NLRP3炎性小體在糖尿病腎病中作用的研究進展

閆志峰，劉姍姍，閆鴻

(中國人民解放軍第二零二醫(yī)院，沈陽110003)

NLRP3炎性小體在糖尿病腎病中作用的研究進展

閆志峰，劉姍姍，閆鴻

(中國人民解放軍第二零二醫(yī)院，沈陽110003)

糖尿病腎病的發(fā)生與炎癥相關(guān)。近年研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體-Caspase-1-IL-1β/ IL-18軸在糖尿病腎病中起重要作用?；钚匝?ROS)-硫氧還原蛋白結(jié)合蛋白(TXNIP)-NLRP3通路、NF-κB-NLRP3炎性小體通路、Nrf2-NLRP3炎性小體通路、線粒體ROS通路、ATP-P2X4-NLRP3炎性小體通路、長鏈非編碼RNA(LncRNA)通路等參與糖尿病腎病的發(fā)病。多種NLRP3炎性小體抑制劑則可抑制糖尿病腎病的發(fā)生。

糖尿病腎??；模式識別受體；NLRP3炎性小體；炎癥通路

糖尿病腎病是終末期腎病新發(fā)病例的主要病因[1]。先天性免疫應(yīng)答是微炎癥狀態(tài)的核心，糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生與其密切相關(guān)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥通路在糖尿病腎病的進展中起核心作用[3]。模式識別受體(PRR)是免疫細胞抵御細菌入侵和表達的第一道防線。在感染性疾病中，PRR識別病原相關(guān)分子模式(PAMPs)；在非感染疾病中，PRR識別宿主來源的危險相關(guān)分子模式(DAMPs)。表達在細胞表面的PRR包括TLR和殺傷性T細胞(CTL)，細胞內(nèi)的PRR包括NOD樣受體(NLR)、視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ樣受體(RLR)和HIN200家族蛋白(AIM2)等，它們可以通過識別PAMPs和DAMPs直接被激活。NLR在胞質(zhì)中通過NACHT結(jié)構(gòu)域募集炎性小體，并與ASC蛋白形成復(fù)合體，活化Caspase-1蛋白，介導(dǎo)細胞因子IL-1β及IL-18由非活化形式轉(zhuǎn)變成活化形式，從而發(fā)揮作用[4]。目前在炎性小體的研究中，對NLRP3炎性小體的研究最為深入。研究證實，NLRP3炎性小體在多發(fā)性硬化、阿爾茨海默病、動脈粥樣硬化、2型糖尿病等多種疾病發(fā)病中發(fā)揮重要作用[5]。近年研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體也涉及糖尿病腎病的發(fā)病[6]。本文對NLRP3炎性小體在糖尿病腎病中的作用進行綜述。

1 NLRP3炎性小體在糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展中的作用

NLRP3炎性小體在免疫細胞主要是巨噬細胞和樹突細胞中被激活。NLRP3炎性小體可以直接感受到細菌產(chǎn)物、線粒體DNA、病毒和ATP微粒等表達的PAMPs和DAMPs[4]。腎臟中的免疫細胞大多數(shù)是腎內(nèi)單核網(wǎng)狀吞噬細胞，為NLRP3復(fù)合體的組裝及IL-1β和IL-18的產(chǎn)生表達提供所有必須成分[6]。在2010年，在單側(cè)輸尿管梗阻致慢性腎損傷小鼠模型中，與對照組野生型小鼠相比，NLRP3-/-小鼠表現(xiàn)出腎小管損傷減輕及炎癥介質(zhì)如IL-1β、IL-18和Caspase-1蛋白的產(chǎn)生減少[7]。近年研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。2012年，Wang等[8]發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠腎臟中NLRP3炎性小體成分ASC蛋白和Caspase-1蛋白過表達，IL-1β及IL-18水平升高。體外研究觀察到，在高濃度葡萄糖處理后的人腎小球系膜細胞及糖尿病大鼠腎臟中，Caspase-1蛋白、IL-1β及NLRP3炎性小體隨時間依賴性增加[9]。NLRP3炎性小體可以通過促進IL-1β和IL-18成熟，作用于CD4+T細胞，從而影響TH1和TH17分化[10]。最近研究發(fā)現(xiàn)，與糖尿病患者及微量蛋白尿糖尿病患者相比，NLRP3炎性小體mRNA在大量蛋白尿患者外周血中高表達，且NLRP3炎性小體mRNA的表達是糖尿病腎病的獨立預(yù)測因素[11]。以上研究說明，NLRP3炎性小體-Caspase-1-IL-1β/IL-18軸在糖尿病腎病中起重要作用。

2 NLRP3炎性小體導(dǎo)致糖尿病腎病的機制

2.1 活性氧(ROS)-硫氧還原蛋白結(jié)合蛋白(TXNIP)-NLRP3通路 TXNIP通過抑制硫氧還原蛋白系統(tǒng)的功能而發(fā)揮介導(dǎo)氧化應(yīng)激作用。最近多項研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3的活化與TXNIP相關(guān)。早在2010年，在HEK-293細胞、THP-1細胞及小鼠體內(nèi)分離的胰島細胞研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)ROS作用，TXNIP被活化，與NLRP3結(jié)合并相互作用，激活I(lǐng)L-1β[12]。2015年，對NLRP3炎性小體在糖尿病腎病中作用的研究有了突破性進展。在糖尿病動物模型中的研究發(fā)現(xiàn)，與非糖尿病動物相比，糖尿病大鼠及小鼠腎臟組織中TXNIP、NLRP3炎性小體及IL-1β蛋白的表達升高，且升高呈時間依賴性[13～15]。大鼠腎小球系膜細胞的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高濃度葡萄糖處理后，TXNIP、NLRP3炎性小體、Caspase-1、IL-1β mRNA及蛋白的表達均升高[13,16]。人腎臟足細胞在高濃度葡萄糖作用后，通過應(yīng)用shRNA沉默TXNIP表達，可緩解足細胞損傷[14]。沉默大鼠腎小球系膜細胞中TXNIP表達，可抑制TXNIP-NLRP3炎性小體通路，并抑制高濃度葡萄糖誘導(dǎo)的細胞增殖和氧化應(yīng)激[16]。

2.2 NF-κB-NLRP3炎性小體通路 研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子NF-κB在糖尿病腎病中同樣參與NLRP3炎性小體的活化。分別對小鼠及大鼠腎臟組織進行檢測發(fā)現(xiàn)，糖尿病組小鼠與非糖尿病組小鼠相比，NLRP3炎性小體及NF-κB的表達升高時，應(yīng)用抑制劑下調(diào)NF-κB后，NLRP3炎性小體的表達下降[15,17,18]。在系膜細胞研究中發(fā)現(xiàn)，高濃度葡萄糖處理后，與低濃度葡萄糖處理相比，NF-κB與NLRP3炎性小體表達增加[19]。

2.3 Nrf2-NLRP3炎性小體通路 Nrf2也是一種轉(zhuǎn)錄因子，它控制基因表達，保護機體免受產(chǎn)生過量ROS引起的細胞損傷。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠腎臟中Nrf2的表達與非糖尿病小鼠相比，并無統(tǒng)計學(xué)差異，但是當(dāng)Nrf2表達升高后，NLRP3炎性小體的活化被抑制，小鼠腎功能得到改善[18]。在細胞研究中也得到相同的結(jié)論，沉默足細胞Nrf2基因，可使其表達減少，NLRP3炎性小體的活化增加[20]。以上研究表明，高葡萄糖環(huán)境不影響Nrf2的表達，但是Nrf2表達升高可抑制NLRP3炎性小體的活化。

2.4 線粒體ROS通路 在足細胞中，線粒體ROS可觸發(fā)依賴NLRP3炎性小體的IL-1β成熟。葡萄糖處理后的足細胞，應(yīng)用線粒體ROS抑制劑后，線粒體ROS、NLRP3炎性小體和IL-1β的表達水平降低。在糖尿病小鼠腎小球細胞中，抑制線粒體ROS表達后，可使糖尿病小鼠腎小球中NLRP3炎性小體的激活和腎損害被抑制[21]。

2.5 ATP-P2X4-NLRP3炎性小體通路 在2型糖尿病患者腎小管上皮細胞的研究中發(fā)現(xiàn)，P2X4的表達增加，與尿中IL-1β和IL-18的水平呈正相關(guān)。而且，P2X4的表達與NLRP3炎性小體、IL-1β和IL-18的表達共存。體外細胞研究發(fā)現(xiàn)，高濃度葡萄糖可刺激細胞NLRP3炎性小體、Caspase-1、IL-1β、IL-18及ATP增加，應(yīng)用三磷酸腺苷酶消耗ATP后，可阻斷高濃度葡萄糖引起的此變化。應(yīng)用P2X4拮抗劑或?qū)2X4進行基因沉默，也可阻斷高濃度葡萄糖誘導(dǎo)下的以上蛋白的表達[22]。

2.6 長鏈非編碼RNA(LncRNA)通路 也有學(xué)者對LncRNA調(diào)節(jié)NLRP3炎性小體進行研究。LncRNA MALAT1可通過介導(dǎo)miR-23c，從而靶向調(diào)節(jié)其靶基因人胚胎致死異常視覺1(ELAVL1)，調(diào)節(jié)腎小管上皮細胞的凋亡。在糖尿病大鼠腎小管上皮細胞和高濃度葡萄糖處理的人腎小管上皮細胞細胞中，發(fā)現(xiàn)MALAT1的表達增加，而下調(diào)MALAT1或上調(diào)miR-23c可下調(diào)ELAVL1、NLRP3炎性小體、Caspase-1的表達，以及抑制HK-2細胞的凋亡[23]。

3 抑制NLRP3炎性小體對糖尿病腎病的作用

槲皮黃酮和別嘌醇是被最早發(fā)現(xiàn)的可抑制糖尿病大鼠腎臟NLRP3炎性小體活化的藥物[8]。后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種抑制劑可下調(diào)腎臟細胞中NLRP3炎性小體的表達。沙格列汀可以減少1型糖尿病和2型糖尿病小鼠腎臟中NLRP3炎性小體蛋白表達水平[24]。FL-926-16是一種肌肽衍生物，它可以減少糖尿病小鼠腎臟中NLRP3炎性小體的表達[25]。姜黃色素可抑制糖尿病小鼠腎臟皮質(zhì)及暴露于高濃度葡萄糖的HK-2細胞中NLRP3炎性小體蛋白的表達水平[26]。

體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用千金藤素及胡椒堿，或兩者聯(lián)合應(yīng)用可抑制糖尿病大鼠腎臟TXNIP、NF-κB及NLRP3炎性小體的表達[15]；吡格列酮治療后可降低糖尿病小鼠血糖、血清尿素氮及肌酐水平，并通過下調(diào)NF-κB水平，進一步抑制腎臟中NLRP3炎性小體、Caspase-1、IL-18及IL-1β水平[17]；米諾環(huán)素可通過限制Nrf2泛素化，增加Nrf2蛋白的穩(wěn)定性，抑制NLRP3炎性小體的表達。在Nrf-/-的糖尿病小鼠中，米諾環(huán)素失去其保護作用[20]；THBDD1可改善小鼠腎功能，通過抑制NF-κB通路及NLRP3炎性小體活化，促進腎臟中Nfr2的遷移[18]。

毛柳甙是紅景天的主要成分，可改善高濃度葡萄糖作用后大鼠腎小球系膜細胞的增殖，降低ROS和MDA的水平，減少TXNIP、NLRP3炎性小體及Caspase-1的表達[16]。N-乙酰-L-半胱氨酸是一種抗氧化劑，其與毛柳甙的作用相似，也可抑制高濃度葡萄糖作用下，大鼠腎小球系膜細胞中TXNIP、NLRP3炎性小體及Caspase-1的表達[13]。Maresin-1是一種抗炎脂質(zhì)介質(zhì)，它可以減少高濃度葡萄糖處理后鼠腎小球系膜細胞中ROS、NLRP3炎性小體、Caspase-1及IL-1β的表達[27]。這些抑制劑的發(fā)現(xiàn)，對于藥物治療糖尿病腎病提供了新的方法。

NLRP3炎性小體是近10余年來發(fā)現(xiàn)的一種重要的蛋白復(fù)合物，它可以通過調(diào)節(jié)體內(nèi)多種因子，從而對疾病的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮作用。最近發(fā)現(xiàn)的一些小分子抑制劑，可通過特異性抑制NLRP3炎性小體，從而為治療糖尿病腎病提供了新的方法。但目前需要更多的體內(nèi)、外實驗明確其發(fā)揮作用的機制，為未來的臨床治療提供依據(jù)。

[1] Saran R, Li Y, Robinson B, et al. US renal data system 2014 annual data report: epidemiology of kidney disease in the United States[J]. Am J Kidney Dis, 2015,66(1 Suppl 1):1-305.

[2] Fernández-Real JM, Pickup JC. Innate immunity, insulin resistance and type 2 diabetes[J]. Diabetologia, 2012,55(2):273-278.

[3] Wada J, Makino H. Inflammation and the pathogenesis of diabetic nephropathy[J]. Clin Sci (Lond), 2013,124(3):139-152.

[4] Patel MN1, Carroll RG2, Galván-Pea S, et al. Inflammasome priming in sterile inflammatory disease[J]. Trends Mol Med, 2017,23(2):165-180.

[5] Guo H, Callaway JB, Ting JP. Inflammasomes: mechanism of action, role in disease, and therapeutics[J]. Nat Med, 2015,21(7):677-687.

[6] Anders HJ, Muruve DA. The inflammasomes in kidney disease[J]. J Am Soc Nephrol, 2011,22(6):1007-1018.

[7] Vilaysane A, Chun J, Seamone ME, et al. The NLRP3 inflammasome promotes renal inflammation and contributes to CKD[J]. J Am Soc Nephrol, 2010,21(10):1732-1744.

[8] Wang C, Pan Y, Zhang QY, et al. Quercetin and allopurinol ameliorate kidney injury in STZ-treated rats with regulation of renal NLRP3 inflammasome activation and lipid accumulation[J]. PLoS One, 2012,7(6):e38285.

[9] Fu Y, Wu N, Zhao D.Function of NLRP3 in the pathogenesis and development of diabetic nephropathy[J]. Med Sci Monit, 2017,11(23)3878-3884.

[10] Hutton HL, Ooi JD, Holdsworth SR, et al. The NLRP3 inflammasome in kidney disease and autoimmunity[J]. Nephrology (Carlton), 2016,21(9):736-744.

[11] El-Horany HE, Abd-Ellatif RN, Watany M, et al. NLRP3 expression and urinary HSP72 in relation to biomarkers of inflammation and oxidative stress in diabetic nephropathy patients[J]. IUBMB Life, 2017,69(8):623-630.

[12] Zhou R, Tardivel A, Thorens B, et al. Thioredoxin-interacting protein links oxidative stress to inflammasome activation[J]. Nat Immunol, 2010,11(2):136-140.

[13] Feng H, Gu J, Gou F, et al. High glucose and lipopolysaccharide prime nlrp3 inflammasome via ros/txnip pathway in mesangial cells[J]. J Diabetes Res, 2016,2016:6973175.

[14] Gao P, He FF, Tang H, et al. NADPH oxidase-induced NALP3 inflammasome activation is driven by thioredoxin-interacting protein which contributes to podocyte injury in hyperglycemia[J]. J Diabetes Res, 2015,2015:504761.

[15] Samra YA, Said HS, Elsherbiny NM, et al. Cepharanthine and piperine ameliorate diabetic nephropathy in rats: role of NF-κB and NLRP3 inflammasome[J]. Life Sci, 2016,15(157):187-199

[16] Wang S, Zhao X, Yang S, et al. Salidroside alleviates high glucose-induced oxidative stress and extracellular matrix accumulation in rat glomerular mesangial cells by the TXNIP-NLRP3 inflammasome pathway[J]. Chem Biol Interact, 2017,12(278)48-53.

[17] Wang Y, Yu B, Wang L, et al. Pioglitazone ameliorates glomerular NLRP3 inflammasome activation in apolipoprotein E knockout mice with diabetes mellitus[J]. PLoS One, 2017,12(7):e0181248.

[18] Yang SM, Ka SM, Wu HL, et al. Thrombomodulin domain 1 ameliorates diabetic nephropathy in mice via anti-NF-κB/NLRP3 inflammasome-mediated inflammation, enhancement of NRF2 antioxidant activity and inhibition of apoptosis[J]. Diabetologia, 2014,57(2):424-434.

[19] Yi H, Peng R, Zhang LY, et al. LincRNA-Gm4419 knockdown ameliorates NF-κB/ NLRP3 inflammasome-mediated inflammation in diabetic nephropathy[J]. Cell Death Dis, 2017,28(2):e2583.

[20] Shahzad K, Bock F, Al-Dabet MM, et al. Stabilization of endogenous Nrf2 by minocycline protects against Nlrp3-inflammasome induced diabetic nephropathy[J]. Sci Rep, 2016,10(6):34228.

[21] Shahzad K, Bock F, Dong W, et al. Nlrp3-inflammasome activation in non-myeloid-derived cells aggravates diabetic nephropathy[J]. Kidney Int, 2015,87(1):74-84.

[22] Chen K, Zhang J, Zhang W, et al. ATP-P2X4 signaling mediates NLRP3 inflammasome activation: a novel pathway of diabetic nephropathy[J]. Int J Biochem Cell Biol, 2013,45(5):932-943.

[23] Li X, Zeng L, Cao C, et al. Long noncoding RNA MALAT1 regulates renal tubular epithelial pyroptosis by modulated miR-23c targeting of ELAVL1 in diabetic nephropathy[J]. Exp Cell Res, 2017,350(2):327-335.

[24] Birnbaum Y, Bajaj M, Qian J, et al. Dipeptidyl peptidase-4 inhibition by Saxagliptin prevents inflammation and renal injury by targeting the Nlrp3/ASC inflammasome[J]. BMJ Open Diabetes Res Care, 2016,4(1):e000227.

[25] Iacobini C, Menini S1, Blasetti Fantauzzi C, et al. FL-926-16, a novel bioavailable carnosinase-resistant carnosine derivative, prevents onset and stops progression of diabetic nephropathy in db/db mice[J]. Br J Pharmacol, 2017,20:14070.

[26] Lu M, Yin N, Liu W, et al. Curcumin ameliorates nephropathy by suppressing nlrp3 inflammasome signaling[J]. Biomed Res Int, 2017,2017:1516985.

[27] Tang S, Gao C, Long Y, et al. Maresin 1 mitigates high glucose-induced mouse glomerular mesangial cell injury by inhibiting inflammation and fibrosis[J]. Mediators Inflamm, 2017,2017:2438247.

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.46.034

R587.2

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1002-266X(2017)46-0107-03

2017-04-28)