NLRP3炎性小體與婦科疾病相關性研究進展

丁杰 倪喆鑫 俞超芹

研究表明，多種婦科疾病均和炎癥反應以及先天性免疫有關。炎性小體是細胞內多種蛋白質所組成的蛋白復合體，通過對炎癥因子IL-1β、IL-18的活化，參與多種炎癥反應[1]。其中Nod樣受體蛋白3(Nod-like receptor protein 3，NLRP3)炎性小體是當下探究的較為深入的小體之一，能夠參與調控多方面、多類型的疾病。最近的系列探究表明，多種婦科相關疾病和NLRP3炎性小體間有著密切的聯系，調控 NLRP3炎性小體的產生與激活有可能成為治療系列婦科相關疾病的新方向。

一、NLRP3炎性小體及其激活機制

1.NLRP3炎性小體：炎性小體這一概念由 Fabio Martinon團隊在2002年提出，由胞漿型模式識別受體(pattern recognition receptor,PRR)、凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)和效應蛋白半胱天冬酶-1(caspase-1)三部份構成[2]。根據結構上的差異，炎性小體主要可分成下列四種，即NLRP1、NLRP3、NLRP4以及AIM2炎性小體。研究的較為深入的是NLRP3炎性小體，NLRP3炎性小體由NLRP3、ASC以及pro-caspase-1構成，其中NLRP3是模式識別胞內受體Nod樣受體(Nod-like receptors，NLRs)蛋白家族的成員，可識別病原體。ASC在變形為絲狀結構后，可促使pro-caspase-1的寡聚化，并通過自身的活化來產生caspase-1，從而促進成熟的炎性因子IL-18、IL-1β的產生[3]。炎性因子可誘導免疫細胞的浸潤，使得對應的組織或器官產生相應炎癥反應，由此可知，NLRP3炎性小體在先天固有免疫和機體的炎癥反應中有著不可忽視的作用[4]。同時，活化的炎性小體還可以誘導促炎細胞的程序性死亡-細胞焦亡。細胞焦亡，是一種依賴caspase-1的細胞死亡，和固有炎癥反應息息相關，可由多種病理刺激誘導產生，在抑制微生物感染方面作用突出[5]。

2.NLRP3炎性小體的的激活機制：NLRP3炎性小體可被兩種方式所激活，一類為病原體相關模式，如細菌、真菌、寄生蟲、病毒等一系列病原微生物相關抗原；一類為危險/損傷相關分子模式，包括三磷酸腺苷，尿酸晶體、膽固醇晶體以及外界吸入的二氧化硅、石棉等。NLRP3炎性小體的激活需要經過兩個階段，有兩個信號參與其中。第一個階段為起始階段，Toll樣受體(toll-like receptor,TLR)作為第一信號，激活核轉錄因子NF-kB，上調 NLRP3的表達，從而誘導炎癥因子前體如IL-1β前體、IL-18前體的轉錄合成[6]。而在第二階段中，當NLRP3受體接受到上一階段所激活的激活劑作為第二信號后，NLRP3開始進行自身寡聚化，經由衍接蛋白ASC招募pro-caspase-1,通過pro-caspase-1自身剪切作用，產生具有活性的caspase-1,來處理由第一階段產生的 IL-1β、IL-18前體,從而使得下游生成更多的促炎因子IL-18、IL-1β，誘發(fā)炎癥反應[7]。NLRP3炎性小體激活的具體機制目前仍然不是很清晰，但有如下三種假說，即離子通道模式假說、線粒體與活性氧假說以及溶酶體破裂假說。(1)離子通道模式。包括K+與Ca2+。研究表明，大多數對于NLRP3刺激都可促使K+外流，而后續(xù)細胞內低濃度的K+可促進NLRP3炎性小體的激活。因此，細胞內K+的外流即濃度的下降被認定為是NLRP3炎性小體激活的最為常見的觸發(fā)方式[8]。除了K+外，一些研究發(fā)現在NLRP3激活過程中Ca2+信號的調節(jié)也很關鍵。NLRP3刺激物包括ATP、病原微生物和微粒物質在NLRP3炎性小體激活過程中都可以觸發(fā)Ca2+動員。阻斷Ca2+信號后可以抑制NLRP3炎性小體的激活，但對AIM2和NLRC4炎性小體的激活卻沒有抑制作用[7]。(2)活性氧(ROS)以及線粒體。ROS可由許多已知的NLRP3炎性小體激活物產生，被證明是NLRP3炎性小體形成和激活的關鍵機制，可應對多種外源性刺激以及受損細胞所產生的分子[9]。在NLRP3炎性小體激活過程中，Elliott等[10]發(fā)現小鼠NLRP3和caspase-1與線粒體脂質心磷脂相互作用，后者在活性氧刺激下外化到線粒體外膜。在 NLRP3激活信號刺激下，ASC與線粒體表面的NLRP3產生鈣依賴性關聯，導致炎性小體的組裝和激活。確認了線粒體在NLRP3炎性小體的組裝以及激活中不可或缺的作用。(3)溶酶體破裂假說。溶酶體破裂引起巨噬細胞NLRP3炎性小體活化，TAK1-JNK通路是一種MAPK信號通路，在溶酶體破裂時激活，通過凋亡相關斑點狀蛋白的寡聚作用激活NLRP3炎性小體。TAK1-JNK通路是由Ca2+離子維持的，II型鈣依賴性蛋白激酶在TAK1-JNK通路上游起作用，特異性地調節(jié)溶酶體破裂誘導的NLRP3炎性小體激活[11]。

二、NLRP3炎性小體與婦科良性疾病

部分婦科良性疾病如子宮內膜異位癥(endometriosis，EM)、多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)等，都存在著一定程度的慢性炎癥反應。IL-1β是已知最為重要的促炎因子之一，與疾病炎癥狀態(tài)密切相關[12]。IL-1βmRNA的合成以及IL-1β前體蛋白的成熟在IL-1β的產生過程中發(fā)揮重要作用。而NLRP3中的caspase-1在促進proIL-1β蛋白成熟過程中發(fā)揮剪切作用，以此生成并釋放成熟的IL-1β，促進炎癥反應[13]。

1.EM：EM是一種常見的慢性婦科疾病，以慢性的盆腔疼痛、不孕作為主要的臨床癥狀，給患者帶來了巨大的生理及心理痛苦[14]。EM的發(fā)展過程中始終伴隨著慢性炎癥反應，與正常女性相比，EM患者靜脈血中IL-1β濃度顯著增高[15]。不僅僅是IL-1β，研究顯示，IL-1β前體蛋白(proIL-1β)也可以加重炎癥反應，EM患者腹腔液中IL-1β、proIL-1β水平均高于健康女性[16]。IL-1家族細胞因子的損傷，導致EM患者腹腔免疫機制的紊亂，局部以及全身IL-1β、IL-18調控機制的缺陷，使得內膜組織的侵襲性以及生長性大幅增加，從而導致EM[17]。Han等[18]發(fā)現，與未處理EM小鼠對比，NALP3表達被抑制的EM小鼠的異位病灶體積顯著縮小。進一步研究顯示，ER-β可以與NLRP3炎性小體相互影響，活化的ER-β通過激活caspase-1來活化NLRP3，而激活的炎性小體可增強IL-1β信號，最終增強異位組織的粘附性以及子宮內膜細胞的增殖能力。進一步探析NLRP3炎性小體在EM中的具體作用以及具體的調節(jié)通路，并針對此靶點的治療可成為新的研究方向。

2.PCOS：PCOS是常見的女性內分泌疾病之一，育齡期婦女最為高發(fā)[19]。近些年研究發(fā)現，PCOS存在慢性炎癥的病理生理過程，邵揮戈等[20]檢測87例PCOS患者組以及85例年齡和體重指數相匹配的健康對照組血清IL-1Ra、IL-1β、IL-18等指標后發(fā)現，PCOS組血清的IL-1Ra、IL-1β和IL-18水平均顯著高于健康對照組，且IL-1Ra/IL-1β比值顯著低于健康對照組。提示炎性 PCOS患者體內炎癥因子水平增高、調控失衡。胰島素抵抗(insulin resistance，IR)在PCOS中的病理生理作用顯著，過量分泌的胰島素可以誘發(fā)高雄激素血癥，女性體內過量的雄激素可使得卵泡難以發(fā)育成熟，大量的竇卵泡積聚形成獨特的多囊卵巢形態(tài)，且卵巢體積增大程度與IR分級呈正相關[21]。肥胖同樣是PCOS的重要臨床特征之一，研究表明，脂肪組織在PCOS的發(fā)生和進展中有著重要的影響，肥胖會進一步加重IR以及導致更嚴重的高雄激素血癥與相關臨床特征，如多毛、月經異常和無排卵等[22]。Rheinheimer等[23]對NLRP3與肥胖和IR關系的研究結果進行了系統(tǒng)綜述，納入19項研究，最后得出結論，即NLRP3與肥胖以及IR存在密切關聯。Davis等[24]通過對高脂肪誘導的小鼠模型的研究，證實了NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白和caspase-1缺陷的小鼠對高脂肪飲食誘導的肥胖的發(fā)展具有抵抗性，并發(fā)現在敲除NLRP3和caspase-1基因后，脂肪組織炎癥明顯減輕，高脂誘導的胰島素抵抗也有所下降。肥胖、IR、PCOS三者之間有著密切的聯系，NLRP3與IR、肥胖也有所關聯。IL-1β、IL-18的成熟釋放也和NLRP3密切相關?；谏鲜雎撓?，有理由推測PCOS和NLRP3之間也可能存在相應的聯系，值得后續(xù)深入的研究。

三、NLEP3炎性小體與婦科惡性疾病

過往的證據表明，當惡性細胞抑制免疫監(jiān)測時，慢性炎癥可導致腫瘤發(fā)生。因此，癌變和腫瘤進展分別受到炎癥和免疫過程的刺激或抑制。炎性小體和炎癥反應密切相關，炎性小體可參與組織穩(wěn)態(tài)、細胞焦亡和免疫反應，從而影響癌癥的形成、進展和治療。NLRP3炎性小體對于多種婦科惡性腫瘤，如子宮內膜癌(endometrial cancer，EC)、宮頸癌(cervical and endocervical cancers,CESC)、卵巢癌(ovarian cancer，OC)均有影響。

1.EC：EC是極為常見的女性惡性腫瘤，近些年來發(fā)病率逐漸上升，大多數患者都有早期表現，晚期患者預后極差[25]。EC的確切病因尚不明確，內外源性雌激素、遺傳因素、癌基因等因素均在此病的發(fā)生中起著一定作用，最近的研究顯示，炎癥反應在EC的發(fā)生機制中起著重要的作用[26]。而正如上文所提到的，在炎癥反應中炎性小體扮演著重要角色。劉雙格[27]通過免疫組化、定量 PCR、Western blotting等技術測定健康女性子宮內膜與EC患者內膜中各種炎性小體的表達后，發(fā)現NLRP3炎性小體在EC中表達明顯增高，且增高程度與臨床分期以及病理分期成正相關。而在下調子宮內膜癌LSHIKAWA細胞和Hec-1A細胞內NLRP3表達后，發(fā)現內膜癌細胞增殖、遷移、侵襲能力均明顯下降，證實了NLRP3炎性小體可以進一步增強內膜癌細胞的惡性生物學行為，而阻制NLRP3炎性小體的表達可有效抑制內膜癌細胞的增殖、遷移。同時，在小鼠實驗中沉默NLRP3后，子宮內膜癌細胞成瘤能力有了較為顯著的下降。

2.CESC：CESC是最常見的婦科惡性腫瘤之一，原位癌高發(fā)年齡為30～35歲，浸潤癌為45～55歲，近年來，其發(fā)病有年輕化的趨勢。高危型HPV持續(xù)感染是CESC發(fā)生的主要危險因素。90%以上的CESC伴有高危型HPV感染[28]。在清除HPV感染方面，免疫應答有著重要的作用，導致免疫應答缺陷的宿主基因變異與病毒持久性以及宮頸癌息息相關。聯系炎性小體在病毒感染和癌癥發(fā)展方面的作用，Pontillo等[29]通過病例對照研究發(fā)現，NLRP3可抑制HPV感染的持續(xù)性作用，并顯著降低感染高危HPV的風險，從而降低CESC的發(fā)生率。慢性炎癥在CESC的發(fā)生中起著重要的作用，He等[30]研究CD200Fc在lps誘導的人SiHa細胞和Caski細胞中的抗炎作用發(fā)現，CD200Fc通過抑制TLR4-NF-κB和NLRP3炎性小體LPS誘導SiHa細胞和Caski細胞中的通路而抑制炎癥活動，進而抑制CESC的發(fā)展，為治療提供新的思路。

3.OC：OC是女性生殖系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一，其分型-卵巢上皮癌居于婦科腫瘤死亡率的首位，對女性生命造成嚴重威脅。且由于卵巢深居盆腔，體積小，缺乏典型癥狀以及前期檢測指標，更是難以早期發(fā)現[31]。關于OC致癌機制目前仍不是很清晰，Li等[32]研究發(fā)現，lncRNA GAS5在卵巢癌細胞人卵巢癌組織中表達降低，提示GAS5可能具有抑癌作用，而在后續(xù)的過表達實驗中，發(fā)現 GAS5可能通過誘導炎性小體的形成起到抑制腫瘤進展的作用，進而激活炎癥過程，誘導細胞焦亡。表明炎癥小體同樣存在限制癌癥進展的重要作用。

四、總結與展望

綜上所述，相關婦科良性疾病均存在著一定程度的炎癥反應，NLRP3炎性小體是炎癥反應發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，參與IL-1β、IL-18的成熟以及釋放，加重機體炎癥反應。NLRP3炎性小體與EM、PCOS發(fā)展過程中的持續(xù)的慢性炎癥反應密切相關。并與ER-β、IR、肥胖存在著密切關聯。而在相關婦科惡性疾病中，炎性小體影響癌癥的形成、進展和治療反應，NLRP3炎性小體可增強EC細胞的惡性生物學行為，也可通過抑制NLRP3炎性小體抑制炎性活動，從而抑制CESC的發(fā)展。但與此同時，在OC中，通過誘導NLRP3炎性小體的形成來激活炎癥過程，誘導細胞焦亡，可抑制腫瘤的進展，可發(fā)現NLRP3在婦科腫瘤的發(fā)生進展過程中，作用是多樣且復雜的。但應該注意到EC、CESC在腫瘤發(fā)生前機體已存在明顯炎癥狀態(tài)，糖尿病以及肥胖女性患EC幾率明顯高于正常女性，而伴隨肥胖以及糖尿病的往往是長期慢性炎癥反應，OC本身的HPV感染也會導致局部的長期炎癥，故而通過抑制NLRP3炎性小體抑制炎癥反應后對于腫瘤本身也起到抑制作用；而關于OC的研究中，目前很少看到關于發(fā)病前存在長期炎癥反應的報道，對于OC則可以通過誘導NLRP3炎性小體的表達從而激活炎癥過程，抑制腫瘤進展。提示婦科腫瘤發(fā)生前機體的炎癥狀態(tài)，可能是決定NLRP3炎性小體在腫瘤疾病中的抑制或促進作用關鍵，值得進一步研究與思索。

與此同時，關于NLRP3與婦科相關疾病的研究仍不夠深入，婦科相關疾病中NLRP3炎性小體的激活機制仍不是很明確，caspase-1活化及 IL-1β和 IL-18等炎性因子生成的機制的探析亦不明朗，還需要繼續(xù)挖掘，為下一步研究提供理論依據，為臨床治療提供具體靶點方向。