NLRP3炎癥小體在急性肺損傷中作用及其抑制劑

張境豐 張劍鋒 李曉潔 劉江華，2*

作者單位：1.廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院（530007）2.廣西醫(yī)科大學(xué)全科醫(yī)學(xué)院

急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是由肺炎等肺損傷因素引起的一系列特征性肺部病理改變的危重疾病，具有病情進(jìn)展迅速、死亡率高等特點(diǎn)。據(jù)《美國醫(yī)學(xué)會(huì)雜志》記載，在美國每年發(fā)病患者約200000 名，近75000 人死于該病。盡管臨床上已使用了一些藥物對(duì)癥處理，但因缺乏治療有效的靶點(diǎn)抑制劑，未能取得預(yù)期療效。新冠肺炎所致的急性肺損傷，更是突出我們對(duì)該病缺乏有效的藥物。因此，迫切需要我們探索新的急性肺損傷診療靶標(biāo)并研發(fā)相應(yīng)的抑制劑。

研究表明，在早期急性肺損傷中，炎癥因子通過介質(zhì)被大量激活和釋放，持續(xù)引起肺部炎性反應(yīng)，病情嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)因子風(fēng)暴。而NOD 樣受體蛋白3（NOD?like re?ceptor protein 3，NLRP3）炎癥小體歸屬于先天免疫系統(tǒng)，作為近年新發(fā)現(xiàn)的一種的模式識(shí)別受體，具有介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等作用，主要存在于淋巴結(jié)等次級(jí)淋巴器官及肺等部位。有望能為急性肺損傷的診治及臨床藥物的研發(fā)提供新方向。

1 NLRP3 炎癥小體相關(guān)概述

1.1 NLRP3 炎癥小體結(jié)構(gòu)NLRP3 炎癥小體的分子量約為700000Da［1］，是由具有傳感器功能的NLRP3 蛋白、適配器凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis?associated speck?like pro?tein containing caspase recruitment domain，ASC）和效應(yīng)器功能的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶?1（caspase?1）構(gòu)成的復(fù)合體。在此復(fù)合體中，NLRP3 蛋白由熱蛋白結(jié)構(gòu)域（pyrin do?main，PYD）（氨基端）、NACHT 結(jié)構(gòu)域和富含亮氨酸的重復(fù)序列（羧基端）組成，而ASC 由羧基端的熱蛋白結(jié)構(gòu)域、羧基端的半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域組成［2］。

1.2 NLRP3 炎癥小體的激活途徑主要包括以下3 種：（1）溶酶體損傷：巨噬細(xì)胞吞噬微生物毒素等物質(zhì)后會(huì)損傷溶酶體室和影響溶酶體膜的穩(wěn)定性，受損的溶酶體釋放出內(nèi)容物，活化NLRP3 炎癥小體；（2）胞外ATP 濃度升高與胞內(nèi)離子重新分布（主要是鉀離子外流）共同作用：當(dāng)在外界損傷信號(hào)刺激下，細(xì)胞外ATP 濃度升高，結(jié)合細(xì)胞膜上的ATP 門控鉀離子通道，同時(shí)也激活嘌呤型P2X7 配體門控通道，促使鉀離子加速外流；在此過程中，多個(gè)pan?nexin?1 膜孔伴隨著鉀離子的轉(zhuǎn)移而融合，促使膜孔變大，外源性或內(nèi)源性損傷信號(hào)由該孔洞進(jìn)入胞質(zhì)激活NLRP3炎癥小體；（3）細(xì)胞內(nèi)活性氧基團(tuán)的損傷：當(dāng)機(jī)體發(fā)生急性肺損傷、重癥肺炎等疾病時(shí)會(huì)使線粒體等細(xì)胞器產(chǎn)生大量的活性氧基團(tuán)而過度激活NLRP3，導(dǎo)致信號(hào)的傳遞失調(diào)；大量的活性氧等基團(tuán)滯留在細(xì)胞中，將會(huì)損害細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)，促使釋放出大量成熟的炎癥因子影響細(xì)胞的生長代謝。此外，研究還發(fā)現(xiàn)存在泛素化/去蛋白化調(diào)節(jié)等其他的激活途徑。研究NLRP3 炎癥小體的激活途徑有助于我們進(jìn)一步了解急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制。

2 急性肺損傷發(fā)病機(jī)制中的NLRP3 炎性小體

NLRP3 炎癥小體是炎癥進(jìn)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其活化的途徑分為經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑，經(jīng)典途徑是通過TLR4?MYD88?NF?κB 信號(hào)通路促使procaspase?1 向caspase?1 的轉(zhuǎn)化，釋放成熟的IL?1β 等炎癥因子，而非經(jīng)典途徑為不通過激活caspase?1 的方式，由caspase?4/5 或者caspase?11 直接誘導(dǎo)下游炎癥因子成熟并釋放［3］。而在急性肺損傷中NL?RP3 炎癥小體主要是通過經(jīng)典途徑活化。當(dāng)外源性或內(nèi)源性損傷信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，NLRP3 炎癥小體將會(huì)被激活，其構(gòu)象發(fā)生相應(yīng)改變，促使PYD 與ASC 相互作用，適配器ASC將NLRP3 蛋白和caspase?1 組合，催化caspase?1 前體成熟，成熟的caspase?1 誘導(dǎo)IL?1β 前體、IL?18 前體等因子的成熟及釋放，與體內(nèi)相應(yīng)受體的特異結(jié)合。其中，在疾病的早期，IL?1β 促使血管黏附因子的表達(dá)增加，并誘發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)，以及通過促進(jìn)內(nèi)吞作用破壞血管內(nèi)皮細(xì)胞的鈣粘蛋白定位，進(jìn)一步加重肺水腫的程度。此外，IL?1β 還能通過下調(diào)肺泡上皮細(xì)胞的Na+?K+泵等離子通道蛋白表達(dá)，引起肺內(nèi)氣體交換膜的功能障礙，導(dǎo)致缺氧性肺損傷［4］；而IL?18 則通過上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞中黏附分子?1（vascular cell adhesion molecule?1，VCAM?1）的表達(dá)等途徑促進(jìn)炎癥反應(yīng)［5］。研究顯示，NLRP3 炎癥小體在急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制中還涉及細(xì)胞焦亡等問題，各炎癥因子在激活過程中是否存在協(xié)同等作用，有待進(jìn)一步研究。

3 NLRP3 炎癥小體抑制劑

當(dāng)前臨床上治療可供治療ALI 的NLRP3 炎癥小體抑制劑種類稀少，但隨著近年對(duì)NLRP3 炎癥小體的研究深入，其在ALI 上的藥用價(jià)值受到廣大研究工作者的青睞，針對(duì)其活化途徑相繼研制出有機(jī)合成物或從植物中提取物質(zhì)等的抑制劑。

Bruton 酪氨酸蛋白激酶（Bruton's tyrosine kinase，Btk）抑制劑（如LFM?A13 等），Btk 來源于酪氨酸激酶Tec 家族，屬于非受體型，含有659 個(gè)氨基酸，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為PH 結(jié)構(gòu)域、Tec 同源區(qū)、SH3、SH2 及從N 端到末端的催化結(jié)構(gòu)域C 端，其與NLRP3 及ASC 相連接參與蛋白復(fù)合體的形成及促使下游炎癥因子成熟及釋放［6］。LPS 等物質(zhì)可使其磷酸化，通過將Btk 上的PH 結(jié)構(gòu)域與磷脂酰肌醇三磷酸結(jié)合，阻礙SH3 和富含脯氨酸的Tec 區(qū)域之間相互作用，進(jìn)而激活NLRP3 炎癥小體，加速炎癥發(fā)展［7］。盡管Btk 抑制劑相關(guān)藥物目前只在一些血液惡性腫瘤等疾病中應(yīng)用［8］。但有研究表明［9］，Btk 抑制劑能有效控制炎癥的發(fā)展，應(yīng)用于ALI 的治療前景廣闊，未來相關(guān)藥物的研發(fā)值得進(jìn)一步探索。

MCC950，又稱CP?456773 或CRID3，能在ALI 發(fā)生時(shí)，同時(shí)抑制經(jīng)典和非經(jīng)典的活化途徑，是高效特異的NLRP3炎癥小體抑制劑［10］。其主要作用是通過與NLRP3 緊密結(jié)合、阻礙ASC 的寡聚并關(guān)閉其已活化分離的構(gòu)象（主要為N 和C 末端的分離）和影響NLRP3 結(jié)構(gòu)中的Walker B 位點(diǎn)，特異性抑制NLRP3 炎癥小體的組裝，而不影響NLRP1等炎癥小體的激活［11］。蔣陳等［12］的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)MCC950能有效抑制NLRP3 炎性體的組裝活化，對(duì)小鼠急性肺損傷的肺組織起到保護(hù)作用。

INF39 屬于丙烯酸酯類物質(zhì)，具有無毒、不可逆等特性［13］。從研究［14］可知，NEK7 作為鉀外排引起的NLRP3 活化的下游關(guān)鍵元件，INF39 可通過抑制NEK7 與NLRP3 的相互作用，抑制NLRP3?ASC 等的接合，阻礙炎癥小體的合成，從而降低下游炎癥因子的分泌水平。但此種抑制劑存在濃度及劑量依賴［15］，藥物濃度高低可能產(chǎn)生的副作用還需進(jìn)一步研究。

此外，還有水飛薊素、原花青素B2、胡黃連苷II、白藜蘆醇、IFN?β、CY?09、β?羥基丁酸等也是近年在NLRP3 炎癥小體抑制劑上研究的熱點(diǎn)。

結(jié)語：

NLRP3 炎癥小體具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及參與體內(nèi)成熟炎癥分子的釋放等作用，能作為早期急性肺損傷診治以及藥物研發(fā)的新靶標(biāo)。開發(fā)相關(guān)抑制劑藥物有助于我們治療急性肺損傷，改善患者的預(yù)后。