NLRP3炎性小體在抑郁癥中的作用的研究進(jìn)展▲

鄭雅格 卞合濤 梁 亮 王高華

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院精神衛(wèi)生中心，湖北省武漢市 430000，電子郵箱：yagezheng2012@yahoo.com)

【提要】 抑郁癥是常見的心理障礙，其發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚，病因假說(shuō)涉及神經(jīng)免疫、神經(jīng)生化、內(nèi)分泌等多方面，近年研究熱點(diǎn)已從經(jīng)典的遞質(zhì)學(xué)說(shuō)發(fā)展到對(duì)炎癥因子的探索。本文就核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體在抑郁癥中的作用進(jìn)行綜述。

抑郁癥是一種嚴(yán)重的神經(jīng)精神疾病，全球患病人數(shù)約為3.5億人，其典型表現(xiàn)為情緒低落、思維遲緩、意志活動(dòng)減退，常有自尊低下、快感缺失、睡眠、飲食及認(rèn)知等方面障礙。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，至2020年抑郁癥將成為全球疾病負(fù)擔(dān)第二位，僅次于冠心病，嚴(yán)重影響個(gè)人、家庭的工作、學(xué)習(xí)、社交等[1]?，F(xiàn)有的抗抑郁癥藥物作用有限，僅1/2的患者能獲得持續(xù)性緩解，而1/5的患者治療無(wú)效[2]。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding oligomerization domain，NOD)樣受體(NOD-like receptor，NLR)是一種胞質(zhì)模式識(shí)別受體，在檢測(cè)到損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMP)和病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)時(shí)可組裝并活化為炎性小體，促發(fā)前炎癥因子的成熟和分泌，參與固有免疫防御和獲得性免疫反應(yīng)的調(diào)控[3]。NLR家族由NLR蛋白(NLR protein，NLRP)和人白細(xì)胞介素1β轉(zhuǎn)化酶蛋白酶激活因子(interleukin 1β converting enzyme activating factor，IPAF)亞家族構(gòu)成。既往研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)炎癥與抑郁癥相關(guān)，但具體機(jī)制尚不清楚[3-4]。本文就近年來(lái)關(guān)于NLRP3的研究及其在抑郁癥中的作用進(jìn)行綜述。

1 NLR的結(jié)構(gòu)和組成

大多數(shù)NLR的中心是核苷酸結(jié)合與寡聚化區(qū)域，可通過(guò)依賴三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的寡聚化激活促炎因子信號(hào)通路；C端為亮氨酸富集重復(fù)序列，可介導(dǎo)配體蛋白；N端為半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase) 募集區(qū)(Caspase recruitment domain，CARD)或熱蛋白區(qū)，負(fù)責(zé)結(jié)合下游分子。熱蛋白區(qū)可募集含有CARD的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)，形成N端熱蛋白區(qū)和C端CARD。ASC的CARD通過(guò)結(jié)合Caspase-1前體，形成炎性小體。NLRP1、NLRP3、IPAF炎性小體具有特定結(jié)構(gòu)，能夠募集Caspase-1。其中NLRP1炎性小體含有C端CARD，能夠募集Caspase-1前體和Caspase-5前體，因此NLRP1不需要募集ASC可直接結(jié)合Caspase-1，但有研究發(fā)現(xiàn)ASC能夠增強(qiáng)NLRP1介異的Caspase-1活化。與其他NLR不同，NLRP3缺少CARD，但含有熱蛋白區(qū)，當(dāng)被許多異常侵襲性病原和細(xì)胞損傷物質(zhì)激活時(shí)，熱蛋白區(qū)募集ASC，ASC的CARD募集Caspase-1前體，激活Caspase-1。IPAF蛋白含有的CARD能直接結(jié)合Caspase-1前體，不需要ASC參與[5-6]?？梢娧仔孕◇w是一種多蛋白復(fù)合體，包括感受器NLR、調(diào)節(jié)器ASC和效應(yīng)器Caspase-1前體3部分。

2 NLRP3炎性小體的激活和調(diào)控

NLRP3是腦中被研究最為廣泛的NLR亞單位，與免疫密切相關(guān)，常結(jié)構(gòu)性表達(dá)于巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中，可裂解炎癥因子前體，使其活化成熟，促發(fā)一系列免疫炎癥反應(yīng)[6]。許多細(xì)菌復(fù)合物、病毒以及受損細(xì)胞釋放的內(nèi)源性物質(zhì)等都可通過(guò)NLRP3炎性小體激活Caspase-1，Caspase-1又稱為白細(xì)胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)轉(zhuǎn)化酶，可特異性地將IL-1β前體裂解為成熟活化的IL-1β，從而參與炎癥反應(yīng)[7]。各種刺激物經(jīng)過(guò)一系列的途徑引起NLRP3炎性小體的組裝和活化，主要有以下3種模式：ATP觸發(fā)P2X7R激活、減少其他胞外激動(dòng)劑進(jìn)入胞質(zhì)增加鉀離子外流，從而激活NLRP3炎性小體；DAMP和PAMP依賴活性氧通路導(dǎo)致NLRP3炎性小體激活；自噬的晶體或微粒破裂后被胞質(zhì)感受，引起組織蛋白B釋放和NLRP3炎性小體激活[6]。

2.1 依賴Toll樣受體 Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)位于細(xì)胞膜，是調(diào)控炎性小體活性和前體炎癥因子產(chǎn)生的關(guān)鍵模式識(shí)別受體，核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是常見的細(xì)胞調(diào)節(jié)因子，常被促炎刺激激活。P2X7R、TLR4、TLR2是精神應(yīng)激相關(guān)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的重要介質(zhì)，Pan等[4]研究發(fā)現(xiàn)，慢性輕度不可預(yù)見性刺激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)可激活大鼠前額葉皮質(zhì)區(qū)IL-1β、NLRP3炎性小體，提高其他促炎危險(xiǎn)因子TLR2、P2RX7水平，經(jīng)過(guò)氟西汀治療后TLR2水平下調(diào)，而TLR4、P2RX7水平無(wú)明顯變化，提示氟西汀抗抑郁作用可能與NLRP3和TLR2有關(guān)。雌激素缺乏同樣能導(dǎo)致抑郁癥狀，切除卵巢后，雌性小鼠海馬區(qū)TLR4、TLR2、P2X7R、MyD88表達(dá)增加，NF-κB通路激活，同時(shí)促進(jìn)NLRP3、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)基因轉(zhuǎn)錄增加，而IL-1β的成熟則受炎性小體調(diào)控，炎性小體抑制劑VX-765能夠抑制TLR4的表達(dá)及炎癥因子IL-1β、IL-18釋放[8]。研究發(fā)現(xiàn)，反復(fù)社會(huì)失敗小鼠抑郁模型中腦單核細(xì)胞浸潤(rùn)，導(dǎo)致了神經(jīng)炎癥，可能與趨化因子受體CX3CR1、趨化因子受體2和TLR4激活有關(guān)。Jiang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖并不引起大鼠海馬TNF-α激活，但此前的研究顯示脂多糖可激活TLR4和NF-κB通路，并促進(jìn)TNF-α轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達(dá)[10]，兩者結(jié)論不同可能與脂多糖劑量不同有關(guān)。Yuan等[11]研究發(fā)現(xiàn)，較低劑量的脂多糖可提高單核細(xì)胞中的促炎因子水平，而高劑量的脂多糖對(duì)炎癥介質(zhì)無(wú)影響，甚至出現(xiàn)抑制效應(yīng)，提示持續(xù)或過(guò)度的TLR4激活可能導(dǎo)致內(nèi)毒素耐受。另外一項(xiàng)研究顯示，盡管脂多糖急性誘導(dǎo)可提高動(dòng)物模型促炎因子水平，但脂多糖慢性(如3個(gè)月)誘導(dǎo)只提高IL-1β水平，而對(duì)TNF-α、IL-6無(wú)影響[12]，這些現(xiàn)象可能與實(shí)驗(yàn)條件如細(xì)胞類型、脂多糖劑量和治療時(shí)間有關(guān)，提示IL-1β是較為關(guān)鍵的炎癥因子。Slusarczyk等[13]研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞TLR4磷酸化，磷酸化的TLR4激活胞內(nèi)絲裂原活化蛋白激酶通路(包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2、c-Jun氨基末端激酶、p38)以及轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，增強(qiáng)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞活性，使NLRP3炎性小體活化，上調(diào)所有促炎因子(包括細(xì)胞因子、趨化因子、一氧化氮、活性氧)水平。

2.2 依賴ATP NLRP3炎性小體組裝和寡聚化、募集ASC和Caspase-1前體、蛋白水解Caspase-1活化的常見啟動(dòng)信號(hào)為ATP、孔毒素、晶體物質(zhì)等。ATP是一種重要的DAMP，主要來(lái)源于損傷或壞死的細(xì)胞，是P2X7R的常見配體，可激活炎性小體，研究表明炎癥期間各種細(xì)胞釋放的ATP會(huì)促進(jìn)炎癥反應(yīng)[14-15]。Iwata等[16]研究發(fā)現(xiàn)，放療急性毒性反應(yīng)抑郁大鼠模型海馬胞外ATP呈雙向變化，胞外ATP釋放，ATP與離子型通道P2X7R結(jié)合使P2X7R激活，NLRP3炎性小體活化，IL-1β釋放，且細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)一步證實(shí)，谷氨酸(100 μmol/L)可促進(jìn)培養(yǎng)基中星型膠質(zhì)細(xì)胞釋放ATP，提示ATP受到興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的調(diào)控；同時(shí)，敲除NLRP3對(duì)應(yīng)激的抵抗作用以及使用P2X7R拮抗劑A-804598能緩解上述炎癥反應(yīng)，說(shuō)明ATP/P2X7R通路在炎性小體活化中具有重要作用。近期研究發(fā)現(xiàn)，慢性社會(huì)失敗小鼠抑郁模型中，應(yīng)激降低了海馬區(qū)ATP基礎(chǔ)水平，而使用ATP可發(fā)揮抗抑郁效應(yīng)，這可能是由于檢測(cè)ATP的時(shí)間、灌注時(shí)間、ATP劑量差異造成，另外P2X2R亞型也可能參與其中[17]。Lu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，CUMS激活動(dòng)物模型P2X7R、炎性小體，引起鉀離子外流，而使用鉀通道阻滯劑埃他卡林可下調(diào)NLRP3炎性小體并抑制炎癥反應(yīng)。Alcocer-Gómez等[19]發(fā)現(xiàn)，慢性束縛應(yīng)激可導(dǎo)致C57BL小鼠前額葉皮質(zhì)區(qū)和海馬區(qū)NLRP3、IL-1β、ATP升高，而對(duì)敲除NLRP3的小鼠ATP無(wú)明顯影響。

2.3 依賴活性氧 除了炎癥因子，炎癥的其他有害介質(zhì)如活性氧和一氧化氮也會(huì)影響大腦神經(jīng)，參與抑郁癥的形成?；钚匝踔饕獊?lái)源于星型膠質(zhì)細(xì)胞中損傷的線粒體，是導(dǎo)致NLRP3激活的常見細(xì)胞上游信號(hào)[20]。許多NLRP3激動(dòng)劑可促進(jìn)活性氧形成，而活性氧能通過(guò)一些中間通路激活炎性小體[21]。解偶聯(lián)蛋白2(uncoupling protein 2，UCP-2)廣泛分布于線粒體內(nèi)膜，調(diào)控線粒體狀態(tài)及活性氧產(chǎn)生。Du等[22]研究發(fā)現(xiàn)，CUMS可減少小鼠抑郁神經(jīng)形成，增加活性氧，促使硫氧還蛋白結(jié)合蛋白(thioredoxin-interacting protein,TXNIP)與NLRP3相互作用，激活炎性小體，促進(jìn)IL-1β表達(dá)，敲除UCP-2基因可使上述表現(xiàn)進(jìn)一步加重；而在體外培養(yǎng)敲除UCP-2基因的小鼠星型膠質(zhì)細(xì)胞中，活性氧抑制劑吡咯烷二硫代甲酸銨鹽降低了活性氧、TXNIP、NLRP3的水平，而轉(zhuǎn)染人UCP-2 cDNA質(zhì)?？蓽p少線粒體吞噬，緩解這些改變，其機(jī)制涉及活性氧/TXNIP/NLRP3通路。Alcocer-Gómez等[23]對(duì)比重度抑郁癥患者和正常人血單核細(xì)胞基因譜后發(fā)現(xiàn)，重度抑郁癥患者抗氧化基因銅鋅超氧化物歧化酶、錳超氧化物歧化酶表達(dá)下調(diào)，線粒體生物合成基因過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A、核呼吸因子1下調(diào)，ATP減少，同時(shí)活性氧升高，提示炎癥、氧化應(yīng)激與抑郁密切相關(guān)。Ives等[24]也發(fā)現(xiàn)，活性氧是巨噬細(xì)胞中激活NLRP3的主要物質(zhì)，可促使IL-18和IL-1β分泌，羥基紅花黃色素A可直接抑制黃嘌呤氧化酶活性，清除活性氧并抑制炎性小體活性。活性氧在炎癥通路中發(fā)揮效應(yīng)可能與NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶通路有關(guān)[25]。Bellezza等[26]研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖刺激轉(zhuǎn)基因氧化物歧化酶1小膠質(zhì)細(xì)胞，會(huì)增加活性氧和一氧化氮產(chǎn)生，激活NRLP3。Slusarczyk等[13]研究發(fā)現(xiàn)，塞萊普汀可抑制脂多糖誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞活性氧，但是對(duì)抗炎因子無(wú)明顯影響，說(shuō)明噻奈普汀的抗炎效應(yīng)和改變M1/M2型巨噬細(xì)胞平衡的作用并不依賴激活M2型膠質(zhì)細(xì)胞，可能與氧化還原再平衡及炎癥因子下調(diào)有關(guān)。

2.4 其他通路 近年來(lái)關(guān)于NLRP3炎性小體的激活和調(diào)控的研究熱點(diǎn)還有溶酶體和自噬相關(guān)的炎性小體活化途徑。研究表明，自噬能抑制NLRP3炎性小體活性，一些抗抑郁藥能提高自噬基因BECLIN 1和MAP-LC3的水平，抑制NLRP3炎性小體活性；而在體外實(shí)驗(yàn)中，使用抗抑郁藥后，可檢測(cè)到野生小鼠胚胎成纖維細(xì)胞輕鏈3B-Ⅱ升高，NLRP3活性降低，提示自噬體參與NLRP3形成；而缺乏Atg5基因的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中檢測(cè)不到輕鏈3B-Ⅱ，炎性小體不被抑制[27-28]。有學(xué)者認(rèn)為自噬只在轉(zhuǎn)錄水平上控制IL-1β的水平，而并非作用于NLRP3炎性小體活化步驟上，且自噬和炎性小體之間存在相互調(diào)節(jié)關(guān)系，但具體機(jī)制尚需深入研究[28]。

3 NLRP3與抑郁癥的關(guān)系

世界衛(wèi)生組織調(diào)查顯示，全球精神疾病發(fā)病率增長(zhǎng)迅猛[29]。抑郁癥以快感缺失、興趣減退、疲勞、記憶、注意力不集中為特點(diǎn)，嚴(yán)重者有自殺傾向。越來(lái)越多的證據(jù)表明炎性因子參與抑郁及抗抑郁過(guò)程，重度抑郁癥患者外周血和CUMS抑郁動(dòng)物模型海馬、前額葉中可見NF-κB通路與NLRP3炎性小體的激活[4-30]?？挂钟羲幬镏委煻嘁陨窠?jīng)遞質(zhì)為靶點(diǎn)，具有一定副作用，且一些抗抑郁藥物同時(shí)具有抗炎作用。比如，氟西汀治療6周可顯著緩解CUMS大鼠抑郁行為，并抑制腦中NF-κB通路、NLRP3炎性小體活性及中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，下調(diào)TLR2，而TLR4和P2RX7無(wú)明顯改變[4]。急慢性應(yīng)激會(huì)激活小鼠NF-κB通路，損壞海馬齒狀回亞顆粒區(qū)神經(jīng)，引起抑郁癥狀，若提前使用NF-κB抑制劑JSH-23和SC-514，有助于維持神經(jīng)干細(xì)胞的形成[31]。使用抗抑郁藥物如氟西汀、帕羅西汀、丙米嗪、阿戈美拉汀等治療半年以上可明顯減少重度抑郁癥患者血單核細(xì)胞中NLRP3炎性小體成分和IL-1β、IL-18水平，體外ATP刺激THP-1細(xì)胞炎癥模型中也有同樣變化[27]。Song等[32]研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥和氧化應(yīng)激有關(guān)，CUMS抑郁模型中氧化還原指標(biāo)TXNIP升高，硫氧還蛋白降低，抑制TXNIP/硫氧還蛋白/NLRP3通路可改善抑郁癥。研究發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠X染色體神經(jīng)連接蛋白基因NLGN3可減輕CUMS引起的膠質(zhì)細(xì)胞活化，抑制NLRP3活性，緩解神經(jīng)炎癥及抑郁癥狀，發(fā)揮抗抑郁效應(yīng)[33]。Wickens等[34]研究發(fā)現(xiàn)，即使敲除NLRP3基因，遞增劑量的脂多糖刺激會(huì)導(dǎo)致C57BL/6J小鼠出現(xiàn)抑郁樣行為，但疾病行為較野生小鼠輕，說(shuō)明盡管NLRP3炎性小體介導(dǎo)疾病行為，但并不是持續(xù)免疫系統(tǒng)激活后發(fā)生抑郁癥狀所必需的。Dang等[35]認(rèn)為，抑郁癥狀是由炎癥因子、氧化應(yīng)激、神經(jīng)凋亡和神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)紊亂導(dǎo)致，ω3多不飽和脂肪酸能抑制P2X7R/NLRP3軸，減輕炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，增加5-羥色胺、多巴胺、谷氨酸等遞質(zhì)水平，改善抑郁癥狀。谷氨酸是慢性應(yīng)激釋放的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，可促使ATP水平增高，通過(guò)谷氨酸-ATP-P2X7R通路激活NLRP3[16,36]。雄性SD大鼠海馬注射P2X7R拮抗劑，可減少抑郁行為[37]。此外，抑郁癥患者DNA損傷和修復(fù)受限，使用氧化物質(zhì)過(guò)氧化氫時(shí)外周血單核細(xì)胞更易受DNA損傷[25,38]。

4 總 結(jié)

NLRP3炎性小體是一種多蛋白體，許多信號(hào)如PAMP產(chǎn)生、DAMP產(chǎn)生、鉀離子外流、活性氧產(chǎn)生等都可使其活化并產(chǎn)生有害效應(yīng)。炎癥因子、氧化應(yīng)激、神經(jīng)凋亡形成的惡性循環(huán)，可加重炎癥所致的神經(jīng)行為學(xué)改變，參與抑郁癥發(fā)病機(jī)制。隨著研究的進(jìn)展，目前關(guān)于NLR的結(jié)構(gòu)與功能、活化與調(diào)控，以及其在抑郁癥中的作用逐步明確，但對(duì)于NLR產(chǎn)生有害效應(yīng)的機(jī)制尚不清楚，未來(lái)有待進(jìn)一步加強(qiáng)探索以尋找治療抑郁癥新的突破口。