NLRP3炎癥小體在肝纖維化形成中作用的研究進(jìn)展

李凡，白紀(jì)紅，梁志清

(1 桂林醫(yī)學(xué)院，廣西桂林541004；2 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

肝纖維化是各種慢性肝損傷發(fā)展為肝硬化的必經(jīng)階段，是一種可逆性創(chuàng)傷修復(fù)反應(yīng)，與肝細(xì)胞再生、肝臟炎癥反應(yīng)共同構(gòu)成機(jī)體抗損傷反應(yīng)。炎癥小體是細(xì)胞內(nèi)的一種大型多蛋白復(fù)合物，由識(shí)別分子、接頭分子及效應(yīng)分子三部分組成。識(shí)別分子包括NOD樣受體家族(NLRs)的NLRP1、NLRP3、IPAF及HIN200家族的細(xì)胞質(zhì)DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子2[1，2]，作為機(jī)體固有免疫系統(tǒng)的感受器，能夠識(shí)別不同病原體的分子模式，包括外源性病原相關(guān)分子模式(PAMPs)和內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)[3]；再通過(guò)接頭分子，即具有半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(caspase)激活及招募結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC)，激活效應(yīng)分子，如caspase-1，促進(jìn)炎癥因子(如IL-1β)成熟，參與細(xì)胞炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)固有免疫。近年研究發(fā)現(xiàn)，炎癥小體在肝纖維化過(guò)程中具有重要作用[4]。本文結(jié)合文獻(xiàn)就NLRP3炎癥小體在肝纖維化形成中的作用作一綜述。

1 NLRP3炎癥小體概述

NLRP3炎癥小體是目前研究最多、具有最廣泛激活劑的炎癥小體，可被細(xì)菌(如金黃色葡萄球菌、霍亂弧菌)、真菌(如白色念珠菌、煙曲霉菌)、病毒(如流感病毒、丙肝、腦心肌炎病毒)、寄生蟲(chóng)(如曼氏血吸蟲(chóng)、屋塵螨)等病原微生物活化。此外，非病原體產(chǎn)生的DAMPs也可以激活NLRP3炎癥小體，如胞外高濃度三磷酸腺苷(ATP)、穿孔毒素、紫外線照射等多種環(huán)境損傷以及一些晶體類物質(zhì)，如尿酸結(jié)晶、二氧化硅、石棉等[5]。

激活NLRP3炎癥小體需要2個(gè)信號(hào)：首先TLR配體誘導(dǎo)NF-κB活化，促進(jìn)NLRP3基因轉(zhuǎn)錄，使NLRP3、IL-1β及IL-18前體表達(dá)增加[6]；以上述激活劑作為第二信號(hào)，使NLRP3與ASC及caspase-1組裝成炎癥小體，并誘導(dǎo)成熟的IL-1β切割和釋放。目前NLRP3炎癥小體激活途徑大致分為3種：①細(xì)胞內(nèi)鉀離子外流：胞外高濃度的ATP刺激P2X7嘌呤受體[7]，引起鉀離子外流，泛連接蛋白膜通道的形成，從而使胞外NLRP3的激動(dòng)劑直接進(jìn)入胞內(nèi)，促進(jìn)NLRP3炎癥小體的聚集及活化；②溶酶體破裂釋放：某些結(jié)晶體或特殊顆粒被內(nèi)吞入巨噬細(xì)胞，最終導(dǎo)致溶酶體破裂，釋放的內(nèi)容物可直接促進(jìn)NLRP3炎癥小體的聚集及活化；③活性氧(ROS)產(chǎn)生：PAMPs及DAMPs均可誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS，從而激活ROS依賴的信號(hào)通路；除此之外，ROS也可促進(jìn)硫氧還蛋白與NLRP3炎癥小體的結(jié)合，直接誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體激活[8]。但也有報(bào)道表明，ROS在炎癥小體的激活過(guò)程中不是必要的[9]。

近年發(fā)現(xiàn)了一種伴隨著炎癥反應(yīng)的細(xì)胞程序性死亡方式——細(xì)胞焦亡，其形態(tài)學(xué)上同時(shí)具有壞死和凋亡的特征。細(xì)胞焦亡是一種由炎性半胱天冬酶介導(dǎo)的細(xì)胞死亡模式[10，11]。與凋亡細(xì)胞相似，焦亡細(xì)胞亦會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞核濃縮、染色質(zhì)DNA斷裂以及TUNEL染色陽(yáng)性、Annexin V染色陽(yáng)性等。細(xì)胞焦亡最主要的特點(diǎn)是能通過(guò)內(nèi)源性或外源性刺激作用于炎癥小體，進(jìn)而激活炎性半胱天冬酶，通過(guò)細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化和炎癥因子釋放，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡和炎癥反應(yīng)。炎癥和焦亡是先天性免疫系統(tǒng)對(duì)病原體的關(guān)鍵反應(yīng)，為避免其對(duì)宿主生物的過(guò)度損傷，通過(guò)激活炎性半胱天冬酶來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞焦亡并釋放出炎性物質(zhì)[12，13]。在遺傳性肥胖小鼠中，肝細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可誘發(fā)NLRP3炎癥小體激活并介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞焦亡[14]。因此，炎癥小體激活后還能通過(guò)細(xì)胞焦亡參與機(jī)體炎癥反應(yīng)。

2 NLRP3炎癥小體在肝纖維化中的作用

肝纖維化是一個(gè)涉及多種細(xì)胞和細(xì)胞因子的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致肝纖維化及大多數(shù)慢性肝臟疾病發(fā)病的常見(jiàn)原因。近年研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體的激活是肝臟損傷和肝纖維化形成的關(guān)鍵分子機(jī)制[3]。NLRP3炎癥小體存在于各種內(nèi)源性免疫細(xì)胞(如枯否細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞)以及非免疫細(xì)胞(如肝細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞)。肝臟內(nèi)的細(xì)胞都能促進(jìn)炎癥細(xì)胞活化，不同細(xì)胞中炎癥小體的活化機(jī)制尚未完全清楚。

2.1 NLRP3炎癥小體與肝星狀細(xì)胞 肝星狀細(xì)胞是細(xì)胞外基質(zhì)的主要來(lái)源，在肝纖維化形成中具有關(guān)鍵性作用。當(dāng)各種致病因素造成肝臟損傷時(shí)，肝星狀細(xì)胞被激活分化為肌成纖維樣細(xì)胞，該細(xì)胞具有可收縮性、促炎效應(yīng)以及促纖維化等性質(zhì)，可分泌細(xì)胞外基質(zhì)的多種成分，如α平滑肌肌動(dòng)蛋白、膠原蛋白等。研究表明，在肝星狀細(xì)胞中的NLRP3炎癥小體活化可導(dǎo)致α平滑肌肌動(dòng)蛋白陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量增加，而α平滑肌肌動(dòng)蛋白陽(yáng)性是肝星狀細(xì)胞活化的關(guān)鍵標(biāo)志物，與肝纖維化的發(fā)展密切相關(guān)。此外，抑制NLRP3炎癥小體能減輕肝臟炎癥反應(yīng)，降低膠原1和金屬蛋白酶組織抑制因子1蛋白表達(dá)。因此，NLRP3炎癥小體活化可激活肝星狀細(xì)胞，繼而導(dǎo)致肝纖維化發(fā)生、發(fā)展。

2.2 NLRP3炎癥小體與枯否細(xì)胞 枯否細(xì)胞是位于肝竇內(nèi)的巨噬細(xì)胞，占肝臟所有非實(shí)質(zhì)細(xì)胞的20%～35%，具有吞噬、抗原提呈及免疫調(diào)節(jié)等功能?？莘窦?xì)胞能通過(guò)表達(dá)模式識(shí)別受體(如TLR)、甘露糖受體和NOD樣受體(如NLRs)來(lái)識(shí)別PAMPs、DAMPs?？莘窦?xì)胞分泌的細(xì)胞因子可介導(dǎo)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致組織重塑和纖維化?？莘窦?xì)胞還是ROS的重要來(lái)源，可促進(jìn)肝星狀細(xì)胞活化以及膠原合成，繼而導(dǎo)致肝纖維化。用氯化釓阻斷KC功能，可顯著降低NLRP3炎癥小體的表達(dá)及其信號(hào)通路的激活，抑制甲硫氨酸和膽堿缺乏誘導(dǎo)的caspase-1活化以及肝纖維化的發(fā)展[15]。上述說(shuō)明枯否細(xì)胞對(duì)炎癥小體的活化具有關(guān)鍵性作用。有研究還發(fā)現(xiàn)，LPS的主要配體TLR4通過(guò)LPS刺激枯否細(xì)胞釋放各種細(xì)胞因子，導(dǎo)致肝纖維化的發(fā)生；LPS還可在枯否細(xì)胞上結(jié)合TLR2，TLR2配體在枯否細(xì)胞中能增加NLRP3炎癥小體活化，從而誘導(dǎo)caspase-1活化并釋放IL-1α和IL-1β。說(shuō)明枯否細(xì)胞在發(fā)揮防御作用的同時(shí)，可釋放多種化學(xué)介質(zhì)介導(dǎo)肝臟損傷，在肝臟病理性改變中具有重要作用。

2.3 NLRP3炎癥小體與巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞在肝纖維化過(guò)程中具有雙向調(diào)控作用，這可能與其表型有關(guān)。根據(jù)巨噬細(xì)胞表型可分為經(jīng)典活化M1型和替代活化M2型。M1型巨噬細(xì)胞具有促炎特征，如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)及TNF、IL-1β或ROS的分泌；而M2型巨噬細(xì)胞具有抗炎或促分解功能，如精氨酸酶1表達(dá)、IL-10分泌或高吞噬能力[16]。用IFN-γ刺激的M1型巨噬細(xì)胞能特異性誘導(dǎo)caspase-1、caspase-4表達(dá)，繼而激活NLRP3炎癥小體；在IL-4、IL-13極化的M2型巨噬細(xì)胞中，NLRP3炎癥小體不能被激活[17]。說(shuō)明NLRP3炎癥小體活化與巨噬細(xì)胞分型密切有關(guān)。

2.4 NLRP3炎癥小體與還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOXs) NOXs在肝纖維化過(guò)程中具有重要作用。各種NOXs激動(dòng)劑能刺激肝星狀細(xì)胞和肌成纖維樣細(xì)胞中促纖維化因子釋放，誘發(fā)肝纖維化；在細(xì)胞內(nèi)還可直接攻擊細(xì)胞膜或蛋白質(zhì)等造成氧化損傷或間接激活氧化還原信號(hào)途徑誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡。NOXs作為ROS的主要供體，介導(dǎo)氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)損傷，分泌細(xì)胞因子、趨化因子，觸發(fā)KC和肝星狀細(xì)胞活化。肝纖維化患者NOX4表達(dá)升高，NOX4表達(dá)和ROS產(chǎn)生增加能激活NLRP3炎癥小體和肝星狀細(xì)胞活化，增加膠原蛋白產(chǎn)生，繼而加重肝纖維化[18]。因此，NOXs抑制劑能通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體活化，發(fā)揮對(duì)肝纖維化的保護(hù)作用。

2.5 NLRP3炎癥小體與血管緊張素 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)是抗肝纖維化藥物的重要作用靶點(diǎn)。其中血管緊張素具有促氧化功能，是肝損傷或肝纖維化的重要介質(zhì)。血管緊張素的主要成分為AngⅡ，可通過(guò)與AT1受體結(jié)合，激活下游多條信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)控促肝纖維化的目標(biāo)基因。近年研究發(fā)現(xiàn)，Ang(1-7)能通過(guò)抑制NLRP3炎性小體活化、減少膠原蛋白合成，對(duì)抗AngⅡ在肝纖維化中氧化還原作用，降低肝纖維化程度[19]。由此可見(jiàn)，在肝纖維化過(guò)程中，血管緊張素對(duì)NLRP3炎癥小體活化及對(duì)抗肝細(xì)胞的氧化還原能力等具有重要作用。

3 與NLRP3炎癥小體相關(guān)的抗肝纖維化策略

3.1 以NLRP3炎癥小體為靶向的策略 迄今為止，僅有極少數(shù)藥物能直接作用于炎癥小體，如MCC950。MCC950作為一種選擇性NLRP3炎癥小體活化的小分子抑制劑，能阻斷經(jīng)典和非經(jīng)典的NLRP3活化途徑[20]。近年研究發(fā)現(xiàn)，胞外高濃度的ATP能激活P2X7觸發(fā)NLRP3炎癥小體活化，而P2X7特異性抑制劑A438079能減弱四氯化碳誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠肝細(xì)胞死亡和炎性浸潤(rùn)[21]。因此，未來(lái)有必要以NLRP3炎癥小體及其胞質(zhì)受體為靶向研究抗肝纖維化的藥物。

3.2 以IL-1受體為靶向的策略 IL-1β是NLRP3炎癥小體中研究最為廣泛的下游介質(zhì)；其可劑量依賴性地促進(jìn)肝星狀細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)分化。研究發(fā)現(xiàn)，在IL-1β或IL-1受體Ⅰ型敲除小鼠脂肪變性和肝纖維化程度明顯減輕，而IL-1R拮抗劑基因敲除小鼠會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的脂肪變性和肝纖維化，其肝臟內(nèi)IL-1β、TGF-β水平明顯升高[22]。因此，干擾IL-1信號(hào)通路是阻止NLRP3炎癥小體激活的方法之一，如重組IL-1受體拮抗劑(阿那白滯素)、人源化單克隆抗IL-1β抗體等。

3.3 半胱天冬酶抑制劑 程序性細(xì)胞死亡是造成肝損傷和肝纖維化的標(biāo)志，其過(guò)程由許多半胱天冬酶參與。從小鼠分離的肝細(xì)胞經(jīng)NLRP3炎癥小體活化，半胱天冬酶活性明顯增加，繼而誘發(fā)細(xì)胞焦亡，故用半胱天冬酶抑制劑可抑制肝細(xì)胞焦亡和肝纖維化[23，24]。未來(lái)通過(guò)半胱天冬酶抑制劑治療肝纖維化的應(yīng)用前景將非常廣闊。

綜上所述，炎癥反應(yīng)在肝纖維化過(guò)程中具有至關(guān)重要作用，當(dāng)肝臟受到各種危險(xiǎn)信號(hào)影響時(shí)，炎癥小體作為關(guān)鍵的調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)促炎因子的活化和釋放，引起肝臟損傷甚至肝纖維化。對(duì)炎癥小體活化通路的干預(yù)調(diào)控及炎癥小體的靶向抑制將有可能為肝纖維化的治療提供新方法。

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