炎癥及NLRP3炎性小體在肺動脈高壓中的作用研究進展

周聲志，陳建英

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是一種慢性致命性疾病，靜息狀態(tài)下平均肺動脈壓（mPAP）≥25 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），主要影響肺動脈遠端，是一種罕見且無法治愈的肺血管病變，其可導致進行性肺動脈重構(gòu)，致使右心室壓力負荷增加，最終導致右心衰竭甚至死亡。研究表明，PAH患者1年病死率約為33.9%，5年病死率約為50.0%［1］。目前基于抗肺血管內(nèi)皮功能障礙，舒張血管并不能明顯提高患者遠期存活率，因此亟須一種新的治療策略。近年炎癥性質(zhì)逐漸得到醫(yī)學界的廣泛重視，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）指出，炎癥是判斷PAH的新指標［2］。歐洲心臟病學會和歐洲呼吸學會指出，C反應蛋白、白介素6（IL-6）等炎性因子是判斷PAH嚴重程度的生物標志物［3］，推測炎癥可能為PAH認識和診療提供新思路。本文就炎癥及NLRP3炎性小體在PAH中的作用展開綜述。

1 治療與困境

目前，臨床治療PAH的關(guān)鍵在于肺動脈內(nèi)皮功能障礙，采用5型磷酸二酯酶（PDE5）抑制劑、可溶性鳥苷酸環(huán)化酶激動劑Riociguat、內(nèi)皮素1受體拮抗劑、前列環(huán)素等藥物治療可有效緩解患者呼吸困難、增加其運動功能，在一定程度上改善患者的生活質(zhì)量，其中PDE5抑制劑禁忌證較多，適用群體較少，存在心瓣膜損傷等潛在風險；Riociguat于2013年被批準用于治療不明原因PAH或術(shù)后栓塞性PAH，但于2016年被報道可導致嚴重不良事件和高病死率［4］；高達26%的內(nèi)皮素1受體拮抗劑用藥者出現(xiàn)明顯外周性水腫［5］；前列環(huán)素類靜脈注射效果佳，口服及吸入有效性未知，依從性差；該四類藥物對降低肺動脈壓（PAP）的整體有效率僅約為10%，在肺動脈血管重構(gòu)獲益上并不明顯［6］，可見其并不能降低患者遠期病死率。

2 炎癥在PAH中的作用

PAH患者血漿白介素1（IL-1）、IL-6水平高于健康人群［7］。一項前瞻性研究和回顧性研究表明，高水平炎性遞質(zhì)預示PAH患者預后不良［8］。PAH患者肺血管周圍有大量巨噬細胞、單核細胞和淋巴細胞等炎性細胞浸潤，而高水平腫瘤壞死因子α（TNF-α）可誘導18種細胞因子/趨化因子表達，其中IL-6、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）、瘦素（Ob）可調(diào)控肺動脈平滑肌細胞（PASMC）的增殖與凋亡［9］，因此炎性因子在PAH發(fā)生、發(fā)展中具有一定作用。

首先，在介導炎性反應的補體系統(tǒng)中，BMPR2變異等因素可增強GM-CSF表達上調(diào)、促使GM-CSF依賴性補體系統(tǒng)的激活，致使巨噬細胞等炎性細胞大量聚集在肺血管周圍，募集的巨噬細胞表達有血小板反應蛋白1（TSP-1），其可激活轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）并增強Rho激酶信號，從而導致血管收縮［10-11］。另外，通過代謝重編程可驅(qū)動持續(xù)的炎癥狀態(tài)，導致病理性血管生成和纖維化［12］。此外，巨噬細胞可通過C-C趨化因子受體2型（CCR2）和C-C趨化因子受體5型（CCR5）相互傳遞作用而加重PASMC的遷移和增殖［13］，導致PAH進行性加重。

募集的巨噬細胞是細胞因子及其他遞質(zhì)的重要來源。缺氧環(huán)境可導致缺氧誘導分子1α（HIF-1α）堆積，有氧代謝失調(diào)，而后升高的核因子κB（NF-κB）可誘導NLRP3上調(diào)并激活及募集銜接分子凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（ASC），促進含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1（caspase-1）前體水解，而水解后有活性的caspase-1可生成并釋放白介素1β（IL-1β）、白介素18（IL-18），進而加重炎性反應［14］。此外，轉(zhuǎn)錄因子信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子1（STAT1）轉(zhuǎn)錄后修飾，該修飾可上調(diào)肺動脈平滑肌內(nèi)程序性死亡配體1（PD-L1）表達并導致細胞凋亡，以細胞程序性死亡形式釋放與生成大量的炎性因子并放大級聯(lián)反應［15］。而且，這并不是局限性的，細胞中膜受炎癥刺激后可引起PASMC增殖及抗凋亡，巨噬細胞在細胞外膜中的蓄積和激活也受IL-6、IL-1β、IL-18旁分泌的影響。因此，缺氧環(huán)境引起的缺氧信號可觸發(fā)PAH的炎性信號。

缺氧信號觸發(fā)的炎性因子參與了PAH患者代謝紊亂。NLRP3炎性小體的激活及IL-1β的釋放可通過PFKFB3調(diào)節(jié)糖酵解［16］，內(nèi)皮細胞中PFKFB3可通過提高糖酵解水平而促進代謝產(chǎn)物丙酮酸產(chǎn)生，而丙酮酸堆積可增強機體對脯氨酰羥化酶結(jié)構(gòu)域蛋白（PHDs）的抑制能力，減少細胞中HIF-1α降解，促使炎性因子〔包括IL-1β、趨化因子配體12（CXCL12）〕、生長因子〔包括血小板源性生長因子B（PDGFB）、成纖維細胞生長因子2（FGF2）〕和細胞黏附因子表達升高，最終致使PASMC異常增殖、遷移［17］。另外，隨著PASMC中PFKFB3水平的升高，糖酵解的代謝產(chǎn)物乳酸含量也增加，致使鈣蛋白酶2（calpain-2）磷酸化激活，引起PASMC中骨膠原合成增加，細胞增殖加快，進而促進肺血管重構(gòu)［18］。

值得注意的是，在代謝紊亂中，重度PAH患者體內(nèi)Ob上升的同時伴隨炎性因子水平升高。研究表明，血Ob水平與PAH患者預后密切相關(guān)［19］，而Ob主要在脂肪組織中合成［20］。脂肪組織是炎性遞質(zhì)和血管生成促進劑的重要來源，即炎性因子水平與Ob共同作用的“結(jié)果”。伴有此類代謝綜合征的PAH患者機體肺血管周圍巨噬細胞聚集和IL-6產(chǎn)生增加，信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）被IL-6激活，進而誘導PASMC 增殖［21］。

在諸多發(fā)病機制中，炎癥參與PAH尤其是導致巨噬細胞聚集，但各種炎癥的啟動因素及作用機制錯綜復雜，目前尚未形成一個系統(tǒng)的整體認識。NLRP3炎性小體被認為是炎癥性疾病的明星蛋白復合物，有望能對PAH的炎癥性質(zhì)進行系統(tǒng)的解釋。

3 NLRP3炎性小體在PAH中的作用

炎性小體是由NLRP3、ASC及效應蛋白caspase-1組成的一種多蛋白復合體，是巨噬細胞介導的免疫和炎癥重要調(diào)節(jié)因子的關(guān)鍵組分，也是啟動固有免疫應答的關(guān)鍵炎性信號平臺，能對各種刺激產(chǎn)生反應，在固有免疫中具有不可或缺的作用［22］。當損傷相關(guān)分子模式受刺激后，細胞膜上的模式識別受體（PRRs）可通過誘導細胞核內(nèi)NF-κB信號傳導，促進NLRP3及IL-1β前體（pro-IL-1β）表達，NLRP3募集銜接分子ASC，該蛋白將NLRP3連接到caspase-1前體，caspase-1前體通過自身蛋白水解酶活性異四聚體的形成而被激活成有活性的caspase-1，其可將下游的pro-IL-1β及pro-IL-18分別切割生成有活性的IL-1β、IL-18以促進炎性反應。

血管中NLRP3炎性小體的激活是炎癥性疾病發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)。最新CANTOS研究證實，拮抗IL-1β可降低15%的非致死性血管事件［23］。MULLARD［24］研究表明，NLRP3炎性小體是最有前景的炎癥靶點。

巨噬細胞是PAH發(fā)病機制的主要參與者，可促進PASMC增殖，而NLRP3炎性小體主要存在于巨噬細胞中。VILLEGAS等［25］首次證實PAH中NLRP3炎性小體被激活，因此抑制體內(nèi)NLRP3炎性小體激活可降低肺部炎癥程度而改善PAH。研究表明，NLRP3炎性小體被激活后，需通過銜接ASC而增加caspase-1水平［26］。內(nèi)皮細胞作為血管疾病的起始環(huán)節(jié)，其可因caspase-1表達上調(diào)而觸發(fā)細胞程序性死亡，進而導致血管內(nèi)皮功能障礙［27］。已有研究表明，PASMC增殖能力可因caspase-1敲除而明顯下降［15］。UDJUS等［28］研究表明，caspase-1主要通過IL-18、IL-6等途徑誘導PASMC增殖，進而導致缺氧性PAH。

caspase-1的成熟觸發(fā)可將白介素前體剪切成有生物活性的IL-1β、IL-18。在PAH中，肺動脈內(nèi)皮細胞釋放的損傷信號分子可生成IL-1β，IL-1β與IL-1受體1（IL-1R1）結(jié)合后，可導致NK-κB活化并合成IL-6和TNF-α，有效促進PASMC增殖［29］、激活信號轉(zhuǎn)導途徑及改變氧化還原穩(wěn)態(tài)導致的高內(nèi)皮細胞壞死率［30］，導致男性PAH患者預后差。研究表明，在敲除IL-1R1后，IL-1β介導的PASMC增殖受到明顯抑制［31］。拮抗IL-1可有效降低血管炎癥的同時明顯減緩肺血管重構(gòu)［32］。因此，IL-1β參與PAH患者肺血管周圍巨噬細胞、內(nèi)皮細胞和PASMC。臨床上，阿那白滯素和卡那奴單抗已被批準用于人體以拮抗IL-1β帶來的不良影響，其中心力衰竭患者在長期使用IL-1受體拮抗劑中獲益［33］。有研究對7例PAH合并右心衰竭的患者進行阿那白滯素治療結(jié)果顯示，雖然患者2周內(nèi)心肺運動測試和超聲心動圖測量的右心室功能指標并沒有明顯變化，但其超敏C反應蛋白、IL-6水平降低所致的肺換氣效率有所提高、運動能力有所增強［34-35］。目前臨床上長時間應用阿那白滯素是否會對肺動脈內(nèi)皮功能、血管重構(gòu)及其他并發(fā)感染造成影響尚不完全明確。

IL-18作用于肺動脈及微血管內(nèi)皮細胞受體，而刺激黏附分子〔包括細胞間黏附分子1（ICAM-1）、血管細胞黏附分子1（VCAM-1）〕、淋巴細胞功能相關(guān)抗原1（LFA-1）、極晚期抗原4（VLA-4）可在活化的單核細胞上表達并牢固地黏附在血管壁上，致使P38MAPK激活，導致內(nèi)皮功能損傷［36］。同時，IL-18以自分泌/旁分泌的方式作用于PASMC上的IL-18受體，上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）表達，進而干擾細胞外基質(zhì)并促進PASMC增殖，進而出現(xiàn)中層血管壁增厚的病理改變。另外，IL-18還可作用于單核細胞，促使這些細胞釋放其他細胞因子，如IL-1、TNF-α和IL-12；IL-12將導致T細胞表達干擾素γ（IFN-γ），引起單核吞噬細胞釋放趨化因子配體10（CXCL10），而CXCL10募集富含CXCR3的單核細胞，其可釋放大量IFN-γ，進而致使更多的單核細胞表達CXCL10，形成一個正反饋回路，從而放大細胞因子-趨化因子-生長因子風暴，最終導致血管病變［37］。所以，可采用這些細胞因子譜判斷其臨床風險［38］。拮抗IL-18具有明顯降低肺動脈壓、抑制PASMC表型轉(zhuǎn)化及抑制血管重構(gòu)等切實作用，但單純拮抗IL-18對改善PAH所引起的右心室肥厚效果不佳，可能是由于拮抗IL-18后引起了其他補償性平行炎癥途徑上調(diào)所致［39］。

4 小結(jié)

目前臨床藥物治療PAH僅可改善患者臨床癥狀，對提高遠期存活率效果欠佳。PAH中，炎性細胞募集可與血管壁細胞直接作用，也可釋放細胞因子增強炎性信號而導致代謝紊亂，各種因素疊加最終導致PAH。PAH發(fā)病機制相互影響但不孤立存在，且均有炎癥參與其中。在PAH中，NLRP3炎性小體被激活，作為微粒危險信號釋放并刺激胞內(nèi)外caspase-1，從而放大級聯(lián)反應，加快炎癥發(fā)展。在動物實驗中，針對NLRP3炎性小體各組分的研究比較成熟，臨床試驗主要圍繞對IL-1β或IL-18的拮抗而開展，短期內(nèi)確實能增加患者運動耐量，但遠期影響尚不明確。

作者貢獻：陳建英進行文章的構(gòu)思與設計；周聲志進行文獻/資料收集、整理，撰寫論文，進行論文的修訂，并對文章整體負責、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。