NLRP3炎癥小體與眼科疾病的研究進展

楊延婷　趙越　吳麗潔　張霽　張丹　吳丹艷　馬曉芃，

上海中醫(yī)藥大學(xué)（上海 201210）；上海市針灸經(jīng)絡(luò)研究所（上海 200030）

先天免疫系統(tǒng)中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD樣受體（NLRs）可以通過寡聚體化形成一個多亞基的復(fù)合體——炎癥小體，進而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（cas?pases 1），將酶原形式的caspase快速轉(zhuǎn)化為活性蛋白酶，最終促進炎癥因子白介素1β（IL?1β）和IL?18成熟和分泌，引起炎癥反應(yīng)甚至導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［1］。近幾年研究發(fā)現(xiàn)NL?RP3與眼科常見疾病有密切聯(lián)系。本研究就NLRP3炎癥小體的活化信號、激活通路及與眼科疾病相關(guān)的近期研究作一綜述。

1　NLRP3炎癥小體的激活和調(diào)控

NLRP3是最具有特征性的一類炎癥小體，由胞質(zhì)模式識別受體、蛋白酶caspase 1和一個促進兩者相互結(jié)合的適應(yīng)性分子ASC三部分構(gòu)成。啟動信號由核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF?κB）上調(diào)NLRP3和IL?1β前體的表達，隨后的激活信號由各種NLRP3?活化劑提供以促進炎性體復(fù)合物的形成［2］。

目前認(rèn)為NLRP3炎癥小體可能的激活機制有4種：（1）致病微生物細(xì)胞外的ATP激活表面受體P2X7，打開離子通道以介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)K+外流，并且使半通道蛋白Pannexin?1在細(xì)胞膜上形成小孔，從而使胞外的配體進入細(xì)胞中而導(dǎo)致了NLRP3炎癥小體的激活［3］；（2）溶酶體遭到破壞，進而誘導(dǎo)組織蛋白酶B等釋放到胞漿中，通過直接或間接的方式激活NLRP3炎癥小體［4］；（3）損傷的線粒體所釋放的活性氧（reactive oxygen species，ROS）被認(rèn)為是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵，而ROS可以作為共同的信號來激活NLRP3炎癥小體［5］；（4）Ca2+依賴性信號觸發(fā)了NLRP3炎癥細(xì)胞的組裝［6］。

3　NLRP3炎癥小體與眼科疾病

3.1NLRP3與黃斑變性年齡相關(guān)性黃斑變性（age?related macular degeneration，AMD）是中老年人常見的致盲性眼病，早期視力喪失不明顯，僅以玻璃疣數(shù)量和大小作為疾病進展的標(biāo)志，晚期以視網(wǎng)膜色素上皮的萎縮、光感受器變性為特點。該病發(fā)病與衰老、營養(yǎng)失衡和遺傳等多種因素參與發(fā)病有關(guān)，并且氧化應(yīng)激和炎癥在其發(fā)病中發(fā)揮作用［7］。

視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）細(xì)胞對維持視細(xì)胞功能具有重要意義，并且與黃斑變性的發(fā)生密切相關(guān)。在兩種類型AMD的進展期中均可發(fā)現(xiàn)RPE細(xì)胞中NLRP3的上調(diào)。對RPE細(xì)胞中NLRP3的激活物的研究發(fā)現(xiàn)：RPE細(xì)胞內(nèi)溶酶體不穩(wěn)定會引發(fā)NLRP3炎癥小體的激活，進而導(dǎo)致AMD病理中前炎性細(xì)胞因子IL?1β的釋放［8］。此外，RPE細(xì)胞功能發(fā)生障礙，或代謝產(chǎn)物排出障礙使RPE細(xì)胞發(fā)生腫脹、空泡變性等改變時，變性的RPE細(xì)胞會成為局部的炎性刺激，不但能激活NLRP3炎癥小體，還可分泌某些細(xì)胞因子并啟動新生血管生長的過程［9］。

視網(wǎng)膜可以通過調(diào)控補體激活的程度來形成內(nèi)穩(wěn)態(tài)環(huán)境，當(dāng)慢性持續(xù)病理刺激導(dǎo)致補體系統(tǒng)處于超負(fù)荷工作狀態(tài)時，會導(dǎo)致大量激活的補體因子形成膜攻擊復(fù)合物（membrane attack complex，MAC）［10］。插入細(xì)胞膜的MAC通過破壞局部磷脂雙層結(jié)構(gòu)形成穿膜的親水性孔道，最終導(dǎo)致細(xì)胞崩解。其作為年齡相關(guān)性黃斑變性發(fā)病的關(guān)鍵因素之一，也是NLRP3炎癥小體潛在激活體［11］。研究發(fā)現(xiàn)抑制RPE和脈絡(luò)膜中MAC的形成和繼發(fā)的NLRP3炎癥小體的激活可以減少外層視網(wǎng)膜中與IL?18和IL?1β有關(guān)的慢性炎癥［12］。在病理情況下IL?18可以阻止視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜和角膜新血管生成，這一過程與巨噬細(xì)胞中的NLRP3炎癥小體滲透至Bruch′s膜并分泌大量IL?18，從而在各種血管床發(fā)揮抑制血管生成的作用有關(guān)［13］。血管內(nèi)皮生長因子A（VEGF?A）增加會導(dǎo)致氧化損傷和NLRP3炎癥小體及下游的IL?1β的更高表達，從而引起新生血管和非滲出性AMD樣病理改變［14-16］。臨床研究中發(fā)現(xiàn)AMD患者的玻璃體內(nèi)和血清中NLRP3炎癥小體激活并釋放IL?1β和IL?18增加［15］。利用可以抑制核轉(zhuǎn)錄因子NF?κB活性的藥物長春西汀來阻斷視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞NLRP3的啟動，結(jié)果提示NF?κB抑制劑可能是改善AMD的發(fā)展過程中慢性炎性環(huán)境的一個有效方法［16］。

3.2NLRP3與急性青光眼急性青光眼以眼壓突然大幅上升和隨后的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（retinal ganglion cell，RGC）死亡為特征，并被公認(rèn)是永久性的視力喪失和導(dǎo)致不可逆失明的重要原因之一［17］。對導(dǎo)致眼壓迅速升高的原因和RGC死亡具體機制的研究越來越受到重視。研究發(fā)現(xiàn)RGC死亡的信號通路，與toll樣受體4（TLR4）和NLRP3介導(dǎo)的IL?1β有密切的聯(lián)系。

通過小鼠的高眼壓模型發(fā)現(xiàn)急性青光眼眼壓升高會觸發(fā)TLR4的表達增加，繼而啟動caspase?8和NLRP3的表達并促進IL?1β的激活、釋放。抑制TLR4或caspase?8的信號會明顯減少IL?1β的產(chǎn)生并減輕視網(wǎng)膜的缺血性損傷［18］。針對RGC死亡的研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3在視神經(jīng)壓迫損傷后的視網(wǎng)膜小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中上調(diào)，從損傷部位到視神經(jīng)頭，可在一天發(fā)展到整個視網(wǎng)膜［19］。通過下調(diào)NLRP3的表達進而抑caspase?8的激活，可以明顯使RGC死亡數(shù)目變少，同時揭示了caspase?8在TLR4介導(dǎo)的炎癥小體激活及caspase?1依賴的NLRP3炎癥小體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在介異急性青光眼中的關(guān)鍵作用［18］。以往的研究表明NLRP3可以通過促進人高遷移率族蛋白B1的釋放參與缺血再灌注損傷［20］。急性青光眼形成和發(fā)展中存在一個新穎的信號通路，即高遷移率族蛋白B1對急性升高的眼內(nèi)壓做出反應(yīng)，激活典型的NLRP3和非典型的caspase?8炎癥小體，繼而釋放IL?1β［21］。這些結(jié)果有助于對急性青光眼發(fā)病過程中固有免疫的作用提供新的思路，同時也為急性青光眼視力保護提供了一個在潛在的治療策略。

3.3NLRP3與干眼癥干眼癥是指任何原因造成的淚液質(zhì)或量異?；騽恿W(xué)異常，導(dǎo)致淚膜穩(wěn)定性下降，并伴有眼部不適和（或）眼表組織病變特征的多種疾病的總稱［22］。角結(jié)膜作為眼部面對不同感染源的第一道防線，面臨著各種環(huán)境問題。如暴露于低濕度、高風(fēng)速環(huán)境，或長時間注視視頻顯示終端，可能會增加淚液蒸發(fā)，減少淚液體積。對干燥環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)、淚液滲透壓升高、多原因引起的淚腺釋放促炎癥反應(yīng)細(xì)胞因子、瞬目異常等均可引起眼表炎癥反應(yīng)。在干眼癥的臨床和動物實驗研究中，干燥應(yīng)激引起的IL?1β成熟和釋放是致病的關(guān)鍵［23］。干眼癥發(fā)生、發(fā)展的一些危險因素，如年齡、干燥環(huán)境和佩戴角膜接觸鏡等因素均有可能引起NLRP3炎癥小體的表達，在干眼癥中NLRP3在不同環(huán)境中如低濕度及滲透壓改變等情況下被激活的機制仍有待闡明。

干眼癥患者及干眼小鼠模型在氧化應(yīng)激及活性氧刺激下會引發(fā)NLRP3炎癥小體激活［24-25］。研究發(fā)現(xiàn)潛在NLRP3激活信號通路，即環(huán)境應(yīng)激會通過活性氧誘導(dǎo)的氧化損傷和BRCC36去泛素酶激活NLRP3炎癥小體并引起炎癥［26］。環(huán)境應(yīng)激與上皮細(xì)胞在先天免疫反應(yīng)中的直接聯(lián)系在很大程度上是未知的，探索NLRP3炎癥小體與干眼癥的關(guān)系能使疾病過程中的相關(guān)因素更加明確，并且可以提高靶向治療的發(fā)展。所以進一步研究應(yīng)該關(guān)注干眼炎癥NLRP3相關(guān)信號通路的調(diào)控機制及 caspase?1、IL?1β和IL?18在干眼癥發(fā)病中的具體作用，探究抑制炎癥小體形成是否可以作為一個治療干眼癥的可行目標(biāo)。

3.4NLRP3與其他疾病NLRP3基因敲除小鼠比野生型小鼠基質(zhì)角膜炎出現(xiàn)時間更早并且更嚴(yán)重，血管生成分?jǐn)?shù)也相對較高。角膜伴有更高水平的趨化因子和細(xì)胞因子如IL?1β、IL?18，中性粒細(xì)胞水平也隨之增高［27］。提示NLRP3炎癥小體對皰疹性角膜基質(zhì)炎的發(fā)病具有調(diào)控作用。此外有研究顯示在金黃色葡萄球菌感染的結(jié)膜上皮細(xì)胞中也存在激活的炎癥小體［28］。在高血壓和高脂飲食誘導(dǎo)視網(wǎng)膜氧化和炎癥反應(yīng)中，NLRP3炎癥小體的活化劑硫氧還蛋白相互作用蛋白表達顯著升高，并認(rèn)為它是高脂飲食誘導(dǎo)的NLRP3的激活和內(nèi)皮細(xì)胞釋放IL?1β所必須的物質(zhì)［29］。

4　小結(jié)

NLRP3炎癥小體在調(diào)節(jié)先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。許多有價值的研究已經(jīng)證實它在炎癥相關(guān)疾病發(fā)生和發(fā)展中的重要性。眼科炎癥性病變給患者帶來極大的痛苦，例如各種角膜炎、虹膜睫狀體炎、眼瞼炎等等，而NLRP3炎癥小體是危險信號誘導(dǎo)眼科炎癥性疾病發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。眼表由于特殊的屏障結(jié)構(gòu)，內(nèi)外危險信號及病原體可以激活NLRP3炎癥小體，促進IL?1β和IL?18成熟分泌，進而加速疾病進展。因此，進一步研究NLRP3在眼病中的生物學(xué)特性及調(diào)節(jié)機制，應(yīng)用相關(guān)生物制劑或生物學(xué)方法阻斷NLRP3激動信號通路可發(fā)揮對疾病的治療作用，對開辟眼病治療的分子生物學(xué)途徑具有重要的意義。

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