NLRP3與心血管系統(tǒng)疾病相關(guān)性的研究

杜清　孫經(jīng)武　蔣雙強(qiáng)

【摘要】心血管疾?。╟ardiovascular diseases，CVD）是世界范圍內(nèi)的主要死亡原因，在工業(yè)化國(guó)家發(fā)病率很高，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類(lèi)的身體健康，有研究表明，炎癥反應(yīng)和自身免疫在心血管疾病中起到非常重要的作用[1]。NLRP3作為目前結(jié)構(gòu)和功能最明確的炎癥體，是炎性體的核心炎性小體，其活化后可促進(jìn)IL-1β及IL-18等分泌，從而導(dǎo)致多種心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生。本綜述探討NLRP3炎性小體的激活及與動(dòng)脈粥樣硬化、心力衰竭、心臟缺血再灌注的關(guān)聯(lián)性，從而為心血管系統(tǒng)疾病的治療提出新的靶點(diǎn)與思路。

【關(guān)鍵詞】NLRP3炎性小體；動(dòng)脈粥樣硬化；心力衰竭；心臟缺血再灌注

【中圖分類(lèi)號(hào)】R541 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】ISSN.2095.6681.2018.32..02

【Abstract】Cardiovascular diseases （cardiovascular diseases， CVD） are the main causes of death worldwide. The incidence of cardiovascular diseases is very high in industrialized countries， which has seriously threatened human health. Some studies have shown that inflammatory reactions and autoimmunity play a very important role in cardiovascular diseases[1].NLRP3，as the most clearly defined inflammatory body in its structure and function， is the core inflammasome of the inflammatory body. After its activation， it can promote the secretion of IL-1β and IL-18， thus leading to a variety of cardiovascular diseases. This review examines the activation of NLRP3 inflammasome and its association with atherosclerosis， heart failure，and ischemia reperfusion，thus providing new targets and ideas for the treatment of cardiovascular diseases.

【Key words】NLRP3 inflammasomes； atherosclerosis；Heart failure；Cardiac ischemia reperfusion

1 NLRP3炎性小體的概述

1.1 NLRP3炎性小體的構(gòu)成

NLRP炎癥小體亞家族有NLRP1-NLRP14共計(jì)14個(gè)成員。主要有NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2和BIG-I等炎癥小體。NLRP3作為NLR家族的核心小體，它由NOD樣受體蛋白3（Nod-likereceptor protein，NLRP3）凋亡相關(guān)微粒蛋白（Apoptosis-associat speck-like protein containing CARD，ASC）和caspase-1組成的高分子蛋白復(fù)合物[2]。其結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成：（1）C端亮氨酸重復(fù)結(jié)構(gòu)域（leucine-rich repeats，LRRs），其作用是識(shí)別PAMP（病原相關(guān)分子模式）和DAMP（危險(xiǎn)相關(guān)分子模式），其為NLRP3的功能調(diào)節(jié)發(fā)揮重要作用。（2）N端熱蛋白結(jié)構(gòu)域（包括PYD、CARD、BIR），其能夠介導(dǎo)下游信號(hào)傳導(dǎo)；（3）中心核苷酸寡聚結(jié)構(gòu)域（nucleoside triphosphatase do-main，NACHT），此為NLR家族的核心結(jié)構(gòu)域[3]。

1.2 NLRP3的激活途徑

NLRP3在正常靜息狀態(tài)具有自我調(diào)節(jié)功能。當(dāng)機(jī)體受到細(xì)菌、病毒及真菌核酸，膽固醇、尿酸鹽等晶體物質(zhì)，ATP及β-淀粉樣蛋白等多種內(nèi)源性及外源性的信號(hào)刺激時(shí)，此時(shí)NLRP3可被激活，激活后的NLRP3氨基端熱蛋白結(jié)構(gòu)域與ASC互相作用，ASC的CARD募集形成Caspase-1的前體[4]。這些相互作用可使caspase-1的前體剪切和活化，變成有活性的Caspase-1，Caspase-1又被稱(chēng)作白介素細(xì)胞轉(zhuǎn)化酶（interleukin converting enzyme，ICE），隨之即可酶解IL-1β等促炎細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化為有活性的炎癥細(xì)胞因子，引起機(jī)體炎癥反應(yīng)[5]。

目前公認(rèn)的NLRP3激活途徑有3種：（1）鉀離子流出機(jī)制：胞外ATP與細(xì)胞膜的P2X7嘌呤受體結(jié)合后，引起鉀離子外流、pannexin-1膜孔聚集，使相關(guān)NLRP3激動(dòng)劑進(jìn)入胞內(nèi)，從而激活NLRP3[6]。（2）溶酶體損傷機(jī)制：晶體或顆粒物質(zhì)等被細(xì)胞吞噬后可導(dǎo)致溶酶體的破裂，從而釋放caphepsin-β，導(dǎo)致NLRP3炎性小體的活化[7]。（3）活性氧基團(tuán)產(chǎn)物模型：NLRP3炎性小體的激活過(guò)程需要激動(dòng)劑的參與，其激活過(guò)程均可產(chǎn)生活性氧，并參與NLRP3炎性小體的激活過(guò)程，目前機(jī)制尚不明確[8]。

NLRP3炎性體具體激活機(jī)制目前尚不清楚。有證據(jù)表明，腫瘤、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)、多發(fā)性硬化、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、腎病綜合征、肝纖維化和肝硬化、2型糖尿病等多種疾病均與NLRP3炎性體與有關(guān)。且有報(bào)道指出，膽固醇結(jié)晶可以激活NLRP3從而促進(jìn)IL-1b的釋放，導(dǎo)致血管炎性反應(yīng)，最終導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。因此，NLRP3炎性體在A(yíng)S及相關(guān)疾病研究中引起廣泛關(guān)注。

2 NLRP3與AS的關(guān)系

2018年世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，全球主要的致死病為心血管疾病，而動(dòng)脈粥樣硬化已成為心血管疾病最大的原因[9]。動(dòng)脈粥樣硬化（atheroscrosis，AS）實(shí)質(zhì)上為血管受損后發(fā)生的一種炎癥過(guò)程[10]，變質(zhì)、滲出和增生等作為炎癥的基本特征，在脂質(zhì)條紋、粥樣斑塊、纖維斑塊、不穩(wěn)定性斑塊破裂和血栓形成過(guò)程中都有大量炎性細(xì)胞和炎性因子的參與[11]。其主要的危險(xiǎn)因素有高血脂、高血壓、糖尿病、吸煙、感染、自身免疫病等[12-14]。有研究表明NLRP3炎性小體參與了AS的病理進(jìn)程。有研究表明，通過(guò)抽取冠心病患者的血液與正常人患者的血液，測(cè)血液中NLRP3的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)冠心病患者血液中的NLRP3含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常人血液中NLRP3的含量[15]，且血液中NLRP3的含量與冠狀動(dòng)脈的嚴(yán)重程度程正相關(guān)[16]。Zheng[17]等收集患有冠狀動(dòng)脈粥樣硬化（需冠脈搭橋）患者的升主動(dòng)脈及與/腎臟捐贈(zèng)的健康者的腎動(dòng)脈分別作為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，測(cè)得在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化（需冠脈搭橋）患者中NLRP3的表達(dá)量很高，相反，在腎臟捐贈(zèng)的健康者的腎動(dòng)脈組中出現(xiàn)低表達(dá)。并且發(fā)現(xiàn)升主動(dòng)脈的狹窄程度及患者的危險(xiǎn)因素與NLRP3的表達(dá)量的多少有密切的關(guān)系。

最近研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈病變?cè)缙诩从心懝檀冀Y(jié)晶的出現(xiàn)，且與炎性細(xì)胞的聚集幾乎同時(shí)出現(xiàn)。內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞通過(guò)攝取膽固醇形成微小膽固醇結(jié)晶，并猜測(cè)其參與了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展，在此過(guò)程中炎性體的介導(dǎo)起重要作用[18]。Duewell[19]等發(fā)現(xiàn)，用膽固醇結(jié)晶刺激人外周血單核細(xì)胞或注射入小鼠巨噬細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體可被膽固醇激活，并且促進(jìn)IL-1β的大量釋放，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成。

3 NLRP3與心力衰竭的關(guān)系

心力衰竭（heart failere，HF）是在持續(xù)異常神經(jīng)激素、壓力應(yīng)激等多種因素作用下導(dǎo)致心臟功能衰竭的過(guò)程，其主要機(jī)制就是心肌在氧化應(yīng)激等多種因素下發(fā)生心肌重構(gòu)，主要是從基因、細(xì)胞、分子、組織器官等多個(gè)層面發(fā)生改變。有研究表明，心力衰竭的病理生理過(guò)程與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[20]。目前NLRP3炎性小體主要通過(guò)對(duì)IL-1β、IL-18介導(dǎo)從而影響心力衰竭的發(fā)展。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，IL-1Rα注射及IL-1β基因敲除對(duì)Apo-E基因敲除動(dòng)脈粥樣硬化易感小鼠具有保護(hù)作用；相反，IL-1Rα基因敲除具有促進(jìn)動(dòng)脈粥樣斑塊形成的作用[21]。人體試驗(yàn)中亦發(fā)現(xiàn)，給予心力衰竭患者為期2周的阿那白滯素（IL-1拮抗劑）的注射治療，患者的IL-1β水平明顯下降[22]。

有證據(jù)表明，心力衰竭后，可由于強(qiáng)烈的炎性反應(yīng)使心臟出現(xiàn)進(jìn)一步損傷和心臟收縮及擴(kuò)張功能障礙。組織損傷期間的細(xì)胞碎片（如細(xì)胞外ATP）釋放對(duì)NLRP3炎性小體的構(gòu)想有重要意義。

4 NLRP3與心臟缺血再灌注損傷的關(guān)系

在缺血基礎(chǔ)上恢復(fù)血流后組織損傷反而加重，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象稱(chēng)為缺血再灌注損傷（ischaemia-reperfusion injury，I/R）。其是一個(gè)炎癥反應(yīng)的級(jí)聯(lián)過(guò)程，包括血管微循環(huán)的破壞、炎性細(xì)胞的激活、活性氧及有關(guān)炎癥介質(zhì)（如IL-1β、IL-18）的釋放，最終導(dǎo)致細(xì)胞的壞死凋亡及器官功能障礙。因此及時(shí)有效的血運(yùn)重建，可以挽救心肌，減少心肌的梗死面積。心臟的I/R損傷過(guò)程存在無(wú)菌炎癥反應(yīng)，且由NLRP3炎性小體介導(dǎo)。Sandanger[23]等以小鼠和大鼠為例建立永久性心肌梗死模型，發(fā)現(xiàn)NLRP3、IL-1β、IL-18表達(dá)量在心肌缺血處冠狀動(dòng)脈血管明顯增加。而在NLRP3缺陷的小鼠和大鼠中，其心臟的功能、缺氧程度在心臟缺血再灌注后都明顯改善。Liu[24]等在小鼠身上建立心臟缺血再灌注模型，將 NLRP3炎性體抑制劑注射入冠心病小鼠心肌或腹腔內(nèi)，發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞中巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)明顯減少，同時(shí)發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞的凋亡和梗死面積與NLRP3有關(guān)。Marchetti[25]等通過(guò)建立小鼠心肌缺血再灌注模型，發(fā)現(xiàn)缺血再灌注小鼠的心臟梗死面積顯著減少，血清心肌肌鈣蛋白I水平下降。說(shuō)明在一定程度上小鼠心肌細(xì)胞死亡可被NLRP3炎性小體抑制劑阻止。此外，體外實(shí)驗(yàn)證明心肌成纖維細(xì)胞主要介導(dǎo)炎癥的活化，占心肌組織細(xì)胞的2/3，剩余1/3為心肌細(xì)胞。心肌缺血再灌注后心肌成纖維細(xì)胞表達(dá)明顯上調(diào)，IL-1β、IL-18表達(dá)明顯增高[26]，NLRP3炎性小體可被受損的心肌細(xì)胞通過(guò)釋放ATP激活，進(jìn)而釋放IL-1β、IL-18，引發(fā)炎癥反應(yīng)[27]。炎癥反應(yīng)進(jìn)一步誘發(fā)其他相關(guān)細(xì)胞因子的釋放，從而導(dǎo)致缺血心肌炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)，加重心肌損傷。此外，參與心肌損傷的過(guò)程也包括死亡的炎性細(xì)胞。

越來(lái)越多的研究表明，天然免疫在缺血再灌注的炎性損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用，先天免疫通過(guò)模式識(shí)別受體（pathogen-recog-nition receptors，PRRs）識(shí)別在缺血再灌注損傷中受損細(xì)胞釋放的損傷相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）從而引發(fā)炎癥趨化及損傷。其中 NLRP3在缺血再灌注損傷中發(fā)揮重要作用，并且是重要的模式識(shí)別受體。

5 結(jié)語(yǔ)

NLRP3炎性小體作為目前研究最多的炎性小體，與多種炎性疾病的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系，在激發(fā)和調(diào)節(jié)固有免疫及炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。盡管研究證實(shí)NLRP3 炎性小體被激活，隨之即可產(chǎn)生IL-1β 等細(xì)胞因子，在促動(dòng)脈粥樣硬化、心力衰竭、心臟缺血再灌注損傷中發(fā)揮作用。故阻斷或抑制NLRP3的活化可能成為新的靶點(diǎn)。但NLRP3炎性小體在不同生理?xiàng)l件下的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制尚不清楚。要想充分了解炎癥疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程及對(duì)炎癥疾病進(jìn)行有針對(duì)性的治療，對(duì)于炎性小體的研究必將成為不可缺少的一部分?？梢灶A(yù)計(jì)，NLRP3 炎性小體在體內(nèi)的表達(dá)水平及其在人體不同疾病狀態(tài)中的研究將可能成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。

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本文編輯：趙小龍