NLRP3炎癥小體在抑郁癥中作用的研究進(jìn)展

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(南華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，湖南 衡陽 421001)

抑郁癥主要表現(xiàn)為認(rèn)知功能的改變，較大的情緒波動(dòng)，飲食和睡眠的異常等癥狀，屬于嚴(yán)重的精神疾病。隨著現(xiàn)代人的生活節(jié)奏越來越快，來自各方精神障礙的壓力不斷地增加，使越來越多的人患有不同程度的抑郁樣行為，甚至抑郁癥。世界衛(wèi)生組織預(yù)測(cè)在2030年抑郁癥可能成為世界第二大負(fù)擔(dān)的疾病。盡管這種疾病具有嚴(yán)重的社會(huì)危害，但是抑郁癥發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制尚未闡明。大量證據(jù)表明，心理和身體應(yīng)激可以激活免疫和炎癥過程，并增加促炎細(xì)胞因子水平，導(dǎo)致神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的改變以及抑郁癥的發(fā)生。在應(yīng)激和抑郁癥免疫炎癥反應(yīng)過程中，核苷酸寡聚結(jié)合域樣受體蛋白3(Oligonucleotide binding domain-like receptor pyrin containing 3,NLRP3)炎癥小體是應(yīng)激和抑郁癥之間的橋梁，其功能失調(diào)會(huì)導(dǎo)致炎癥的產(chǎn)生，介導(dǎo)抑郁癥的發(fā)生發(fā)展[1]。因此，更多了解NLRP3炎癥小體與抑郁癥關(guān)系，可為未來如何治療抑郁癥提供新的思路。

1　NLRP3炎癥小體生物學(xué)特性

NLRP3炎癥小體是由胞內(nèi)固有免疫受體，由半胱天冬氨酸前體-1和凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(Apoptosisassociated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)組成的蛋白質(zhì)復(fù)合體。NLRP3炎癥小體位于巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中，負(fù)責(zé)識(shí)別廣泛的危險(xiǎn)信號(hào)，被激活的NLRP3炎癥小體能活化半胱天冬氨酸-1，并剪切成白介素-1β(Interleukin -1β,IL-1β)和白介素-18(Interleukin -18,IL-18)等促炎細(xì)胞因子介導(dǎo)炎癥過程。NLRP3炎癥小體結(jié)構(gòu)上由三個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：C-末端富含熒光素的重復(fù)序列，中心定位的核苷酸結(jié)合寡聚化和N-末端結(jié)構(gòu)域。當(dāng)巨噬細(xì)胞或小膠質(zhì)細(xì)胞遇到危險(xiǎn)信號(hào)刺激時(shí)，含有半胱天冬酶募集區(qū)、ASC及NLRP3炎性體形成復(fù)合物。這種復(fù)合物使半胱天冬酶-1激活，從而產(chǎn)生成熟的IL-1β和IL-18，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[2]。

2　NLPR3炎癥小體的激活

研究表明活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、線粒體功能障礙、K+、病原體及分泌的毒素、草酸鈣等特異性結(jié)晶和顆粒物、高血糖高血脂等因素均可激活NLRP3炎癥小體。

2.1ROS與NLPR3炎癥小體激活ROS長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是激活NLRP3炎癥小體中的主要因素。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NAPDH)氧化酶產(chǎn)生的ROS是NLRP3炎癥小體激活的常見信號(hào)分子。然而，研究發(fā)現(xiàn)缺乏NAPDH氧化酶活性的人外周血單核細(xì)胞和小鼠巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體仍然可正?；罨?。

2.2線粒體功能障礙與NLPR3炎癥小體激活通過ROS化學(xué)抑制劑發(fā)現(xiàn)了線粒體功能障礙在NLRP3炎癥小體激活中的作用，線粒體功能的失調(diào)促進(jìn)了NLRP3炎癥小體的激活。但是化學(xué)抑制劑易于造成假象，特別是在高濃度下，有研究表明，高濃度的ROS抑制劑也會(huì)影響NLRP3炎癥小體的激活。此外，已經(jīng)釋放到細(xì)胞質(zhì)中的線粒體DNA可與NLRP3炎癥小體發(fā)生相互作用并激活NLRP3炎癥小體。但是也有研究認(rèn)為線粒體DNA的釋放可能發(fā)生在NLRP3炎癥小體激活的下游[3]?？傊€粒體在NLRP3炎癥小體激活中的確切作用不明確。

2.3K+與NLPR3炎癥小體激活細(xì)胞內(nèi)K+外排是NLRP3炎癥小體激活的一個(gè)重要特征。研究表明，K+通道的開放劑如黑曲霉可誘發(fā)脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激的小鼠巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的激活及IL-1β的成熟。高濃度的細(xì)胞外K+可阻斷NLRP3炎癥小體的激活。幾乎所有NLRP3炎癥小體激活的刺激物，包括ROS、ATP、病原體、毒素、特異性結(jié)晶和顆粒物等均可降低細(xì)胞內(nèi)K+的濃度，而激活NLRP3炎癥小體。因此，細(xì)胞內(nèi)K+濃度的降低是NLRP3炎癥小體激活的常見觸發(fā)因素。此外，在非經(jīng)典炎癥小體途徑中NLRP3的激活也需要K+外排[4]。但是細(xì)胞內(nèi)K+濃度和NLRP3激活之間的機(jī)制仍然了解很少。K+流出被認(rèn)為是在NLRP3炎癥小體激活的結(jié)果，但也有研究認(rèn)為K+流出先于NLRP3炎癥小體激活[4]。

2.4顆粒物質(zhì)與NLPR3炎癥小體激活NLRP3炎癥小體可被顆粒物質(zhì)的內(nèi)吞而激活，破壞溶酶體膜，使木瓜蛋白酶家族的溶酶體半胱氨酸蛋白酶組織蛋白酶B釋放到細(xì)胞質(zhì)中。研究表明，NLRP3炎癥小體的激活可被組織蛋白酶B的化學(xué)抑制劑CA-074-Me抑制。此外CA-074-Me可以抑制多種組織蛋白酶促進(jìn)NLRP3炎癥小體啟動(dòng)和激活。顆粒物質(zhì)除了釋放組織蛋白酶到細(xì)胞質(zhì)而激活NLRP3炎癥小體外，顆粒物質(zhì)也可觸發(fā)細(xì)胞K+外排，而激活NLRP3炎癥小體[5]。研究發(fā)現(xiàn)溶酶體抑制劑Leu-Leu-O-甲酯處理巨噬細(xì)胞，在NLRP3炎癥小體激活之前可誘導(dǎo)出快速的K+流出[4]。顆粒物引起的溶酶體破裂與K+流出導(dǎo)致NLRP3炎癥小體激活的相關(guān)機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究。

3　參與調(diào)節(jié)NLPR3炎癥小體激活的信號(hào)分子

目前研究發(fā)現(xiàn)參與NLRP3炎性小體激活調(diào)節(jié)的信號(hào)分子主要包括雙鏈RNA依賴性蛋白激酶(double-stranded RNA-dependent protein kinase,PKR)、鳥苷酸結(jié)合蛋白5(guanylate-binding protein 5,GBP5)和NIMA相關(guān)激酶7(Never-in-mitosis A-related kinase 7,Nek7)等。PKR的缺失或抑制導(dǎo)致巨噬細(xì)胞對(duì)IL-1β和IL-18等刺激引起的NLRP3炎癥小體的激活明顯減少。GBP5在NLRP3炎癥小體激活中的作用目前是有爭(zhēng)議的。GBP5被證明參與了由ATP、尼日利亞菌素和細(xì)菌而不是顆粒物質(zhì)所誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體的激活。但也有研究發(fā)現(xiàn)在GBP5缺陷的小鼠巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體可以正?；罨?。Nek7與PKR和GBP5不同，其在激活NLRP3炎癥小體內(nèi)的關(guān)鍵作用已經(jīng)在不同的研究中得到證明。Nek7屬于調(diào)控有絲分裂進(jìn)展和DNA損傷反應(yīng)的NIMA相關(guān)激酶家族。NLRP3炎癥小體所有刺激物都依賴Nek7，如ATP、尼日利亞菌素、微晶尿酸鈉晶體和明礬等[6]。Nek7可控制NLRP3炎癥小體激活和ASC斑點(diǎn)的形成導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鉀的流出[7]。Nek7被證明是NLRP3炎癥小體激活中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，Nek7的缺乏使IL-1β的分泌與免疫細(xì)胞的募集減少[6]。Nek7是如何調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體的激活的詳細(xì)機(jī)制還不明確。Nek7與NLRP3炎癥小體之間的相互作用可被細(xì)胞外高濃度的K+所逆轉(zhuǎn)，表明通過誘導(dǎo)K+外排可能是Nek7參與NLRP3炎癥小體激活的可能途徑。

4　NLRRP3炎癥小體與抑郁癥

4.1NLRP3炎癥小體與抑郁癥的關(guān)系研究顯示在LPS誘導(dǎo)的抑郁樣行為小鼠模型中，LPS 處理24 h后，小鼠全腦中NLRP3炎癥小體、ASC和caspase-1以及IL-1βmRNA蛋白水平顯著增加，而特異性半胱天冬酶-1抑制劑Ac-YVAD-CMK的可以抑制LPS誘導(dǎo)的NLRP3-炎癥小體的激活和抑郁樣行為，這表明NLRP3-炎癥小體和半胱天冬酶-1，參與了LPS誘導(dǎo)的抑郁癥模型[8]。其他研究小組研究了NLRP3參與不同慢性應(yīng)激方案誘導(dǎo)的抑郁行為的模型。這些模型誘導(dǎo)抑郁樣行為通過強(qiáng)制游泳、懸尾試驗(yàn)和蔗糖偏好測(cè)試評(píng)估。同樣發(fā)現(xiàn)多種抑郁癥模型中NLRP3炎癥小體被激活和IL-1β的大量產(chǎn)生。ATP敏感性鉀通道開放劑iptakalim可改善慢性不可預(yù)測(cè)應(yīng)激誘導(dǎo)的小鼠抑郁樣行為和NLRP3炎癥小體的激活。而特異性的炎性小體抑制劑VX-765可抑制慢性不可預(yù)測(cè)溫和應(yīng)激誘導(dǎo)的小鼠海馬中的NLRP3炎癥小體的激活，改善小鼠的抑郁樣行為[9]。給大鼠12周的慢性不可預(yù)測(cè)的輕度應(yīng)激后，在大鼠前額葉皮質(zhì)中發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體的激活和IL-1β水平的升高。然而，由于觀察到NLRP3的免疫反應(yīng)性的非特異性位點(diǎn)，因此不能排除其它細(xì)胞群體中該蛋白質(zhì)復(fù)合物的表達(dá)。在NLRP3敲除小鼠中未觀察到IL-1β水平的增加、小膠質(zhì)細(xì)胞活化或海馬神經(jīng)發(fā)生減少等變化[10]。除慢性應(yīng)激模型外，在卵巢切除術(shù)和雌激素缺乏誘導(dǎo)的抑郁癥模型中，發(fā)現(xiàn)在卵巢切除的雌性小鼠的海馬中IL-1β、IL-18和caspase-1水平及NLRP3的表達(dá)明顯升高。而炎性小體抑制劑VX-765逆轉(zhuǎn)了IL-1β和IL-18在海馬水平的升高，改善了這些抑郁癥模型的抑郁樣行為[11]。

4.2NLRP3炎癥小體激活標(biāo)志物IL-1β與抑郁癥的關(guān)系由于IL-1β是NLRP3炎癥小體的重要底物，其水平也可反映了NLRP3炎癥小體的激活程度。研究顯示IL-1β在外周免疫與中樞神經(jīng)的交互關(guān)系中扮演著重要的角色，參與了神經(jīng)免疫的調(diào)節(jié)、情緒和認(rèn)知相關(guān)的功能調(diào)節(jié)以及抑郁癥的發(fā)生發(fā)展。IL-1β可激活HPA軸并誘導(dǎo)大鼠抑郁樣行為，IL-1β代表心理應(yīng)激的促炎反應(yīng)的初始步驟，其過度產(chǎn)生導(dǎo)致包括抑郁癥在內(nèi)的應(yīng)激相關(guān)疾病中的細(xì)胞損傷[9]。研究表明，IL-1β可改變與情緒調(diào)節(jié)相關(guān)的行為和神經(jīng)遞質(zhì)的傳導(dǎo)過程。兒童期虐待等壓力因素的受試者中IL-1β的水平升高，腦組織和血清中IL-1β水平的升高與抑郁樣行為的發(fā)生密切相關(guān)[12]。研究發(fā)現(xiàn)IL-1β基因中不同單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotide polymorphisms,SNPs)與抑郁癥患病率或治療反應(yīng)之間存在相關(guān)性。IL-1β基因存在C511T的多態(tài)性，該SNP在患者和對(duì)照之間的基因型或等位基因分布中沒有差異，但C511T等位基因純合子的個(gè)體表現(xiàn)出抑郁癥程度的增加，且對(duì)氟西汀和帕羅西汀治療的反應(yīng)較差，老年抑郁癥發(fā)病年齡較輕[13]。位于IL-1β基因調(diào)節(jié)區(qū)的另外多態(tài)位點(diǎn)，如SNPsrs16944和rs114643的G/G基因型對(duì)抗抑郁藥的反應(yīng)較差，并且情緒刺激減少了杏仁體和前皮層的活化。在中國(guó)人群中，rs16944 SNP與兒童期虐待相關(guān)的A/A基因型與抑郁癥患者對(duì)抗抑郁藥物反應(yīng)差相關(guān)[14]。

4.3NLRP3炎癥小體為靶點(diǎn)治療抑郁癥的現(xiàn)狀最近幾項(xiàng)臨床相關(guān)研究表明抗抑郁藥物可以有效的調(diào)控NLRP3炎癥小體的激活，從而改善了抑郁癥的癥狀。阿米替林是一種三環(huán)類抗抑郁藥，已被證明能夠抑制抑郁癥患者血清中IL-1β和IL-18的水平，也能抑制NLRP3炎癥小體的激活。格列本脲是一種抗糖尿病藥物，在應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁癥動(dòng)物模型中能夠抑制caspase-1的激活和IL-1β的分泌，也可以有效的抑制NLRP3炎癥小體的形成。經(jīng)典抗抑郁藥物氟西汀可抑制12周的慢性不可預(yù)測(cè)的輕度應(yīng)激誘導(dǎo)的大鼠抑郁樣行為，其機(jī)制與抑制NLRP3炎癥小體的激活有關(guān)。氟西汀也可以抑制在慢性溫和應(yīng)激處理的小鼠海馬中和外周巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的形成。氟西汀可減少體外原代培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞ATP誘導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生、RNA依賴性蛋白激酶(Double-stranded RNA-dependent protein kinase,PKR)的磷酸化，而抑制PKR與NLRP3炎癥小體之間的聯(lián)系，抑制NLRP3炎癥小體的激活[15]。

除了經(jīng)典的抗抑郁藥之外，許多具有抗炎作用的天然化合物也可有效的改善抑郁樣行為。另外，L-menthone和百里酚可升高慢性應(yīng)激小鼠處理的小鼠海馬中的5-羥色胺和去甲腎上腺素水平，降低IL-1β的水平，抑制小鼠海馬中NLRP3炎癥小體的激活[16]。芹菜素，一種天然黃酮類化合物，通過PPAR-γ受體抑制由慢性不可預(yù)測(cè)的輕度應(yīng)激引起的大鼠前額葉皮質(zhì)NLRP3炎癥小體的激活和IL-1β水平的增加[17]。非環(huán)形單萜香葉醇通過NF-κB信號(hào)途徑降低NLRP3炎癥小體相關(guān)蛋白及其下游靶基因IL-1β的表達(dá)發(fā)揮抗抑郁和抗炎作用[18]。丁胺是一種具有抗抑郁作用的多胺，可顯著下調(diào)亞慢性應(yīng)激處理的大鼠的海馬和前額葉皮層中NLRP3炎癥小體成分的表達(dá)，包括caspase-1、IL-1β和IL-18[19]。所以NLRP3炎癥小體有可能成為未來改善抑郁癥的新靶點(diǎn)。

5　結(jié)　　語

ROS、K+和特異性結(jié)晶和顆粒物等可以激活NLRP3炎性小體，PKR、GBP5和Nek7等信號(hào)分子可調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體的激活。NLRP3炎癥小體參與了抑郁癥的發(fā)生發(fā)展過程，NLRP3炎癥小體有可能成為未來改善抑郁癥的新靶點(diǎn)，但是尚不清楚NLRP3炎癥小體的激活是如何參與抑郁癥的發(fā)生，所以未來需要對(duì)NLRP3炎癥小體在抑郁癥中的作用有更深入的了解。