NLR 家族Pyrin 域蛋白3 炎癥小體與妊娠的研究進(jìn)展

趙璐，楊華，劉國艷

炎癥小體是胞質(zhì)中的多蛋白復(fù)合物，由受體蛋白分子、接頭分子和效應(yīng)分子三部分構(gòu)成，是人類天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，參與包括妊娠在內(nèi)的多種炎癥反應(yīng)。炎癥小體及其下游炎性因子白細(xì)胞介素18（IL-18）和IL-1β 在正常妊娠組織中均有表達(dá)，炎癥小體根據(jù)受體蛋白的不同而命名，包括：NLR家族Pyrin 域蛋白1（NOD-like receptor family，pyrin domain containing 1，NLRP1）、NLRP3、NLRP4、NLRP6、NLRP7 和NLRP12，目前研究最廣泛的是NLRP3 炎癥小體，有研究證實(shí)激活的NLRP3 炎癥小體參與了分娩過程的無菌性炎癥反應(yīng)[1]。激活的NLRP3 炎癥小體與早產(chǎn)和分娩發(fā)動(dòng)機(jī)制有關(guān)，還與復(fù)發(fā)性自然流產(chǎn)（recurrent spontaneous abortion，RSA）、早產(chǎn)、子癇前期和妊娠期糖尿病（GDM）等妊娠疾病有密切的聯(lián)系。因此對NLRP3 炎癥小體及其下游的細(xì)胞因子的研究可以為預(yù)防和治療妊娠相關(guān)疾病提供理論依據(jù)。

1 NLRP3 炎癥小體結(jié)構(gòu)和功能

NLRP3 炎癥小體是目前研究最廣泛的炎癥小體，是由NLRP3 蛋白、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)蛋白（Asc）及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）共同組成的高分子質(zhì)量蛋白復(fù)合物。其有兩個(gè)關(guān)鍵的特征：一是可以被很多分子激活，如病原相關(guān)分子模式（PAMPs）及缺血缺氧等損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）等[2]；二是NLRP3 炎癥小體在多種天然免疫細(xì)胞中均有高表達(dá)，包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等[3]。當(dāng)NLRP3 受到外源性信號(hào)激活時(shí)，會(huì)將無活性的casepase-1 前體剪切為有活性的caspase-1，而活化的caspase-1 會(huì)將無活性IL-1β 轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘腎L-1β，從而發(fā)揮其免疫相關(guān)的生物學(xué)作用。

NLRP3 炎癥小體是宿主防御反應(yīng)的重要因素，其能夠?qū)逃忻庖哌M(jìn)行調(diào)控，各種環(huán)境剌激物、多種微生物、內(nèi)源性或外源性危險(xiǎn)信號(hào)、病原體和不同的PAMPs/DAMPs 都可以激活NLRP3 炎癥小體釋放細(xì)胞因子，誘導(dǎo)caspase-1 依賴的程序性細(xì)胞死亡（細(xì)胞焦亡），參與多種炎性疾病過程。

2 NLRP3 炎癥小體調(diào)控機(jī)制

NLRP3 炎癥小體的激活目前普遍認(rèn)為需要兩個(gè)階段：啟動(dòng)和裝配。第一步啟動(dòng)階段是通過toll 樣受體（toll-like receptors，TLRs）等信號(hào)，激活核因子κB（NF-κB）導(dǎo)致NLRP3 蛋白和IL-1β 前體（pro-IL-1β）表達(dá)增高，提供非轉(zhuǎn)錄依賴的啟動(dòng)信號(hào)。第二步裝配階段為NLRP3 炎癥小體被多種PAMPs 及DAMPs 激活，招募和激活促炎癥蛋白酶caspase-1，活化的caspase-1 切割I(lǐng)L-1β 和IL-18 的前體，產(chǎn)生相應(yīng)的成熟細(xì)胞因子[4]。目前認(rèn)為炎癥小體的激活有多種模式，包括鉀外流、溶酶體破裂、線粒體功能障礙和鈣流入等，經(jīng)典的NLRP3 炎癥小體活化模型主要有3 種[5]：①細(xì)胞K+穿梭模型，有研究認(rèn)為鉀外流是激活炎癥小體的最普遍的模式，其通過多種微生物和內(nèi)源性信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中鉀減少，充分激活炎癥小體。但是K+濃度下降導(dǎo)致炎癥小體活化的分子機(jī)制尚不清楚，并且也沒有明確介導(dǎo)K+外流的離子通道蛋白，因此鉀外流激活NLRP3 炎癥小體的機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。②溶酶體破裂模型，即溶酶體膜的破壞可導(dǎo)致NLRP3 炎癥小體的活化。細(xì)胞攝取結(jié)晶類和微粒類物質(zhì)，如石棉、尿酸鹽結(jié)晶等后，導(dǎo)致溶酶體內(nèi)容物釋放，引起NLRP3 炎癥小體的激活。③活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生模型。ROS 主要與正常或損傷的線粒體相關(guān)，激活物質(zhì)觸發(fā)產(chǎn)生的ROS 可以激活NLRP3 炎癥小體，來自線粒體的ROS 是調(diào)控活化的關(guān)鍵信號(hào)。但是目前對于NLRP3 炎癥小體的各種調(diào)控機(jī)制仍存在爭議，需要進(jìn)一步研究細(xì)胞通路與炎癥小體激活的相關(guān)性。

3 NLRP3 與正常妊娠和分娩

炎癥反應(yīng)與胚胎種植、胎兒生長發(fā)育和分娩密切相關(guān)，是成功生育的關(guān)鍵因素[6]。有研究顯示在胎盤組織檢測出NLRP3 炎癥小體，在妊娠婦女的外周血白細(xì)胞和早期妊娠的絨毛組織中也有NLRP3 炎癥小體的表達(dá)[7]。另有研究發(fā)現(xiàn)受體蛋白凋亡相關(guān)斑點(diǎn)蛋白（ASC）在整個(gè)妊娠過程中均有表達(dá)[8]，而在人類胎盤、絨毛膜和子宮肌層也發(fā)現(xiàn)了caspase-1 的表達(dá)[9]。這些證據(jù)都表明在妊娠期間啟動(dòng)了NLRP3 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。

分娩是一種生理過程，被認(rèn)為是一種無菌性炎癥反應(yīng)。已有研究表明分娩時(shí)羊水中和妊娠組織中（包括胎盤、子宮肌層和宮頸組織等）的炎性細(xì)胞因子增多，這種無菌性炎癥反應(yīng)與天然免疫細(xì)胞進(jìn)入絨毛膜蛻膜、子宮肌層和宮頸組織有關(guān)[10]。Romero 等[9]發(fā)現(xiàn)足月分娩過程中只有NLRP3 炎癥小體被啟動(dòng)和激活，才能使caspase-1 和成熟IL-1β 活性增加，而在分娩過程中的子宮肌層也發(fā)現(xiàn)了NLRP3 炎癥小體的存在[11]。Coll 等[12]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)使用NLRP3 炎癥小體抑制劑可造成孕鼠難產(chǎn)。以上研究均證明了在羊膜腔和妊娠組織中NLRP3 炎癥小體的激活是分娩過程中無菌性炎癥反應(yīng)的重要組成部分。

4 NLRP3 與妊娠相關(guān)疾病

4.1 早產(chǎn)早產(chǎn)是指妊娠滿28 周至不足37 周間的分娩，是全球圍生兒并發(fā)癥與死亡的首要原因，也是5 歲以下兒童死亡的第一大原因。自發(fā)性早產(chǎn)病因多樣，目前認(rèn)為早產(chǎn)的主要原因是羊膜炎，是由于炎癥反應(yīng)的加強(qiáng)或失衡導(dǎo)致分娩提前啟動(dòng)。其臨床特征是羊水中的細(xì)胞因子濃度提高和免疫細(xì)胞數(shù)量的增加[13]。有研究發(fā)現(xiàn)在早產(chǎn)患者絨毛膜羊膜中NLRP3炎癥小體、caspase-1、caspase-4、IL-1β 和IL-18 增多，并且NLRP3 炎癥小體的激活提高了caspase-1、caspase-4 和成熟IL-1β、IL-18 的活性[14]，這些研究均支持NLRP3 炎癥小體與早產(chǎn)相關(guān)。目前NLRP3炎癥小體激活導(dǎo)致早產(chǎn)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)有：①給小鼠宮腔內(nèi)給藥肽聚糖和聚肌胞苷酸，使子宮肌層NLRP3炎癥小體和caspase-1 表達(dá)上調(diào)，活性caspase-1 數(shù)量的增加可導(dǎo)致早產(chǎn)[15]。②感染乙型鏈球菌NLRP3炎癥小體缺陷型小鼠，易引發(fā)胎兒損傷或早產(chǎn)[16]。③小鼠羊膜腔內(nèi)注射脂多糖（LPS）導(dǎo)致NLRP3 炎癥小體啟動(dòng)激活造成早產(chǎn)[17]。④小鼠模型給予鼠皰疹病毒68（MHV-68）與LPS 聯(lián)合注射，NLRP3 炎癥小體激活導(dǎo)致過度炎癥反應(yīng)引發(fā)早產(chǎn)[18]。

總的來說，這些研究結(jié)果均提供了在羊膜炎的情況下NLRP3 炎癥小體激活與自發(fā)性早產(chǎn)之間的關(guān)系，但是其發(fā)病機(jī)制尚不明確。

4.2 RSARSA 是指同一性伴侶連續(xù)發(fā)生兩次或兩次以上的自然流產(chǎn)。RSA 的病因主要包括遺傳因素、感染因素、內(nèi)分泌因素和免疫因素等多種因素，目前只有約30%的RSA 有明確病因[19]。不明原因的RSA 通常認(rèn)為與過度炎癥反應(yīng)相關(guān)，而炎癥反應(yīng)都離不開炎癥小體的參與。同時(shí)妊娠是一種同種異體移植過程，該過程的維系離不開母胎界面抗炎與促炎的平衡。有研究發(fā)現(xiàn)RSA 患者絨毛組織中NLRP3炎癥小體表達(dá)明顯增高，可能參與了RSA 的發(fā)生和發(fā)展過程[20]。另有研究表明有RSA 史的女性黃體期NLRP3 和IL-1β 在子宮內(nèi)膜中表達(dá)顯著增高，提示了早期妊娠子宮內(nèi)膜炎性狀態(tài)的改變可能是導(dǎo)致RSA 機(jī)制之一[21]。目前對于RSA 發(fā)病機(jī)制并不明確，進(jìn)一步研究炎癥反應(yīng)在RSA 中的作用機(jī)制，將有望為預(yù)防和治療不明原因RSA 提供新的途徑。

4.3 子癇前期子癇前期是一種妊娠特異性高血壓綜合征，是造成母親和胎兒死亡的重要原因。以高血壓、蛋白尿?yàn)橹饕R床表現(xiàn)。目前子癇前期的發(fā)病機(jī)制主要有兩種：一種是胎盤功能缺陷，另一種是免疫機(jī)制，認(rèn)為妊娠是一個(gè)炎癥過程，母體與胎兒界面的炎癥調(diào)控失衡是導(dǎo)致子癇前期發(fā)生的主要原因之一。近年有研究證實(shí)NLRP3 炎癥小體參與了子癇前期的發(fā)病機(jī)制，在子癇前期患者外周血和胎盤組織均發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎癥小體表達(dá)增高[22]。此外，子癇前期患者的總膽固醇水平和尿酸升高，這些細(xì)胞的代謝產(chǎn)物向細(xì)胞外釋放，激活胎盤中的NLRP3 炎癥小體，也使NLRP3 炎癥小體表達(dá)增高[23]。另有研究表明重度子癇前期患者與血壓正常的妊娠婦女相比胎盤中NLRP3、caspase-1 和IL-1β 表達(dá)明顯增高[22]。上述這些研究都表明了NLRP3 炎癥小體的激活與子癇前期胎盤組織炎癥反應(yīng)過程有著密切的聯(lián)系，但是其機(jī)制非常復(fù)雜需要進(jìn)一步解釋，有研究認(rèn)為可能與高水平的膽固醇有關(guān)，尿酸和葡萄糖會(huì)激活NLRP3 炎癥小體，從而產(chǎn)生促炎性趨化因子導(dǎo)致局部和全身性炎癥，造成血管緊張素Ⅱ產(chǎn)生、蛋白尿、溶血、肝損傷、免疫血栓形成，導(dǎo)致子癇前期[24]。

4.4 GDMGDM 是指妊娠期間首次出現(xiàn)的糖耐量異常，以胰島素抵抗、糖代謝異常為特點(diǎn)。GDM 不僅會(huì)直接影響孕婦和胎兒的健康，還會(huì)增加胎兒進(jìn)入成年期后發(fā)生肥胖、糖尿病和高血壓等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。高血糖可以增強(qiáng)胎盤炎癥反應(yīng)，與正常妊娠婦女相比，GDM 患者胎盤NLRP3、caspase-1 和IL-1β 表達(dá)明顯增高，提示GDM 與NLRP3 炎癥小體相關(guān)[25]。還有研究發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎癥小體與胰島素抵抗相關(guān)，活性IL-1β 是由活性caspase-1 激活pro-IL-1β 產(chǎn)生的，而caspase-1 又是通過NLRP3 炎癥小體激活的，caspase-1 的激活增強(qiáng)了GDM 脂肪組織中IL-1β 的分泌，并觸發(fā)了胰島素抵抗的發(fā)生[26]。Zhang 等[27]還通過抑制小鼠的NLRP3 炎癥小體減輕了GDM 的癥狀。這些研究表明NLRP3 炎癥小體與GDM 有關(guān)，但是，NLRP3 炎癥小體與GDM 發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性尚不明確，需進(jìn)一步探索，以期利用NLRP3 炎癥小體在GDM 發(fā)病機(jī)制中的作用作為預(yù)防和治療GDM的新方法。

4.5 其他疾病以往的研究已證實(shí)炎癥小體與胎盤炎癥相關(guān)疾病有關(guān)，而且炎癥刺激（如LPS 或尿酸）可以誘導(dǎo)活化胎盤中的NLRP3 炎癥小體，這也與其他妊娠疾病有關(guān)，如抗磷脂綜合征、胎兒功能生長受限等。但是，尚需要進(jìn)一步的研究來證明抑制NLRP3 炎癥小體可以作為預(yù)防胎盤炎癥相關(guān)疾病的新策略。

5 結(jié)語

綜上所述，NLRP3 與分娩及妊娠相關(guān)疾病有著密切的聯(lián)系，雖然目前已有研究表明，NLRP3 炎癥小體參與了妊娠相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，但在其激活的具體機(jī)制方面仍不明確，與妊娠相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制關(guān)系也不確定，仍需多中心、大樣本的研究進(jìn)一步探索。目前，NLRP3 炎癥小體與妊娠相關(guān)疾病的關(guān)系研究尚處于探索階段，存在一定分歧，需進(jìn)一步探討二者之間的相關(guān)性。今后需要進(jìn)一步明確NLRP3 炎癥小體激活的機(jī)制，證實(shí)NLRP3 炎癥小體與妊娠相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制，以期通過阻斷或抑制其激活為妊娠相關(guān)疾病提供治療的新靶點(diǎn)，為臨床醫(yī)師提供診療新思路。