NLRP3炎癥小體在急性心肌梗死相關(guān)細胞中作用的研究進展

高日峰 袁夢 楊恒 呂春雨 項海燕 楊崛圣 唐燕華

(南昌大學(xué)江西醫(yī)學(xué)院，江西 南昌 330006)

急性心肌梗死(AMI)是全球住院率和死亡率較為常見的原因之一〔1〕。目前AMI的治療策略主要集中在通過使用藥物溶解血栓和植入血管內(nèi)支架來恢復(fù)冠狀動脈血流〔1,2〕。盡管再灌注治療策略能限制心臟損傷、減少梗死面積和改善心臟總體預(yù)后，但AMI患者仍然存在短期和長期的心力衰竭風(fēng)險〔3〕。因此，AMI的治療策略應(yīng)著重于預(yù)防不良心臟重塑和改善患者心肌梗死后的心力衰竭。

AMI后心臟的損傷會爆發(fā)大量的無菌性炎癥反應(yīng)，包括去除細胞碎片、修復(fù)受損組織、傷口的疤痕生成及組織再生等作用〔4〕。炎癥不僅在去除細胞碎片和修復(fù)受傷組織方面發(fā)揮作用，而且還造成進一步的損傷〔5〕。Nod樣受體蛋白(NLRP3)炎癥小體是先天的免疫炎癥小體，但目前它已被證明可介導(dǎo)各種疾病中的有害炎癥〔6〕。NLRP3炎癥小體作為可促進Pro-半胱天冬酶(Caspase-1)向Caspase-1的轉(zhuǎn)化，進一步導(dǎo)致成熟白細胞介素(IL)-1β和IL-18的產(chǎn)生和分泌〔7〕。研究發(fā)現(xiàn)，組織損傷后巨噬細胞，單核細胞，樹突細胞(DC)和中性粒細胞等免疫和炎癥細胞經(jīng)炎性刺激后易產(chǎn)生大量的NLRP3炎癥小體，然而在心臟組織中各種細胞中NLRP3的表達尚未研究清楚〔8,9〕。本文主要通過總結(jié)AMI相關(guān)細胞(心肌細胞、心臟成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞及巨噬細胞) 與NLRP3炎癥小體之間的關(guān)系來探討NLRP3在AMI病變中的作用。

1 NLRP3炎癥小體與心肌細胞

AMI后冠脈缺血導(dǎo)致心肌細胞缺血缺氧死亡，進一步誘發(fā)心臟透壁梗死。NLRP3炎癥表達與AMI損傷的生理病理有關(guān)。炎癥損傷時早期突出表現(xiàn)的是NLRP3及IL-1β，特異性抑制IL-1β表達能有效預(yù)防心肌損傷。AMI后，損傷炎癥誘導(dǎo)NLRP3、無活性前體pro-IL-1β及Caspase-1特異性激活。心臟主要由心肌細胞(CMs)與心臟成纖維細胞(CFs)構(gòu)成，然而，研究發(fā)現(xiàn)，AMI后CMs基本不參與心臟炎癥反應(yīng)的表達〔10〕。

Kawaguchi等〔11〕發(fā)現(xiàn)，在用脂多糖(LPS)和Nil誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥復(fù)合物凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(ASC)在CMS穩(wěn)定表達，而pro-IL-1β及IL-1β卻基本不在CMs表達，卻在CFs中檢測到高表達狀態(tài)。研究進一步發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后缺血再灌注損傷模型建立中，細胞上清的IL-1β表達也主要位于CFs中。綜上，我們發(fā)現(xiàn)AMI后的心臟NLRP3的炎癥表達不發(fā)生在CMs中。

2 NLRP3炎癥小體與CFs

成年人心臟組織中，CFs占總CMs數(shù)的2/3，基礎(chǔ)研究也發(fā)現(xiàn)CFs分別占小鼠和大鼠心室總細胞的27%～50%，CFs可作為前哨細胞，感知損傷并激活炎性體分泌細胞因子和趨化因子〔12〕。在急性心梗后心肌愈合的增殖期間，梗死的成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，肌成纖維細胞是專業(yè)的傷口愈合細胞，其主動重塑細胞外基質(zhì)，增加膠原蛋白的沉積，并最終導(dǎo)致組織纖維化。此外，肌成纖維形成應(yīng)力纖維并表達收縮蛋白，進一步感知損傷并激活A(yù)MI后的炎癥，參與心肌梗死后心臟梗死修復(fù)及瘢痕形成〔11，13，14〕。

研究發(fā)現(xiàn)，AMI后的急性纖維化愈合和心力衰竭期間的長期進行性纖維化主要由CFs的無菌性炎癥導(dǎo)致，而CMs不會分泌高水平的IL-1β。CFs在炎癥表達上主要以核因子(NF)-κB依賴性方式響應(yīng)特異性Toll樣受體(TLR)激動而增強NLRP3和IL-1β的mRNA表達。研究者用三磷酸腺苷(ATP)刺激的LPS誘導(dǎo)CFs炎癥損傷可導(dǎo)致NLRP3炎癥小體大量分泌，并以Caspase-1和NLRP3/ASC依賴性方式釋放IL-1β。 雖然NLRP3炎癥小體響應(yīng)多種分子模式驅(qū)動炎癥，但是在CFs中主要在AMI期間上調(diào)〔15〕。此外，大量研究發(fā)現(xiàn)CFs在缺氧及LPS誘導(dǎo)下?lián)p傷導(dǎo)致NLRP3分泌，誘導(dǎo)Caspase-1激活，進一步導(dǎo)致IL-1β及IL-18分泌〔15,16〕。

綜上，在AMI愈合的早期階段，CFs變成促炎細胞，激活NLRP3炎性體并產(chǎn)生細胞因子，趨化因子和蛋白酶。促炎細胞因子(例如IL-1β及IL-18)延遲肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，直到將死細胞和基質(zhì)碎片從心臟損傷中清除。此外，NLRP3炎癥小體的消退還與CFs遷移，增殖，基質(zhì)蛋白質(zhì)合成和肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化有關(guān)。

3 NLRP3炎癥小體與血管內(nèi)皮細胞(ECs)

AMI后，CMs釋放的DAMP可誘導(dǎo)ECs活化，導(dǎo)致ROS水平增強及促炎細胞因子分泌增加，介導(dǎo)白細胞和血小板結(jié)合的黏附分子的表達增強。ECs覆蓋血管的管腔表面并充當物理屏障的作用。心肌梗死后左心室表面的冠狀動脈阻塞，導(dǎo)致ECs炎性刺激，加速了免疫細胞的募集，隨后促進血管中的炎癥反應(yīng)〔17〕。

Wilson等〔18〕研究發(fā)現(xiàn)人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVECs)經(jīng)LPS及缺氧刺激后，可持續(xù)表達Pro-Caspase-1，進一步促進炎癥因子IL-1β分泌。另有報道發(fā)現(xiàn)，AMI再灌注治療策略，異常血流的變化通過激活HUVECs炎性表達，上調(diào)炎癥小體NLRP3表達，進一步促進IL-1β及IL-18的等炎癥因子的分泌〔19〕。Mastrocola等〔20〕也發(fā)現(xiàn)當糖尿病大鼠經(jīng)歷缺血再灌注(MI/R)后，ECs發(fā)生炎性損傷激活NLRP3炎癥小體，導(dǎo)致Caspase-1和IL-1β進一步增加。并且，HUVECs經(jīng)腺病毒轉(zhuǎn)染后，腫瘤壞死因子(TNF)-α 預(yù)處理再加入ATP，IL-1β 水平亦明顯增加。AMI再灌注治療后，氧化應(yīng)激水平可誘導(dǎo)HUVECs 中NLRP3炎癥小體活化，促進Caspase-1 及IL-1β 水平升高。研究者還發(fā)現(xiàn)，芒果苷可通過特異性抑制內(nèi)皮細胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平表達，降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體相關(guān)氧化應(yīng)激水平，進一步抑制硫氧還原蛋白-互作蛋白(TXNIP)表達，下調(diào)NLRP3炎癥小體及IL-1β的表達〔21〕。

綜上，AMI后，內(nèi)皮細胞之間的緊密連接受損，導(dǎo)致冠狀動脈內(nèi)皮滲漏和冠狀動脈微血管通透性功能障礙增加，并進一步加劇了NLRP3炎癥小體及IL-1β的表達，這是AMI后再灌注誘導(dǎo)的心肌細胞死亡的關(guān)鍵決定因素。

4 NLRP3炎癥小體與巨噬細胞

AMI后，骨髓和脾中產(chǎn)生的單核細胞分兩個階段募集到受損的心肌中。第一階段由Ly-6chigh炎性單核細胞(AMI后第3～4天達到峰值)支配，第二階段由抗炎性Ly-6clow單核細胞(MI后約第7天達到峰值)支配。緊接著，浸潤的單核細胞分化成巨噬細胞，清除AMI區(qū)的細胞碎片。隨后，巨噬細胞分泌的細胞因子，趨化因子和生長因子可促進IL-1β分泌并引起梗死區(qū)域的擴張，從而加劇不利的左心室(LV)重塑〔22〕。

體外研究〔16〕發(fā)現(xiàn)，AMI后，巨噬細胞發(fā)生炎癥刺激激活心肌內(nèi)NLRP3-IL-1β信號通路，促進IL-1β分泌，誘導(dǎo)心肌進一步損傷，且AMI后的IL-1β的分泌主要在M1型巨噬細胞內(nèi)。 Liu等〔23〕發(fā)現(xiàn)，鈣敏感受體(CaSR)/NLRP3炎癥小體通過磷脂酶C-三磷酸肌醇(PLC-IP3)途徑在M1型巨噬細胞中發(fā)揮重要作用，其促進大鼠AMI后心臟重塑，加速CFs表型轉(zhuǎn)換，增加膠原和細胞外基質(zhì)(ECM)分泌。此外，Youm等〔24〕也發(fā)現(xiàn)，在人巨噬細胞中，NLRP3炎性小體的酮代謝物β-羥基丁酸酯(BHB)降低了IL-1β和IL-18的產(chǎn)生，BHB似乎通過抑制NLRP3誘導(dǎo)的ASC寡聚來阻斷炎癥體的活化。Fujisue等〔25〕發(fā)現(xiàn)秋水仙堿不僅減弱了狗MI模型中血液中的巨噬細胞數(shù)量，并且抑制促炎細胞因子和趨化因子的增加，而且還減弱MI后巨噬細胞內(nèi)NLRP3炎性體組分(NLRP3，ASC，Caspase-1)的增加。

5 小 結(jié)

NLRP3炎癥小體及IL-1β 信號通路與AMI的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，然而其炎癥因子的表達不發(fā)生在CMs內(nèi)，而主要發(fā)生在CFs、ECs及巨噬細胞中。近年來，研究者們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了幾種NLRP3的抑制劑〔MCC950、BHBI型干擾素(IFN)及IFN-β〕，能夠特異性抑制NLRP3炎癥小體的合成，進一步減輕炎癥因子IL-18及IL-1β的表達，且van Hout等〔26〕也首次證明，在大型動物MI模型中通過特異性抑制NLRP3-炎性體減輕炎癥，能夠保留心臟功能并減少梗死面積。因此，我們認為特異性抑制NLRP3炎癥小體，有望成為AMI后新的藥物治療靶點。