NLRP3炎癥小體在真菌感染中的作用機制研究進展

姬名碩 王曉東 帕麗達·阿布利孜

(新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院皮膚科，烏魯木齊 830054)

固有免疫是宿主抵抗病原微生物入侵的第一道防線，也在誘導及激活獲得性免疫反應中發(fā)揮重要的作用。固有免疫系統(tǒng)主要是通過模式識別受體(pattern-recognition receptor, PRR)來識別外源性病原體相關分子模式(PAMPs)和內(nèi)源性損傷相關分子模式(DAMPs)[1]。其中最常見的PRR主要有C型凝集素受體(CIRs)、TOLL樣受體(TLRs)、視黃酸誘導基因I樣受體(RLRs)、NOD樣受體(NLRs)、和AIM2樣受體(AIRs)等[2-3]。炎癥小體是一類由胞漿內(nèi)PRRs參與組裝的多蛋白復合體，PRRs能夠快速識別PAMPs或DAMPs從而使炎癥小體進行自身寡聚化，并招募接頭分子凋亡相關微粒蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD,ASC)，后者招募天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶的前體半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(pro-caspase-1)自我剪切活化，并產(chǎn)生有酶活性的半胱天冬蛋白酶(Caspase-1)通過對促炎癥因子 IL-1β[4]和IL-18的激活引起宿主的炎癥反應[5]。在眾多的炎癥小體類型中，NLRs及其參與組成的炎癥小體在感染性疾病、自身免疫性疾病、炎癥性疾病等多種疾病中扮演著重要的角色，NLR家族成員包括NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRP6、NLRC4和潛在的NLRP12[6,7]。其中對NLRP3炎癥小體的研究最多，以往有研究證實它在抗真菌免疫中發(fā)揮重要作用[8]，現(xiàn)分別就NLRP3炎癥小體調(diào)控的淺部與深部真菌感染所產(chǎn)生的免疫應答機制研究進展予以綜述。

1 NLRP3炎癥小體及其促炎機制研究

炎癥小體通過持續(xù)活化引起促炎因子的過度表達，從而引發(fā)慢性炎癥及自身免疫性疾病的發(fā)生。炎癥小體是由凋亡相關微粒蛋白(ASC)、 Caspase蛋白酶以及NOD樣受體(NOD-like receptor， NLR) 家族蛋白3部分組合而成的蛋白復合物，其中NOD是其結(jié)構(gòu)域中最為重要的部分，又稱NOD結(jié)構(gòu)域，C端是LRR，其N端是PYD[7,9]。NLRP3炎癥小體主要由骨髓來源的巨噬細胞產(chǎn)生，當巨噬細胞在NLRP3激活劑的刺激下產(chǎn)生一系列的炎癥反應，首先其N端的PYD與接頭蛋白ASC結(jié)合來募集pro-caspase-1，并使pro-caspase-1自身剪切活化，活化后的Caspase-1會對IL-1β和IL-18的前體進行加工，并使其成熟并且分泌到細胞外，從而介導炎癥反應[10]。

當前激活NLRP3炎癥小體的具體機制目前并不確定，但存在3種可能機制。第一， 活性氧物質(zhì)(ROS) 模型。有研究表明線粒體呼吸鏈產(chǎn)生ROS是激活NLRP3炎癥小體的關鍵[11]，因為目前發(fā)現(xiàn)的所有NLRP3激活劑都能夠誘導產(chǎn)生ROS,因此認為ROS可以作為共同的信號來激活NLRP3炎癥小體, 并且ROS 的抑制劑或清除劑都能抑制NLRP3 炎癥小體的激活[12-14]。第二，半通道模型。NLRP3炎癥小體的激活依賴細胞內(nèi)的低K+環(huán)境[15]，當胞外的ATP激活其細胞表面受體P2X7 后, 其介導的離子通道打開, 使鉀離子外流, 鈣離子內(nèi)流，并能夠通過Pannexin-1在細胞膜形成小孔[16], 進而微生物分子進入細胞內(nèi)激活NLRP3 炎癥小體。第三，溶酶體破壞模型。此機制主要適用于晶體類物質(zhì)如MSU 晶體、硅石、石棉、β淀粉樣蛋白、鋁佐劑以及膽固醇晶體對NLRP3炎癥小體的激活，此類物質(zhì)物質(zhì)通過胞吞的方式進入細胞后導致溶酶體膜結(jié)構(gòu)的破壞并釋放組織蛋白酶B(Cathepsin-B)，并且Cathepsin-B在NLRP3炎癥小體的激活過程中起關鍵作用[17,18]。但NLRP3炎癥小體的其他激活機制, 還有待進一步研究。

2 NLRP3炎癥小體與淺部真菌感染

許蘭毛癬菌(T.schoenleinii)和犬小孢子菌(M.canis)是頭癬的主要致病菌，其中許蘭毛癬菌是黃癬主要致病菌，黃癬在新疆地區(qū)的發(fā)病率仍然較高。犬小孢子菌是人獸共患菌,于全國范圍內(nèi)普遍存在,傳染性極強,發(fā)病率有逐年上升趨勢。犬小孢子菌可引起頭癬，也可通過貓犬等動物的接觸傳染給人類造成皮膚癬菌病。這些真菌引起的炎癥機制尚不清楚，但近期有研究顯示NLRP3 炎癥小體可被以上菌種或其成分通過直接或者間接途徑激活，產(chǎn)生有活性的炎癥因子在宿主的免疫中發(fā)揮重要作用[19,20]。

2.1 許蘭毛癬菌(T. schoenleinii)

許蘭毛癬菌是屬于毛癬菌屬。許蘭毛癬菌是引起黃癬的致病菌，是頭癬可致嚴重的炎癥反應最激烈的一種類型，皮損愈合后可遺留萎縮性瘢痕和永久性脫發(fā)[21]。許蘭毛癬菌引起宿主嚴重的炎癥反應的機制至今尚不清楚。最新研究表明許蘭毛癬菌觸發(fā)的炎癥機制與NLRP3炎癥小體有關。研究證實，在NLRP3和shRNAc沉默的THP-1細胞體系中， IL-1β的釋放受到了嚴重抑制[20]，可見許蘭毛癬菌誘導IL-1β生產(chǎn)是依賴NLRP3 炎性小體的激活。有研究用提高膜外K+濃度的辦法來抑制ROS的產(chǎn)生和K+的外流，之后再用菌絲刺激，炎癥小體也不能夠再被激活[22]。說明ROS和K+的外流在許蘭毛癬菌激活NLRP3炎癥小體起著重要的作用。

2.2 犬小孢子菌(M.canis)

犬小孢子菌屬于皮膚癬菌的小孢子菌屬，是親動物性皮膚癬菌，是體癬、頭癬的主要致病菌之一，其存在于貓和犬的皮毛上，當人接觸被感染的動物后傳染給人類，引起體癬和頭癬。宿主對犬小孢子菌的識別與應答高度依賴天然免疫系統(tǒng)。研究用犬小孢子菌去感染 NLRP3 或 ASC 基因沉默的 THP-1 細胞。結(jié)果表明，犬小孢子菌感染的 NLRP3 和 ASC 基因沉默的 THP-1 細胞中 IL-1β的產(chǎn)生均劇烈下降，可見在犬小孢子菌刺激細胞分泌抗炎因子IL-1β的過程中NLRP3炎性小體起了重要作用[23,24]。

3 NLRP3炎癥小體與深部真菌感染

白念珠菌(Candidaalbicans)、煙曲霉(A.fumigatus)及新生隱球菌(Cryptococcusneoformans)是深部真菌感染的主要致病菌種。其中白念珠菌為常見的機會致病菌，念珠菌屬是引起院內(nèi)感染的常見病原菌之一，死亡率高達50%[25]。煙曲霉是自然界中常見的機會致病菌，目前導致免疫缺陷住院患者獲得性深部真菌感染的病原體中，煙曲霉菌僅次于白念珠菌[26]，可引起侵襲性肺曲霉病(IPA)等嚴重感染。新生隱球菌主要侵犯人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導致嚴重感染及相關并發(fā)癥，死亡率為10% ～25%[27]。近年研究發(fā)現(xiàn)深部真菌抗感染機制可能與NLRP3炎癥小體相關[28,29,30]，以下對其展開介紹。

3.1 白念珠菌(Candida albicans)

白念珠菌是最常見的條件致病菌，正常情況下可寄生于人體黏膜、皮膚等并不引起疾病，當人體免疫力下降時可引相關系統(tǒng)性感染。白念珠菌致病菌種分為內(nèi)源性和外源性兩種，病原體侵入到人體后是否會致病取決于其數(shù)量、毒力、入侵途徑及機體的適應性，機體的抵抗力和其他因素[31]。研究表明NLRP3 能識別白念珠菌，啟動NALP3 炎癥復合體活化并誘導pro-IL-1β加工、成熟和分泌[32,33]。這是由于白念珠菌細胞壁由β-葡聚糖、殼多糖和甘露聚糖等構(gòu)成，這些都是引發(fā)真菌固有免疫的激活劑[34,35]。這些激活劑可以通過激活NLRP3炎癥小體促使巨噬細胞和樹突狀細胞釋放IL-1β。白念珠菌是一種二態(tài)性的真菌，可以在酵母型和菌絲型之間轉(zhuǎn)換。研究發(fā)現(xiàn)熱滅活或紫外線滅活的酵母型念珠菌誘導產(chǎn)生的IL-1β水平非常的低，只有當酵母型轉(zhuǎn)化成菌絲型才能誘導炎癥的發(fā)生，這說明菌絲形態(tài)的轉(zhuǎn)換在激活NLRP3炎癥小體且促使炎癥因子釋放的過程中起了至關重要的作用[28,36]。白念珠菌能分泌磷脂酶、脂肪酶和分泌型天冬氨酸蛋白酶(sap)，其中分泌型天冬氨酸蛋白酶(sap)能降解多種蛋白，在白念珠菌入侵人體時起作用。而分泌型天冬氨酸蛋白酶家族中的Sap2和Sap6可以活化單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞中的NLRP3炎癥小體并且產(chǎn)生相應的炎癥因子如IL-1β和IL-18[37]?？梢姲啄钪榫ㄟ^NLPR3途徑介導炎癥的發(fā)生與其自身細胞成分、形態(tài)轉(zhuǎn)換、分泌侵襲性酶等因素有關。

3.2 煙曲霉(A.fumigatus)

煙曲霉屬于曲霉屬，是一種條件致病菌，嚴重感染可導致死亡。有實驗用煙曲霉的孢子和菌絲碎片分別刺激THP-1細胞系，只有在菌絲刺激過的細胞培養(yǎng)上清中檢測到大量的IL-1β，可以說明，煙曲霉只有在菌絲狀態(tài)下才能激活NLRP3炎癥小體。該實驗還發(fā)現(xiàn)，煙曲霉只有在菌絲狀態(tài)的時候才可大量的暴露出β-glucan成分，位于細胞膜上的一種ITAM樣受體Dectin-1可以識別β-glucan，并激活下游的 Syk 激酶，通過一條Syk 和MyD88 依賴的途徑，活化許多重要的轉(zhuǎn)錄因子，其中包括對各種細胞因子的表達均起到促進作用的NF-κB，從而促進IL-1β介導炎癥反應[16]。同樣的，用煙曲霉菌感染時基因敲除NLRP3、ASC、Caspase-1 的小鼠角膜時，可發(fā)現(xiàn)IL-1β在 mRNA 和蛋白水平表達量顯著降低[29,38]。 研究證實有兩種炎性體受體AIM2和NLRP3，能識別細胞內(nèi)的煙曲霉并共同誘導保護性免疫反應，缺乏AIM2和NLRP3的小鼠都不能將曲霉菌菌絲限制在炎癥病灶中，導致系統(tǒng)感染。AIM2和NLRP3可招募接頭蛋白ASC活化Caspase-1和Caspase-8后導致促炎細胞因子IL-1β和IL-18的釋放并控制感染。因此，AIM2和NLRP3形成雙重細胞質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，協(xié)調(diào)對煙曲霉感染的反應[39]。

3.3 新生隱球菌(Cryptococcus neoformans)

新生隱球菌屬于擔子菌門，是一種致病真菌，細胞壁外被一層莢膜包裹。隱球菌感染始于吸入無莢膜或者薄莢膜酵母態(tài)的菌體[40]。這也是人類感染新生隱球菌病的主要方式，其主要侵犯機體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺部、皮膚等引起嚴重的炎癥反應[41]。莢膜是隱球菌的特征性結(jié)構(gòu)，是其維持菌體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定適應外界環(huán)境壓力及抵御宿主免疫細胞吞噬的重要屏障，同時也是隱球菌最重要的毒性因子之一[42]。相關研究表明新生隱球菌的生物膜可以激活 NLRP3炎癥小體[10]，而且也有相關研究表示隱球菌的生物膜形成的一個重要的機制是脫莢膜[30]。被吞入宿主細胞內(nèi)的隱球菌能夠?qū)е峦淌扇苊阁w膜的滲漏，激活NLRP3炎癥小體，導致 Caspase-1的成熟，促使IL-1β和IL-18成熟并分泌到細胞外發(fā)揮抗炎的作用[43-44]。研究者發(fā)現(xiàn)感染新生隱球菌后NLRP3或ASC基因缺陷小鼠的死亡率高于野生型的小鼠，且NLRP3基因缺陷的小鼠肺組織中菌載量顯著高于野生型[45]，這些結(jié)果表明，NLRP3炎癥小體在宿主抗隱球菌感染中發(fā)揮重要作用。

4 展 望

通過近十幾年的各類模型和臨床研究, 我們對炎癥小體在真菌固有免疫中的作用的認識逐步增加，但仍存在很多問題待解決。應對微生物感染，炎癥小體通過激活并誘導免疫反應來保護宿主介導炎癥反應的發(fā)生并限制微生物的入侵,在宿主對微生物的防御作用中起重要作用。然而在NLRP3這一通路中宿主免疫細胞具體怎樣識菌體、菌體的成分或其分泌物是怎樣充當激活劑并激活NLRP3炎癥小體，又通過怎樣的傳導信號激活NLRP3炎癥小體有待進一步研究證實。