炎癥小體參與自身免疫性疾病的研究進展

徐 莉 綜述 張玲玲，魏 偉 審校

自身免疫性疾病是指機體對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損害所引起的疾病，如銀屑病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)、類風濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)、干燥綜合征(sjogren syndrome,SS)等。炎癥小體是由胞質(zhì)內(nèi)模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)參與組裝的多蛋白復(fù)合物，分子量約699.81 ku，是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分。炎癥小體能夠識別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)或者宿主來源的損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)，招募和激活Caspase-1[1]?；罨腃aspase-1切割白細胞介素(interleukin,IL) -1β和IL-18的前體，促進細胞因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌，參與炎癥過程[2]。另外，炎癥小體的活化還能夠誘導(dǎo)編程性細胞焦亡[3]?，F(xiàn)就炎癥小體在自身免疫性疾病的研究進展做一綜述。

1 炎癥小體基本結(jié)構(gòu)和活化途徑

大部分炎癥小體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是以核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體(nucleotide binding oligomerization domain-like receptors,NLRs)家族和AIM2樣受體(AIM2-like receptor,ALRs)蛋白家族作為受體蛋白、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)作為接頭蛋白、Caspases作為效應(yīng)蛋白組成[4]。對于NLR家族的受體蛋白又可以分為2類：含有熱蛋白結(jié)構(gòu)域(pyrin domain,PYD)的受體蛋白和含有Caspase募集區(qū)域(caspase recruitment domain,CARD)結(jié)構(gòu)域的受體蛋白。

炎癥小體通過2個途徑被激活。第1種途徑是當機體受到各種內(nèi)源性和外源性刺激時激活炎癥小體。炎癥小體的PYD和CARD能使激活的傳感器蛋白寡聚并招募一個ASC適配器，隨后ASC通過CARD-CARD相互作用聚合成微米大小的ASC斑點，然后募集Caspase-1[5]?；罨腃aspase-1在胞質(zhì)膜內(nèi)側(cè)裂解IL-1β前體和IL-18前體，產(chǎn)生IL-1β和IL-18的成熟分子并釋放到胞外，促進炎癥反應(yīng)，直接快速激活天然免疫。第2種途徑是當機體受到刺激物如脂多糖刺激時，核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路被激活，隨后NF-κB發(fā)生核轉(zhuǎn)位，介導(dǎo)IL-1β前體和IL-18前體的活化，產(chǎn)生IL-1β和IL-18炎性因子，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答。

2 炎癥小體的種類

目前已被報道的常見的炎癥小體有NOD樣受體蛋白1(nod-like receptor protein1,NLRP1)、NOD樣受體蛋白3(nod-like receptor protein3,NLRP3)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白4(NLR containing a caspase recruitment domain 4,NLRC4)及黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)等[6]。

2.1 NLRP1炎癥小體NOD樣受體蛋白是一類含有核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域的蛋白家族，NLRP1是第1個被發(fā)現(xiàn)的NOD樣受體蛋白。從結(jié)構(gòu)上看，NLRP1由PYD、核苷酸結(jié)合寡聚化區(qū)域(nucleotide-binding oligomerization domain,NACHT)、C端的富含亮氨酸重復(fù)序列(leucine-rich repeat,LRR)以及一個CARD域共同組成[7]。其中PYD和LRR這2種結(jié)構(gòu)域?qū)τ诰S持NLRP1活性單體的功能至關(guān)重要。NLRP1受體蛋白在人類與小鼠體內(nèi)的區(qū)別是：①在人類基因中只有1個NLRP1蛋白，而在小鼠中多則可以表達3種NLRP1亞型——NLRP1a、NLRP1b、NLRP1c；②人類NLRP1具有一個N端PYD，而小鼠沒有N端PYD[5]；③人類NLRP1和小鼠的NLRP1a和NLRP1b分別通過它們各自N末端連接區(qū)域內(nèi)的蛋白水解激活，這種蛋白水解過程是NLRP1活化的一般機制[8]。

2.2 NLRP3炎癥小體NLRP3炎癥小體是目前研究最廣泛的炎癥小體。NLRP3炎癥小體是由N端PYD、中心NACHT域和C端LRRs共同組成，其中NACHT結(jié)構(gòu)域是NLRP3活化的主要結(jié)構(gòu)，具有ATP酶活性。C端LRRs可以調(diào)節(jié)NLRP3的活性，并識別內(nèi)源性的白蛋白和微生物配體[9]。NLRP3炎癥小體廣泛存在于免疫細胞中，包括粒細胞、抗原提呈細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞和B淋巴細胞中。在經(jīng)典激活途徑中，NLRP3炎癥小體組裝需要2個不同的關(guān)鍵步驟：①初始的轉(zhuǎn)錄啟動步驟；②NLRP3、ASC及Caspase-1寡聚和組裝步驟[10]。ASC包含2個轉(zhuǎn)導(dǎo)域：連接上游NLRP3的PYD和連接下游Caspase-1的CARD[11]。NLRP3炎癥小體的異常活化是引起多種自身免疫性疾病和代謝紊亂的主要原因之一。NLRP3的活化機制包括鉀離子外排、鈣離子內(nèi)流、活性氧類產(chǎn)生、線粒體內(nèi)膜的心磷脂異位、吞噬體失穩(wěn)、細胞體積擾動、宿主或細菌驅(qū)動的孔隙形成等[8]。

2.3 NLRC4炎癥小體在炎癥小體的組裝過程中，ASC和NLRC4兩種蛋白的CARDs具有相似的組裝模式，通過2種蛋白CARD-CARD相互作用，導(dǎo)致Caspase-1的二聚和活化，這是下游Caspase-1募集的共同機制[12]。初步報道[13]表明NLRC4與凋亡蛋白酶活化因子相似，NLRC4的激活是受腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor -α,TNF-α)調(diào)控并伴隨著NLRC4從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到線粒體。通過乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)試驗和碘化丙啶(propidium iodide,PI)染色法發(fā)現(xiàn)NLRC4的過表達可能會引起細胞焦亡。NLRC4炎癥小體復(fù)合物在缺血性腦卒中患者中介導(dǎo)小膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)以及細胞凋亡和細胞焦亡[14]。NLRC4炎癥小體的激活可誘導(dǎo)較強的炎癥反應(yīng)，是引起自身免疫性疾病重要原因。

2.4 AIM2炎癥小體ALRs是一種雙向的蛋白質(zhì)分子，由N端PYD結(jié)構(gòu)域，連著一個或兩個含200-氨基酸的造血干擾素誘導(dǎo)的核蛋白(hematopoietic IFN-inducible nuclear proteins with 200-amino-acid，HIN200)結(jié)構(gòu)域組成[5]。AIM2是ALRs家族的第1個成員，該家族由人類基因組中的4個成員和小鼠基因組中的14個成員組成。AIM2的功能主要為識別細菌、病毒或者宿主細胞中異常的細胞質(zhì)雙鏈DNA(double-stranded DNA,dsDNA)以及誘導(dǎo)細胞因子的成熟、釋放和細胞焦亡。而ALRs家族的另一成員p202則只有2個HIN200結(jié)構(gòu)域，沒有PYD域。AIM2炎癥小體的形成大致需要4個步驟：①dsDNA與AIM2受體蛋白結(jié)合；②AIM2聚集在dsDNA上，含有PYD結(jié)構(gòu)域的AIM2則形成絲狀結(jié)構(gòu)；③絲狀A(yù)IM2的PYD域和ASC的PYD域結(jié)合；④ASC的CARD域募集Caspase-1形成完整的AIM2炎癥小體[15]。

3 炎癥小體參與自身免疫性疾病

在機體正常情況下，炎癥小體激活適當數(shù)量的IL-1β和IL-18可以有效的防御病毒、細菌和真菌的入侵。但當炎癥小體在機體中過度活化時將引起異常炎癥免疫反應(yīng)，介導(dǎo)自身免疫性疾病。

3.1 NLRP3炎癥小體參與銀屑病皮損病理過程銀屑病是一種多基因遺傳背景下由T淋巴細胞介導(dǎo)的慢性炎癥性自身免疫性疾病。銀屑病的特點是出現(xiàn)紅色鱗狀斑塊，以真皮層T細胞、樹突狀細胞、自然殺傷T細胞和巨噬細胞為主的炎性細胞浸潤，以及血管異常增生。

在銀屑病中NLRP3炎癥小體的主要功能是活化Caspase-1?；罨腃aspase-1能將胞內(nèi)無活性的IL-18和IL-1β前體剪切為成熟的IL-18和IL-1β，IL-18和IL-1β信號導(dǎo)致Th17細胞因子譜的上調(diào)和銀屑病樣表型[16]。在銀屑病皮損中，炎癥小體的關(guān)鍵成分PYD-CARD的表達模式發(fā)生了改變，NLR信號基因NOD2、PYD-CARD、CARD 6和干擾素γ誘導(dǎo)蛋白16(interferon-γ-inducible protein 16,IFI16)在銀屑病表皮中上調(diào)[17]。NLRP3突變與慢性炎癥性疾病的敏感性密切相關(guān)，NLRP3主要是通過促進IL-1β的過度分泌來促進銀屑病樣表型。NLRP3 rs10733113G基因型在大部分銀屑病患者皮損部位的表達顯著增加，提示NLRP3炎癥小體基因多態(tài)性增加銀屑病基因易感性[18]。

3.2 炎癥小體參與SLE病理過程SLE是一種多器官受累的、炎癥系統(tǒng)性自身免疫疾病。SLE患者產(chǎn)生高水平自身抗體，伴有補體活化及免疫復(fù)合物沉積等，可導(dǎo)致嚴重的臨床表現(xiàn)。狼瘡性腎炎(lupus nephritis,LN)是SLE的最主要并發(fā)癥，NLRP3炎癥小體在LN中發(fā)揮了重要作用。免疫復(fù)合物可激活LN患者和狼瘡易感小鼠足細胞中的NLRP3炎癥小體，激活的NLRP3炎癥小體導(dǎo)致LN患者足細胞損傷以及蛋白尿。在SLE患者中，中性粒細胞外捕誘網(wǎng)(neutrophil extracellular traps,NETs)的增加可激活SLE患者巨噬細胞中的NLRP3炎癥小體，NLRP3炎癥小體激活后產(chǎn)生炎癥細胞因子，誘發(fā)組織炎癥，參與SLE的發(fā)病過程[18]。

在SLE患者中NLRP3和AIM2炎癥小體活化的機制可能因性別不同而存在差異。在女性SLE患者體內(nèi)，在抗dsDNA抗體存在的情況下，dsDNA通過反應(yīng)性活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成和ATP介導(dǎo)K+外排誘導(dǎo)NLRP3激活[19]。雌激素可以提高SLE患者外周血單核細胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMCs)中IgG型抗dsDNA抗體，在女性SLE患者的巨噬細胞中檢測到NLRP3 mRNA的過表達。在男性SLE患者中，由于缺乏雌激素，抗dsDNA自身抗體極少，可見AIM2炎癥小體過度活化，該活化是dsDNA所致[20]。AIM2在與細胞質(zhì)或核苷酸相互作用后，通過與適配器ASC和Pro-caspase-1結(jié)合形成功能性AIM2炎癥小體，AIM2炎癥小體介導(dǎo)上調(diào)IL-1β和IL-18的產(chǎn)生，與SLE嚴重程度呈正相關(guān)[21]。在男性SLE患者的巨噬細胞中檢測到AIM2 mRNA表達升高，在女性SLE患者中AIM2則表達降低，抗dsDNA自身抗體滴度僅與女性SLE患者的病情嚴重程度相關(guān)[19]。

3.3 炎癥小體基因多態(tài)性與RA的嚴重程度相關(guān)RA是一種慢性自身免疫性疾病，以滑膜炎癥和不可逆的多關(guān)節(jié)破壞為主要臨床特征，導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形、功能損害，具有較高的發(fā)病率[22]。研究[23]表明NLRP3炎癥小體在RA患者中是一種重要的介導(dǎo)因子，在RA患者CD4+T細胞中ROS的產(chǎn)生增加，ROS的增加致使NLRP3炎癥小體在RA患者的CD4+T細胞中被激活，NLRP3炎癥小體激活后通過活化IL-1β，促進Th17分化。NLRP3炎癥小體的激活同時也發(fā)生在關(guān)節(jié)積液中浸潤的單核巨噬細胞中[24]，NLRP3通過低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄(hypoxia-inducible transcription,HIF-1α)激活，激活的NLRP3使滑膜琥珀酸積累參與RA的發(fā)病機制[25]。miR-33可以通過增加IL-1β分泌從而活化miR-33-NLRP3炎癥小體通路參與RA的發(fā)病過程[26]。一項關(guān)于6個炎癥小體基因(NLRP1、NLRP3、NLPC4、AIM2、CARD8、CASP1)中的13個單核苷酸多態(tài)性的研究[27]發(fā)現(xiàn)rs10754558 NLRP3和rs2043211 CDRD8多態(tài)性分別與RA發(fā)展的嚴重程度相關(guān)。NLRP3和CARD8基因的功能多態(tài)性與RA的促炎表型有關(guān)，NLRP3 rs358294和CARD8 rs2043211相互作用增加了RA易感性，CARD8 rs2043211增加了RA早期和長期疾病活動[28]?？傊装Y小體活化參與RA的發(fā)病機制，而抑制NLRP3炎癥小體的活化來減輕RA的癥狀可能是一種新的治療RA的方法。

3.4 炎癥小體通過ATP門控的非選擇性陽離子通道P2X7受體參與SSSS是一種累及外分泌腺體尤以累及唾液腺(salivary glands,SG)和淚腺為主的慢性自身免疫性疾病。SS主要表現(xiàn)為口、眼干燥，也可有多器官、多系統(tǒng)損害，受累器官中有大量淋巴細胞浸潤，血清中多種自身抗體陽性。SS的病理基礎(chǔ)是B細胞功能亢進及由此而導(dǎo)致的抗體產(chǎn)生過多等免疫異常。炎癥小體和IL-1β在SS病程中呈現(xiàn)加工和釋放紊亂在SS的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。研究[29]發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體在嚴重原發(fā)性SS患者體內(nèi)的免疫系統(tǒng)中激活，炎癥性DNA廣泛的核外積累和受損的DNA降解是炎癥小體激活的主要原因。在SS患者中，PBMCs表現(xiàn)為NLRP3炎癥小體活化。而SG中浸潤的巨噬細胞中NLRP3活化并伴有細胞焦亡[29]。SG是SS的標志，ATP門控的非選擇性陽離子通道嘌呤能離子通道型受體(purinergic ligand-gated ion channel 7 recertor,P2X7R)可誘導(dǎo)SG炎癥反應(yīng)。在免疫細胞中，ATP刺激P2X7R能使K+通道開放，細胞內(nèi)K+外流，P2X7受體激活后通過誘導(dǎo)多蛋白復(fù)合物NLRP3炎癥小體的寡聚來誘導(dǎo)促炎細胞因子的如IL-1β和IL-18的產(chǎn)生[25-30]。可見P2X7R-炎癥小體-Caspase-1-IL-18軸參與SS的病理過程。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，炎癥小體作為固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在自身免疫性疾病中發(fā)揮了重要作用。隨著對炎癥小體越來越廣泛的研究，對炎癥小體在自身免疫性疾病中的激活途徑以及在自身免疫性疾病中的作用機制有了深入廣泛了解。以炎癥小體為靶點的治療方案越來越受到重視。目前以炎癥小體作為靶點治療自身免疫性疾病雖然有希望，但是仍缺少足夠的數(shù)據(jù)來充分闡明，望在以后的研究中能夠繼續(xù)完善。