷后原發(fā)損傷及其繼發(fā)性損傷的治療和預(yù)后。

[1]羅學(xué)宏.急診醫(yī)學(xué)(全國(guó)高等學(xué)校醫(yī)學(xué)規(guī)劃教材)[M].北京:高等教育出版社,2008:363-390.

[2]Lord JM,Midwinter MJ,Chen YF,et al.The systemic immune response to trauma:an overview of pathophysiology and treatment[J]. Lancet,2014,384(9952):1455-1465.

[3]Darlington DN,Gonzales MD,Craig T,et al.Trauma-induced coagulopathy is associated with a complex inflammatory response in the rat[J].Shock,2015,44 Suppl1:129-137.

[4]Martinon F,Burns K,Tschopp J.The inflammasome:a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta[J].MolCell,2002,10(2):417-426.

[5]Wei M,Wang L,Wu T,et al.NLRP3 activation was regulated by DNA methylation modification during Mycobacterium tuberculosis infection[J].Biomed Research International,2016,2016:4323281.

[6]Ichinohe T,Pang IK,Iwasaki A.Influenza virus activates inflammasomes via its intracellular M2 ion channel[J].Nat Immunol,2010,11 (5):404-410.

[7]Wewers MD,Sarkar A.P2X(7)receptor and macrophage function [J].Purinergic Signal,2009,5(2):189-195.

[8]Schroder K,Tschopp J.The inflammasomes[J].Cell,2010,140(6): 821-832.

[9]Ajithkumar K,Vijayan P,Nazeem PA.Inflammatory cytokines and the risk to develop type 2 diabetes:results of the prospective population-based European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition(EPIC)-Potsdam Study[J].Diabetes,2003,52(3):812-817.

[10]Vandanmagsar B,Youm YH,Ravussin A,et al.The NALP3/NLRP3 inflammasome instigates obesity-ionduced autoinflammation and insulin resistance[J].Nature Medicine,2011,17(2):179-188.

[11]Paramel VG,Folkersen L,Strawbridge RJ,et al.NLRP3 inflammasome expression and activation in human atherosclerosis[J].Journal of the American HeartAssociation,2016,5(5):e003031.

[12]Tan MS,Yu JT,Jiang T,et al.The NLRP3 inflammasome in alzheimer's disease[J].Molecular Neurobiology,2013,48(3):875-882.

[13]Juliana C,Fernandes-Alnemri T,Kang S,et al.Non-transcriptional priming and deubiquitination regulate NLRP3 inflammasome activation[J].J Biol Chem,2012,287(43):36617-36622.

[14]Strowig T,Henao-Mejia J,Elinav E,et al.Inflammasomes in health and disease[J].Nature,2012,481(7381):278-286.

[15]Dolinay T,Kim YS,Howrylak J,et al.Inflammasome-regulated cytokines are criticalmediators of acute lung injury[J].American Journal of Respiratory&CriticalCare Medicine,2012,185(11):1225-1234.

[16]Wu J,Yan Z,Schwartz DE,et al.Activation of NLRP3 inflammasome in alveolar macrophages contributes to mechanical stretch-induced lung inflammation and injury[J].Journal of Immunology, 2013,190(7):102.

[17]Xiang M,Shi X,Li Y,etal.Hemorrhagic shock activation of NLRP3 inflammasome in lung endothelial cells[J].Journal of Immunology, 2011,187(9):4809-4817.

[18]Huang H,Chen HW,Evankovich J,et al.Histones activate the NLRP3 inflammasome in Kupffer cells during sterile inflammatory liver injury[J].J Immunol,2013,191(5):2665-2679.

[19]Zhu P,Duan L,Chen J,et al.Gene silencing of NALP3 protects against liver ischemia-reperfusion injury in mice[J].Hum Gene Ther,2011,22(7):853-864.

[20]Sun Q,Gao W,Loughran P,et al.Caspase-1 activation is protective againsthepatocyte cell death by up-regulating beclin1 and mitochondrial autophagy in the setting of redox stress[J].Journal of Biological Chemistry,2013,288(22):15947-15958.

[21]Savage CD,Lopez-Castejon G,Denes A,et al.NLRP3-inflammasome activating DAMPs stimulate an inflammatory response in glia in the absence of priming which contributes to brain inflammation after injury[J].Frontiers in Immunology,2012,3:288.

[22]Liu HD,Li W,Chen ZR,et al.Expression of the NLRP3 inflammasome in cerebralcortex after traumatic brain injury in a rat model[J]. Neurochemical Research,2013,38(10):2072-2083.

[23]Mao K,Chen S,Chen M,et al.Nitric oxide suppresses NLRP3 inflammasome activation and protects against LPS-induced septic shock[J].Cell Res,2013,23(2):201-212.

[24]Gao R,Ma Z,Hu Y,et al.Sirt1 restrains lung inflammasome activation in a murine model of sepsis[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2015,308(8):847-853.

[25]Wang P,Huang J,Li Y,et al.Exogenous carbon monoxide decreases sepsis-induced acute kidney injury and inhibits NLRP3 inflammasome activation in rats[J].IntJ Mol Sci,2015,16(9):20595-20608.

[26]Allam R,Kumar SVR,Darisipudi MN,et al.Extracellular histones in tissue injury and inflammation[J].Journal of Molecular Medicine, 2014,92(5):465-472.

Role of NLRP3 inflammasome in regulating inflammation after injury.

LI Dong-dong,ZHOU Min-jie,ZHU Xiao-guang,ZHONG Wei-xi,FENG Qi-ming.Department of Emergency Medicine,Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital,Shanghai200233,CHINA

Trauma can notonly cause primary damage to the injured body,but also resultin the secondary damnification to the same body by inducing the inflammatory response.The inflammasome can regulate inflammation by influencing the lysis and releases of proinflammatory cytokines.The NOD-,LRR,and pyrin domain-containing 3(NLRP3)inflammasome activates the cysteine aspartase-1(Caspase-1),causes the secretion of proinflammatory cytokines, such as interleukin(IL-1β,and IL-18),which involved in the immune response to resist pathogens in the body.Here we review the role of the NLRP3 inflammasome in inflammation after injury.

NOD-,LRR,and pyrin domain-containing 3(NLRP3);Inflammasome;Trauma

R641

A

1003—6350（2017）09—1455—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.09.028

2016-07-29)

國(guó)家臨床重點(diǎn)?？平ㄔO(shè)項(xiàng)目基金（編號(hào)：2013-554）

封啟明。E-mail：fengqiming04@126.com