NLRP3炎癥小體在動脈粥樣硬化中的作用研究進(jìn)展*

解 靜，程 琦，劉昳佳，高 杉，于春泉

（天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 301617）

自2002年Tschopp團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)炎性小體[1]以來，其在固有免疫中的作用逐漸引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。炎性小體是一種可在固有免疫細(xì)胞和組織中表達(dá)的多蛋白復(fù)合物，由不同的受體蛋白和作為接頭蛋白的凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（ASC）、作為效應(yīng)蛋白的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水平酶-1（Caspase-1）共同組成。目前研究較為深入的炎性小體主要有核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白1（NLRP1）、NOD 樣受體蛋白結(jié)構(gòu) 域 3（NLRP3）、NLRC4（又稱為 IPAF）和黑素瘤缺乏因子 2（AIM2）4種亞型[2]；根據(jù)受體蛋白不同，又可將其分為核酸結(jié)合的寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體（NLR）家族和PYHIN家族[3]。NLRP3炎癥小體即是NLR家族中的典型代表，也是目前研究最為深入的一種[4]，主要由中心核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NACHT）、C端富含亮氨酸重復(fù)結(jié)構(gòu)域（LRRs）和N端熱蛋白結(jié)構(gòu)域（PYD）3部分構(gòu)成。

動脈粥樣硬化（AS）是冠心病、腦梗死及外周血管病的主要成因，常累及大、中動脈，并以脂質(zhì)沉積和炎癥反應(yīng)為特征。病變一旦發(fā)展到阻塞動脈腔的情況，則該動脈所供應(yīng)的組織或器官出現(xiàn)局部缺血或壞死的表現(xiàn)，影響患者生活質(zhì)量[5]。AS斑塊的形成通常涉及內(nèi)皮功能障礙和其他復(fù)雜病理過程，但具體機制尚不完全清楚[6]。近年來研究顯示，作為炎性小體核心的NLRP3，其活化及活性調(diào)節(jié)在AS進(jìn)程中具有重要的生理病理學(xué)意義[7]。

1 NLRP3炎癥小體及其激活途徑

1.1 NLRP3炎癥小體的概念 NLRP3炎癥小體作為NLR家族成員之一，是一種進(jìn)化高度保守的胞質(zhì)受體家族，由NLR家族蛋白、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1前體（pro-Caspase-1）和ASC 3部分組成；目前對其參與的機制研究主要包括細(xì)胞焦亡、線粒體自噬、炎癥反應(yīng)和先天性免疫應(yīng)答反應(yīng)等，涉及 NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRP6 和 NLRP12在內(nèi)的多個成員，其中NLRP3主要由髓系細(xì)胞表達(dá)，是最具特征的炎性小體[8]。

典型的NLRP3炎癥小體是一種胞內(nèi)蛋白復(fù)合物，由NLRP3支架、ASC和pro-Caspase-1組成，其中間是NOD結(jié)構(gòu)域，能介導(dǎo)自身寡聚化反應(yīng)，N端是PYD或Caspase寡級結(jié)構(gòu)域（CARD），可介導(dǎo)下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，C端為LRR，用于識別配體[9]。生理狀態(tài)下，NLRP3炎癥小體的促炎反應(yīng)是機體的保護(hù)性機制，維持NLRP3炎癥小體活化穩(wěn)態(tài)對于防治炎癥相關(guān)性疾病具有重要意義[10]；但在病理條件下，NLRP3炎癥小體被各種因素過度激活，在多種與炎性相關(guān)的AS發(fā)展中起到重要的促炎調(diào)控作用[11-12]。

1.2 NLRP3炎癥小體的激活途徑 NLRP3炎癥小體在細(xì)胞靜息狀態(tài)下，受到熱休克蛋白90（HSP90）調(diào)控處于自身抑制狀態(tài)，其表達(dá)量遠(yuǎn)低于具有生物學(xué)活性的活化細(xì)胞。NLRP3炎癥小體的激活需依賴兩個獨立但平行的信號，即啟動和激活。

第1個信號也稱為啟動信號，是由激活的Toll樣受體（TLRs）通過髓樣分化因子（MyD88）接頭分子活化單核/巨噬細(xì)胞內(nèi)的核因子-κB（NF-κB）等多種轉(zhuǎn)錄因子，經(jīng)模式識別受體途徑識別病原微生物攜帶的病原相關(guān)分子模式（PAMP）或損傷相關(guān)分子模式（DAMP），進(jìn)而激活NLRP3以及pro-IL-1β和pro-IL-18的轉(zhuǎn)錄，這為后續(xù)產(chǎn)生在AS相關(guān)疾病中具有重要的致AS作用的、具有活性的白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）和白細(xì)胞介素-18（IL-18）提供必要基礎(chǔ)[13]。

第2個信號是Caspase-1的激活。Caspase-1作為一種蛋白酶，可切割pro-IL-1β和pro-IL-18，使其轉(zhuǎn)化為具有生物學(xué)活性的IL-1β和IL-18，并被細(xì)胞釋放出來。Caspase-1的激活主要受NLRP3活化調(diào)控。目前NLRP3炎癥小體的激活機制尚不清楚，較為可信的主要有鉀離子外流、溶酶體破壞、鈣離子內(nèi)流和活性氧分泌4種假說。其中，嘌呤受體P2X7（P2X7R）作為一種在體內(nèi)廣泛分布的三磷酸腺苷（ATP）門控離子通道蛋白，可廣泛表達(dá)于腎、腦、心、肝等多個組織以及巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等多個細(xì)胞系中，當(dāng)P2X7R被其配體ATP激活后，可使離子通道開放，促進(jìn)Ca2+、Na+內(nèi)流以及K+外流，介導(dǎo)NLRP3、NF-κB等一系列細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，P2X7R是當(dāng)前研究較為明確的細(xì)胞因子之一[14]。激活后的NLRP3通過ASC募集Caspase-1，形成具有活性的NLRP3炎癥小體復(fù)合物，并促使IL-1β、IL-18等細(xì)胞因子的成熟和分泌。NLRP3作為當(dāng)前研究最受關(guān)注的炎性小體，已被證實在呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等多系統(tǒng)疾病的炎癥反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)中起重要作用[15-19]。

2 NLRP3炎癥小體在AS中的作用

AS的發(fā)生發(fā)展主要累及主動脈、冠狀動脈、頸動脈、顱內(nèi)動脈和腎動脈等大、中動脈，病變歷經(jīng)血管炎癥、內(nèi)皮損傷、脂質(zhì)和膽固醇蓄積以及血栓形成等多個階段。作為炎癥的啟動者，炎性小體是天然免疫與獲得性免疫的橋梁，NLRP3則是炎性小體的核心。目前，學(xué)者們在NLRP3炎癥小體與AS的作用關(guān)系研究中主要集中在冠狀動脈粥樣硬化、顱內(nèi)動脈粥樣硬化（ICAS）和2型糖尿?。═2DM）等難治性和高發(fā)性疾病，因此，本文對NLRP3炎癥小體在上述疾病中的作用進(jìn)行重點探討。

2.1 NLRP3炎癥小體在冠狀動脈粥樣硬化中的作用 AS作為心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)，可誘導(dǎo)血栓形成或動脈狹窄，引發(fā)心肌缺血（再灌注）、冠心病、心肌梗死、心肌梗死后重塑等，是誘發(fā)心血管疾病死亡的首要因素[20]。NLRP3炎癥小體作為“免疫-炎癥”反應(yīng)的橋梁，在非感染性炎癥疾病中發(fā)揮重要作用，成為現(xiàn)階段對心血管疾病相關(guān)作用機制研究的熱點內(nèi)容[21-24]。目前，NLRP3炎癥小體在心血管疾病中的AS調(diào)控作用機制尚不完全清楚，但研究表明，其作用主要與膽固醇結(jié)晶和（或）鈣離子磷酸化、下游因子（如Caspase-1、IL-1β、IL-18等）表達(dá)、內(nèi)皮細(xì)胞損傷相關(guān)[25]。

膽固醇晶體是一種內(nèi)源性分子，可通過與中性粒細(xì)胞的相互作用激活NLRP3炎癥小體，導(dǎo)致冠狀動脈粥樣硬化等無菌炎癥[26]。研究表明[27-28]，這種激活模式主要出現(xiàn)在飲食誘導(dǎo)的AS早期，幾乎與皮下免疫細(xì)胞同時出現(xiàn)。巨噬細(xì)胞通過CD36受體內(nèi)吞膽固醇晶體進(jìn)入細(xì)胞，并通過溶酶體損傷以降低溶酶體膜的穩(wěn)定性，隨后組蛋白B由溶酶體釋放到細(xì)胞質(zhì)，從而激活NLRP3炎癥小體[27]。

NLRP3的下游因子Caspase-1是一種誘導(dǎo)IL-1β和IL-18成熟的蛋白酶，研究表明，敲除Caspase-1基因可抑制ApoE-/-小鼠的AS病變，顯著減少斑塊面積[29-30]。IL-1β是一種經(jīng)典的炎性因子，IL-18則是冠心病發(fā)生的獨立危險因子，是通過誘導(dǎo)干擾素-γ（IFN-γ）生成的促炎因子[31]。上述兩種細(xì)胞因子在冠狀動脈粥樣硬化相關(guān)的免疫與炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用的機制主要是誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞遷移和增殖、刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增生、促進(jìn)泡沫細(xì)胞形成等[32-33]。此外，IL-1β還可增強免疫反應(yīng)及免疫調(diào)節(jié)、上調(diào)CD40及其配體的表達(dá)、誘導(dǎo)動脈血栓形成[34]；IL-18則可激活血管壁細(xì)胞IL-1β、白細(xì)胞介素-8（IL-8）等細(xì)胞因子、促進(jìn)單核/巨噬細(xì)胞分泌的基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)，以增加動脈粥樣斑塊的不穩(wěn)定性，促進(jìn)易損斑塊的形成與破裂[35-36]。

研究表明，血管內(nèi)皮損傷通過促進(jìn)衰老損傷后細(xì)胞凋亡、降低細(xì)胞增殖率、增加炎癥蛋白密度等病變，參與冠狀動脈粥樣硬化的形成[37-39]。Huang等[40]在冠心病大鼠模型研究中首先提出，microRNA-22（miR-22）可降低細(xì)胞凋亡率，提高細(xì)胞活性，減輕血管內(nèi)皮損傷，進(jìn)而揭示了miR-22通過抑制NLRP3炎癥途徑，降低促炎細(xì)胞因子水平，達(dá)到保護(hù)模型大鼠的血管內(nèi)皮，抑制冠心病發(fā)展進(jìn)程的作用。

2.2 NLRP3炎癥小體在ICAS中的作用 ICAS是腦血管疾病中最常見的血管病變，也是全世界導(dǎo)致腦卒中的最常見病因之一[41-42]。由中國卒中學(xué)會、中國卒中學(xué)會神經(jīng)介入分會、中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會卒中預(yù)防與控制專業(yè)委員會共同頒布的《癥狀性顱內(nèi)動脈粥樣硬化性狹窄血管內(nèi)治療中國專家共識2018》中明確指出[43]，ICAS及狹窄是導(dǎo)致中國缺血性腦卒中的主要病因，顱內(nèi)動脈狹窄程度為50%～69%的患者年卒中發(fā)生率為6%，而狹窄程度為70%～99%的患者年卒中發(fā)生率則高達(dá)19%。研究發(fā)現(xiàn)[44-45]，ICAS的進(jìn)展與吸煙、高血壓、糖尿病等危險因素密切相關(guān)，并涉及氧化應(yīng)激、血管內(nèi)皮損傷、興奮性毒性損傷、炎癥反應(yīng)、凋亡等多機制研究。炎癥反應(yīng)貫穿AS的各個階段，介導(dǎo)了ICAS（尤其是缺血性腦卒中）的發(fā)生與發(fā)展[45-46]，而炎性小體作為炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)，已被證實廣泛表達(dá)于缺血性腦組織的神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中，其中NLRP3炎癥小體主要在小膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)揮作用[47]。

各種原因?qū)е氯毖阅X卒中時，可使能量供應(yīng)不足，Na+-K+-ATP酶活性降低，鉀離子通道開放，胞內(nèi)K+外流，進(jìn)而介導(dǎo)NLRP3炎癥小體的激活，發(fā)生自身寡聚化，形成NLRP3炎癥復(fù)合體，并促使IL-1β、IL-18等促炎因子的成熟和釋放[48-49]。Weber等[50]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，上述炎癥級聯(lián)反應(yīng)分泌的IL-1β、IL-18等細(xì)胞因子可通過激活NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，誘發(fā)腦神經(jīng)炎。Yang等[51]在對缺血性腦損傷小鼠進(jìn)行NADPH氧化酶2（NOX2）基因敲除后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中的NLRP3炎癥小體表達(dá)受到抑制，表明NLRP3炎癥小體的活化也與腦缺血狀態(tài)下活性氧（ROS）的生成相關(guān)。

2.3 NLRP3炎癥小體在T2DM中的作用 T2DM是一種最常見的慢性代謝性疾病，被世界衛(wèi)生組織列為四大非傳染性疾病之一[52]，特點是胰島素抵抗或胰島素敏感性降低導(dǎo)致的血糖水平異常升高[53]。本病是高血糖和代謝紊亂長期相互作用所引起的慢性血管病變，炎癥反應(yīng)亦貫穿始終[54]。發(fā)病初期，AS的發(fā)生機制為餐后血糖升高，損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，血管異常收縮，內(nèi)皮通透性增加，血小板聚集，炎性因子釋放，低密度脂蛋白（LDL）轉(zhuǎn)移至內(nèi)膜，形成血栓，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)[55]。長期的低度炎癥狀態(tài)，使大量炎性因子長期浸潤，這也同時大大增加了心腦血管疾病發(fā)生的可能。因此，促炎因子和炎性細(xì)胞是診斷和預(yù)測AS的標(biāo)志物，對本病的防治工作當(dāng)重在并發(fā)癥[56]。

如前所述，機體發(fā)生AS炎癥反應(yīng)時，NLRP3炎癥小體可促進(jìn)IL-1β和IL-18的生成。進(jìn)一步研究顯示[57]，長期上調(diào)的IL-1β可導(dǎo)致胰島素水平升高，這可能與胰島素通過促進(jìn)葡萄糖攝取和代謝以增強巨噬細(xì)胞的炎癥狀態(tài)相關(guān)；IL-1β能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞對葡萄糖的吸收，并使胰島素通過調(diào)節(jié)胰島素受體、葡萄糖代謝和ROS的產(chǎn)生來增強促炎作用。此外，越來越多的證據(jù)顯示，超重/肥胖人群中，NLRP3炎癥小體在肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗中起關(guān)鍵作用[58-59]，表明超重/肥胖是T2DM的重要危險因素，營養(yǎng)過剩可促進(jìn)胰島素抵抗[60]。另有研究表明，肥胖人群脂肪組織中NLRP3炎癥組分表達(dá)、Caspase-1活性和IL-1β水平均有增加，而這些都與胰島素抵抗、代謝綜合征和T2DM的嚴(yán)重程度直接相關(guān)[58-59]。

隨病情進(jìn)展，T2DM可累及主動脈、冠狀動脈、腦動脈及腎動脈等外周大血管發(fā)生粥樣硬化。朱艷等[61]采用腹腔注射鏈脲佐菌素（STZ）構(gòu)建糖尿病小鼠模型，發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠腎組織的NLRP3表達(dá)和p38 MAPK磷酸化水平顯著升高，腎組織內(nèi)炎癥明顯，膽固醇含量增加伴腎功能受損，當(dāng)行NLRP3基因敲除后，糖尿病小鼠的腎組織炎癥反應(yīng)及膽固醇沉積顯著減輕，且p38 MAPK磷酸化受到抑制，表明NLRP3介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在糖尿病腎損傷及脂代謝異常中發(fā)揮了重要作用。劉旦旦[62]在對糖尿病合并急性冠脈綜合征（ACS）的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，T2DM合并ACS患者的血漿內(nèi)NLRP3及其下游因子（IL-1β、IL-18等）含量明顯高于單純T2DM患者和單純ACS患者，且上述細(xì)胞因子的含量與該類患者的冠脈病變程度呈正相關(guān)。

3 結(jié)語

AS的發(fā)生發(fā)展是一個多因素共同作用的病理過程，其發(fā)病機制復(fù)雜，現(xiàn)代研究證實，NLRP3炎癥小體主要通過調(diào)控IL-1β、IL-18等下游細(xì)胞因子的釋放，介導(dǎo)AS中的炎癥反應(yīng)，但當(dāng)前對NLRP3炎癥小體在AS中的作用機制研究較少，具體的分子機制，以及是否存在其他通路共同干預(yù)等尚未闡明，目前，研究者們對其在冠狀動脈、顱內(nèi)動脈等大動脈血管及熱點疾病的研究相對較多，而在頸動脈、腎動脈等其他大動脈血管中發(fā)生AS的作用機制仍需進(jìn)一步研究。因此，本文從NLRP3炎癥小體角度，綜述和探討了其炎癥反應(yīng)在AS中的調(diào)控機制，希望可以為AS的基礎(chǔ)研究和疾病防治提供新的思路。