NLRP3炎性小體與急性胰腺炎發(fā)生、發(fā)展關(guān)系的相關(guān)研究進(jìn)展

夏炳杰，李桂鮮

(桂林醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣西 桂林 541199)

炎性小體是多種炎癥性疾病發(fā)病的機(jī)制之一。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NLRP3)是目前研究較為廣泛的炎癥小體，由細(xì)胞內(nèi)多蛋白復(fù)合物組成，是炎癥的主要驅(qū)動力。目前，NLRP3炎性小體激活的調(diào)控機(jī)制仍不清楚。研究已證實(shí)，炎性體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)與急性胰腺炎中發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。急性胰腺炎是消化系統(tǒng)常見的急腹癥之一。根據(jù)急性胰腺炎診治國際共識，按病情嚴(yán)重程度分為輕度、中度和重度，其中重度死亡率極高，可引起多種并發(fā)癥。目前針對急性胰腺炎，除了常規(guī)支持治療外，尚缺乏特異性藥物治療。盡管急性胰腺炎的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，但持續(xù)炎性反應(yīng)的激活是引起重要器官功能障礙甚至衰竭的重要原因[1]。抑制持續(xù)激活與放大的炎性反應(yīng)是急性胰腺炎治療的手段之一。NLRP3炎性小體通過激活與放大下游炎性反應(yīng)，在多種炎性疾病包括急性胰腺炎發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[2]。針對近些年NLRP3炎性小體與急性胰腺炎發(fā)生、發(fā)展關(guān)系的相關(guān)研究進(jìn)展，現(xiàn)綜述如下。

1 NLRP3炎性小體

最早于20世紀(jì)初，Tschopp及同事提出了炎性小體的概念，指出炎性小體是在髓樣細(xì)胞中表達(dá)的一組胞質(zhì)多蛋白復(fù)合物，負(fù)責(zé)激活炎癥反應(yīng)，是先天免疫系統(tǒng)的一部分。炎性小體由上游傳感蛋白(核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域或黑色素瘤缺乏因子2樣受體)和銜接蛋白-凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白組成。已鑒定出核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白種類包含22種，其中NLPR3是研究較為廣泛的。NLRP3在單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞，淋巴細(xì)胞等均有表達(dá)。NLRP3上游傳感蛋白通過銜接蛋白鏈接下游效應(yīng)分子半胱氨酸蛋白酶(Caspase-1)。激活的Caspase-1可剪切前體細(xì)胞因子pro-IL1β和pro-IL18，從而活化該炎性細(xì)胞因子，同時還可誘導(dǎo)新的細(xì)胞死亡途徑-細(xì)胞焦亡[3]。

2 急性胰腺炎NLRP3炎性小體激活的機(jī)制--細(xì)胞外損傷相關(guān)的分子模式(DAMP)

與對少數(shù)特定的病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)反應(yīng)的其他炎性小體不同，NLRP3炎性小體可被多種刺激因素激活，其中包括DAMP。高遷移率族蛋白B1(HMGB1)作為核蛋白，可充當(dāng)DNA分子伴侶的作用，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合。但在各種刺激因素作用下，HMGB1可轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)一步釋放至細(xì)胞外，可充當(dāng)DAMP觸發(fā)性介質(zhì)的作用。在眾多炎癥性疾病如敗血癥、機(jī)械性創(chuàng)傷、急性心肌梗死、急性肝損傷等，外周血HMGB1可顯著升高[4]。急性胰腺炎引起受損的胰腺腺泡細(xì)胞釋放不同的細(xì)胞內(nèi)容物，包括DAMPs，從而促進(jìn)NLRP3炎性小體激活并觸發(fā)炎性反應(yīng)。在急性胰腺炎人群及動物實(shí)驗?zāi)Ｐ椭?，外周血HMGB1水平顯著增加，并與疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[5]。細(xì)胞外HMGB1信號通過激活Toll樣受體4(TLR4)介導(dǎo)的NF-κB信號通路，誘發(fā)急性胰腺炎胰腺損傷，而TLR4基因敲除小鼠，胰腺損傷程度顯著降低[6]。

熱休克蛋白(HSP)是高度保守的蛋白質(zhì)，細(xì)胞內(nèi)水平可隨著多種應(yīng)激變化而顯著升高。HSP70作為細(xì)胞內(nèi)分子伴侶，與DAMP的作用相似，有研究顯示，HSP70可通過TLR和CD14相互作用，激活MyD88/IRAK/NF-κB信號通路調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[7]。在急性胰腺炎動物模型中，HSP70水平顯著上調(diào)，并且HSP70的表達(dá)水平與胰腺炎的嚴(yán)重程度相關(guān)，但相關(guān)免疫調(diào)節(jié)機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)是細(xì)胞供能的來源，但若細(xì)胞受到損傷，ATP釋放至胞外，其可作為DAMP信號，通過細(xì)胞表面的P2X7嘌呤能受體，激活NLRP3炎性小體，促進(jìn)免疫炎性反應(yīng)。

3 NLRP3炎性小體下游的IL-1家族信號通路

IL-1細(xì)胞因子超家族是先天性和獲得性免疫的重要調(diào)節(jié)因子，在抗感染、抗炎及抵抗損傷方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。IL-1家族包含了11個成員，其中IL-1β、IL-33和IL-18與NLRP3炎性小體的免疫調(diào)節(jié)關(guān)系密切。

3.1IL-1β：IL-1β是無菌性壞死(急性胰腺炎)過程中介導(dǎo)炎癥反應(yīng)最活躍的細(xì)胞因子，前期研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體在IL-1β調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用[8]。眾所周知，急性胰腺炎的發(fā)生發(fā)展取決于胰腺組織中積聚的大量促炎細(xì)胞因子，TNF-α和IL-1β被認(rèn)為是急性胰腺炎介導(dǎo)早期炎性反應(yīng)并向胰腺外組織播散的主要細(xì)胞因子。如前所述，大量證據(jù)表明NLRP3炎性小體的激活與IL-1β的成熟時誘導(dǎo)急性胰腺炎炎性反應(yīng)密切相關(guān)[9]。通過PAMP或細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β或 IL-18激活TLR后，進(jìn)而促進(jìn)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞合成并分泌IL-1β，同時IL-1β的自我誘導(dǎo)也是急性胰腺炎炎性反應(yīng)機(jī)制的一部分。因此，IL-1β的激活除了與NLRP3炎性小體活化機(jī)制有關(guān)以外，有研究顯示，中性粒細(xì)胞分泌的絲氨酸蛋白酶以及病原體釋放的相關(guān)酶類物質(zhì)也可激活I(lǐng)L-1β，上述過程在炎性反應(yīng)和感染發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要作用[10]。

3.2IL-18:IL-18廣泛表達(dá)于巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，具有合成分泌干擾素γ的作用。與IL-1β相似，IL-18的成熟依賴于NLRP3炎性小體介導(dǎo)的Caspase-1機(jī)制。通過抑制NLRP3或Caspase-1活性，可顯著阻礙IL-18的成熟。有研究顯示，外周血IL-18水平與急性胰腺炎病情嚴(yán)重程度及預(yù)后密切相關(guān)[11]。通過在急性胰腺炎動物模型中，參與干擾或抑制IL-18的合成，可顯著改善模型動物體內(nèi)炎癥水平及降低死亡率。

3.3IL-33:IL-33是IL1超家族的最新成員，同時也是先天性和獲得性免疫反應(yīng)的關(guān)鍵組成部分。IL-33在上皮和內(nèi)皮細(xì)胞中均有表達(dá)，儲存于細(xì)胞核中，并可與染色質(zhì)結(jié)合。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生損傷或壞死時，核內(nèi)的IL-33可與靶基因啟動子結(jié)合促進(jìn)早期炎性通路信號的轉(zhuǎn)錄。與Il-18類似，IL-33可激活MyD88/IRAK/TRAF6信號通路，進(jìn)而激活下游NF-κB和MAPK信號，促進(jìn)炎性的級聯(lián)放大[12]。急性胰腺炎患者早期外周血IL-33水平顯著升高，并與病情嚴(yán)重程度相關(guān)[13]。在急性胰腺炎動物模型中，通過外源性給予IL-33，可顯著加劇胰腺炎性反應(yīng)和肥大細(xì)胞脫顆粒。同時有研究顯示，IL-33在慢性胰腺炎的纖維化過程中也發(fā)揮了重要作用，是促進(jìn)纖維化的重要效應(yīng)分子[14]。

4 NLRP3炎性小體的抑制劑

研究已表明，NLRP3炎性小體與多種炎癥性疾病發(fā)生及進(jìn)展密切相關(guān)，因此，相應(yīng)抑制劑已成為基礎(chǔ)及臨床重點(diǎn)研究的方向。迄今為止，已有多種NLRP3炎性小體抑制劑在實(shí)驗動物模型中進(jìn)行了驗證，甚至部分已在運(yùn)用于臨床。

4.1NLRP3炎性小體抑制劑的臨床運(yùn)用：IL-1拮抗劑：目前，用于NLRP3相關(guān)疾病臨床治療的靶向IL-1β藥物包括重組IL-1受體拮抗劑Anakinra，可溶性IL-1β受體結(jié)合劑Rilonacept，中和性IL-1β抗體Canakinumab。已有研究表明，上述抑制劑對急性胰腺炎具有顯著治療效果，如Anakinra可顯著降低胰腺組織損傷和胰腺細(xì)胞凋亡[15]。Anakinra作為IL1R拮抗劑，于2001年首先批準(zhǔn)用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的臨床治療，隨后適應(yīng)證擴(kuò)展到其他炎癥性疾病如凍蛋白相關(guān)的周期性綜合征。Rilonacept是一種融合蛋白，可與IL1信號傳導(dǎo)所需的IL1R組分的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域和免疫球蛋白G的Fc部分結(jié)合，從而阻斷IL-1β生物學(xué)活性。Canakinumab是針對IL-1β的人源化單克隆抗體，已于2009年獲得FDA批準(zhǔn)用于冷吡啉相關(guān)周期性綜合征和全身特發(fā)性關(guān)節(jié)炎的治療。上述所有針對IL-1β的抑制劑，均可顯著減少患者臨床癥狀，改善生活質(zhì)量，除了用于炎癥性疾病治療外，期待進(jìn)一步用于抗腫瘤的臨床治療。

4.2磺脲類藥物：格列本脲是廣泛用于治療2型糖尿病的磺酰脲類藥物的NLRP3抑制劑。雖然格列本脲不是NLRP3炎性小體的直接抑制劑，但它可干擾NLRP3組裝的上游的信號傳導(dǎo)事件。由于細(xì)胞內(nèi)鉀離子是炎性小體活化的信號之一，格列本脲可阻斷胰腺β細(xì)胞膜上的ATP敏感鉀通道，阻止鉀的細(xì)胞外排，升高細(xì)胞內(nèi)鉀離子，從而激活NLRP3炎性小體[16]。在急性胰腺炎小鼠模型中，格列本脲可顯著降低外周血IL-6、脂肪酶及淀粉酶水平，并抑制IL-1β的釋放[17]。

MCC950是一種含二芳基磺酰脲的化合物，被認(rèn)為是NLRP3炎性小體最有效的抑制劑之一[18]。MCC950通過抑制ASC寡聚化，阻斷NLRP3炎性小體活化。在MCC950的實(shí)驗研究中，其可顯著降低急性胰腺炎動物模型IL-18水平，降低病情嚴(yán)重程度及引發(fā)的并發(fā)癥[2]。

4.3天然植物：為了治療各種胰腺疾病，包括糖尿病和胰腺炎，已探索出多種植物來源的化合物，包括多酚、萜烯、生物堿、糖苷、醌和類黃酮。大黃素是一種蒽醌衍生物，可以從大黃，沙棘和虎杖中分離提取，并已證明具有抗腫瘤，抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用[19]。既往實(shí)驗研究已經(jīng)證實(shí)，大黃素可以減輕與急性胰腺炎相關(guān)的肺損傷，近年來研究表明大黃素具有抑制NLRP3炎性小體的作用，P2X7及核因子紅細(xì)胞2相關(guān)因子2是大黃素作用的直接靶點(diǎn)[20]。丹參素是丹參的活性成分，通常在心肌缺血性損傷中發(fā)揮心臟保護(hù)作用。在急性胰腺炎小鼠模型中，丹參素直接抑制胰腺NLRP3炎性小體以及NF-κB和STAT3信號通路的激活[21]。Withaferin A是從人參中分離出來的一種生物堿，具有抗腫瘤、抗糖尿病和抗炎作用的藥理特性[22]。 Withaferin A有效抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的持續(xù)活化，并抑制急性胰腺炎中NLRP3炎性體活化，但具體信號機(jī)制還有待進(jìn)一步闡明。

4.4非甾體類抗炎藥和其他抗氧化劑：氧化應(yīng)激和過度炎癥級聯(lián)反應(yīng)在急性胰腺炎發(fā)病機(jī)理中的作用已得到廣泛研究。最近研究表明，環(huán)加氧酶2抑制劑(COX-2)是炎性反應(yīng)和NLRP3炎性小體激活的有效調(diào)節(jié)劑[23]。因此，使用非甾體抗炎藥(NSAIDs)似乎是抑制炎癥小體的可行選擇。吲哚美辛是最常見的NSAIDs和COX-2抑制劑之一，具有顯著抗炎作用，廣泛運(yùn)用于類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎及相關(guān)炎性疾病的臨床治療。對于急性胰腺炎患者，吲哚美辛主要用于預(yù)防內(nèi)鏡逆行膽管造影引發(fā)的胰腺炎[24]。而另一種選擇性COX-2抑制劑，伊古拉莫德可通過抑制NF-κB信號通路和NLRP3炎性小體的活性，發(fā)揮急性胰腺炎抗炎作用。

4.5膽汁酸：除了作為代謝調(diào)節(jié)劑，膽汁酸還參與炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)和免疫穩(wěn)態(tài)的維持。 膽汁酸受體激動劑INT-777對炎性疾病具有保護(hù)作用。最近研究發(fā)現(xiàn)，INT-777在活性氧(ROS) / NLRP3信號傳導(dǎo)中起調(diào)節(jié)作用，INT-777通過阻斷ROS/NLRP3途徑有效減輕急性胰腺炎炎性反應(yīng)和胰腺腺泡細(xì)胞損傷[25]。

5 結(jié)語

目前，探討NLRP3抑制劑對急性胰腺炎的臨床治療的相關(guān)研究較少，在機(jī)制及臨床觀察研究方面，均發(fā)現(xiàn)急性胰腺炎患者體內(nèi)存在顯著的NLRP3炎性小體激活。抑制NLRP3炎性小體及下游信號通路是目前常見的干預(yù)形式，除此之外，NLRP3上游HMGB1的靶向干預(yù)及NLRP3的翻譯后修飾，均可能是抑制NLRP3炎性小體活化的重要策略。總之，鑒于NLRP3炎性小體在急性胰腺炎發(fā)生、發(fā)展中的重要作用，針對NLRP3炎性小體活性的抑制，有望成為急性胰腺炎新的治療手段和方法。