NLRP3 炎癥小體在AD 發(fā)病機(jī)制中的作用

康晨瑤，劉 洲，周海紅

（廣東省衰老相關(guān)心腦疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科/神經(jīng)病學(xué)研究所，廣東 湛江 524001）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，表現(xiàn)為記憶障礙、失語(yǔ)、失認(rèn)、失用、視空間能力損害、抽象思維和計(jì)算能力損害、人格及行為改變等，是一個(gè)日益嚴(yán)重的全球健康問(wèn)題，對(duì)個(gè)人、家庭及社會(huì)都帶來(lái)巨大的影響[1]。目前，全球人口老齡化加具，隨之而來(lái)的是與年齡密切相關(guān)疾病的患病率不斷增加，阿爾茨海默病不例外[2]。AD 患病率逐漸升高，每3～4 位老人中就有1 位罹患AD，流行病學(xué)調(diào)查顯示目前我國(guó)約有600萬(wàn)～800 萬(wàn)AD 患者。盡管A 學(xué)說(shuō)和tau 蛋白學(xué)說(shuō)是目前公認(rèn)的發(fā)病機(jī)制，但神經(jīng)炎癥在其發(fā)病機(jī)制中也起著核心的作用[3]，其中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體在神經(jīng)炎癥通路中處于關(guān)鍵位置[4]，可能是AD 治療的靶點(diǎn)。炎癥小體這一概念最早是由Martinon F等[5]提出，其是天然免疫的重要組成部分，主要由胱天蛋白酶（caspase）、細(xì)胞凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase-recruitment domain，ASC）和胞漿內(nèi)模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs）組成的多蛋白復(fù)合物[6]，能夠識(shí)別病原相關(guān)分子模式（PAMPs）或者宿主來(lái)源的危險(xiǎn)信號(hào)分子（DAMPs），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 前體，產(chǎn)生相應(yīng)的成熟細(xì)胞因子[7-9]。目前已發(fā)現(xiàn)5 種主要炎癥小體，包括NLRP1、NLRP3、NLRC4、IPAF 和AIM2 炎癥小體[8]。其中NLRP3 炎癥小體是目前研究最多最經(jīng)典的炎癥小體，由NLRP3、ASC 和Caspase-1 前體共3 部分組成[10]。NLRP3 炎癥小體的異常激活與一些炎癥、免疫疾病密切相關(guān)，包括炎癥性腸病、糖尿病、阿爾茨海默病、動(dòng)脈粥樣硬化及肌萎縮性側(cè)索硬化等[11-15]。本文就NLRP3 炎癥小體在AD 中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 AD 與NLRP3 炎癥小體

AD 病因及發(fā)病機(jī)制尚未明確，目前，影響較廣的兩種學(xué)說(shuō)為β 樣淀粉蛋白（Amyloid-，Aβ）瀑布學(xué)說(shuō)和tau 蛋白學(xué)說(shuō)。在AD 患者腦組織內(nèi)可見(jiàn)到典型的病理改變是β 淀粉樣物質(zhì)在神經(jīng)細(xì)胞外沉積形成的神經(jīng)炎性斑和過(guò)度磷酸化的tau 蛋白在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)，膠質(zhì)細(xì)胞增生。由此可見(jiàn)，AD 兩種主要學(xué)說(shuō)都與神經(jīng)炎癥有密切關(guān)系。Sochocka M 等[16]研究也發(fā)現(xiàn)AD 與神經(jīng)炎癥相關(guān)，既往研究顯示NLRP3 炎癥小體參與持續(xù)炎癥，因此，AD 與NLRP3 炎癥小體間是否與炎癥機(jī)制通路有關(guān)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。Li L 等[17]研究已發(fā)現(xiàn)與正常腦組織相比，在AD 患者腦組織中，NLRP3 炎癥小體具有更高的裂解活性。但具體機(jī)制需要更多的進(jìn)一步研究。既往研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 形成不溶性原纖維激活NLRP3 炎癥小體，通過(guò)NLRP3-caspase-1 通路分泌關(guān)鍵促炎、趨化和潛在神經(jīng)毒性細(xì)胞因子，包括TNF 和NO，這些因子在AD中起關(guān)鍵作用[18]。而tau 蛋白改變?cè)贏D 發(fā)生發(fā)展中也相當(dāng)重要。在腦內(nèi)，小膠質(zhì)細(xì)胞可識(shí)別過(guò)度磷酸化的tau 蛋白。相反，過(guò)度磷酸化tau 蛋白又可激活小膠質(zhì)細(xì)胞中NLRP3-ASC 依賴性炎癥體。在使用NLRP3 抑制劑MCC950 或在ASC 缺乏的轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)tau 蛋白的過(guò)度磷酸化受到抑制[19]。在AD 轉(zhuǎn)基因小鼠中，NLRP3 炎癥小體敲除后減少AD 轉(zhuǎn)基因小鼠的Aβ 的沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)病理改變，從而改善了小鼠的空間記憶等認(rèn)知功能[20]。表明NLRP3 炎癥小體與Aβ、tau 蛋白病理密切相關(guān)。

Guedes JR 等[21]研究表明神經(jīng)炎癥反應(yīng)能促進(jìn)AD 進(jìn)展，特別是小膠質(zhì)細(xì)胞與Aβ、tau 蛋白的相互作用。有學(xué)者利用人腦小膠質(zhì)細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)其在AD 神經(jīng)炎癥中的特征變化[22]。早期活化的小膠質(zhì)細(xì)胞有利于清除大腦中有毒的Aβ，但隨著時(shí)間的推移，慢性刺激小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬活性下降，使過(guò)多的Aβ 沉積，產(chǎn)生更多促炎因子和神經(jīng)毒性物質(zhì)，從而加速AD 進(jìn)展。由此可見(jiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和抑制在AD 中起著重要作用，但小膠質(zhì)細(xì)胞是通過(guò)何種炎癥機(jī)制通路導(dǎo)致AD 的發(fā)生發(fā)展，目前還尚未有具體定論。而NLRP3 炎癥小體成為目前研究的焦點(diǎn)。Aβ 可激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的NLRP3 炎癥小體以及NLRP3 炎癥小體介導(dǎo)的IL-1β 的成熟和分泌，及促進(jìn)ASC 斑點(diǎn)的形成[23，24]。Yang J 等[25]研究也發(fā)現(xiàn)TLR4 和補(bǔ)體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中啟動(dòng)NLRP3 炎性小體激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的炎性因子IL-1β 釋放，從而維持AD 的神經(jīng)炎癥。即全身性炎癥可通過(guò)TLR4 和補(bǔ)體系統(tǒng)激活NLRP3 炎癥小體，從而加重AD 的神經(jīng)炎癥和神經(jīng)退行性變。

2 AD 中NLRP3 炎癥小體的激活機(jī)制

2.1 泛素系統(tǒng) 泛素是一類真核細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的小分子蛋白質(zhì)，泛素之間可以通過(guò)酶促反應(yīng)相互連接，進(jìn)而介導(dǎo)靶蛋白降解。泛素化是指泛素分子在一系列特殊酶的作用下，對(duì)靶蛋白進(jìn)行特異性修飾的過(guò)程。經(jīng)過(guò)泛素化修飾后的蛋白質(zhì)能夠被特異蛋白酶特異性識(shí)別并降解，與細(xì)胞自噬共同維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[26]。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)機(jī)能障礙與AD 及與之相關(guān)的癡呆癥有關(guān)[27]。在所有E1、E2、E3 酶中，只有E3 連接酶如SCF-FBXL2，通過(guò)靶向NLRP3 本身或炎癥小體的其他成分，如ASC、caspase-1，使NLRP3 泛素化，從而促進(jìn)NLRP3 蛋白酶體降解，使NLRP3 增加激活[28]。Cullin1（CUL1）與NLRP3相互作用，也能促進(jìn)NLRP3 泛素化，但不促進(jìn)其蛋白質(zhì)降解，從而抑制NLRP3 炎癥體的激活[29]。

2.2 離子通道 目前認(rèn)為離子通道在NLRP3 激活中起著重要作用，特別是鉀離子（K+）外流被認(rèn)為是刺激NLRP3 炎癥小體激活所需的關(guān)鍵信號(hào)。AD 腦細(xì)胞中鈉離子（Na+）與K+穩(wěn)態(tài)失衡影響腦細(xì)胞的電生理活動(dòng)，從而導(dǎo)致AD 的病理生理改變[30]。Gritsenko A 等[31]研究表明在人類單核細(xì)胞中K+外排，會(huì)導(dǎo)致ASC 聚集、caspase-1 和Gasdermin-D（GSDMD）的切割，且NLRP3 抑制劑MCC950 和NLRP3的缺失以及GSDMD 的缺失均使IL-18 的釋放減少。這項(xiàng)研究突出了NLRP3 炎癥小體在人類單核細(xì)胞中沒(méi)有啟動(dòng)的情況下組裝的準(zhǔn)備，在IL-1β尚未產(chǎn)生時(shí)，NLRP3 炎癥小體有助于炎癥反應(yīng)的非常早期階段。當(dāng)細(xì)胞外ATP 細(xì)胞膜被細(xì)菌毒素破壞后，P2X7 嘌呤能受體感受這刺激后觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)改變，從而導(dǎo)致K+外流，促使細(xì)胞內(nèi)NLRP3募集ASC、Caspase-1 寡聚，形成炎癥小體復(fù)合物，活化的炎癥小體會(huì)裂解procaspase-1 生成Caspase-1，導(dǎo)致IL-1β、IL-18 的釋放，且炎癥小體也裂解GSDMD，使膜上氣孔形成，從而利于IL-1β、IL-18 的釋放[28]。

2.3 自噬體和溶酶體 自噬是指在真核生物中降解細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物，如聚集的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器，以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的過(guò)程[32]。Wang D 等[33]研究表明廣泛分布于地殼中的一種必需微量元素及作為各種酶（如精氨酸酶和谷氨酰胺合成酶）的輔助因子錳的過(guò)量積累會(huì)引起的溶酶體損傷，從而改變了細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和損傷了其正常功能。在錳誘導(dǎo)的NLRP3-caspase-1（CASP1）炎癥體激活中，溶酶體組織蛋白酶B（CTSB）的釋放起著重要作用。明礬、晶體結(jié)構(gòu)和聚集物等炎癥因子可誘導(dǎo)自噬形成自噬體，與溶酶體結(jié)合，導(dǎo)致溶酶體不穩(wěn)定而破裂，從破裂的溶酶體中釋放出組織蛋白酶B，直接結(jié)合到NLRP3 炎癥體上，并參與NLRP 3 炎癥小體的激活[34]。

2.4 ROS 的產(chǎn)生 寡聚淀粉樣蛋白β 通過(guò)影響突觸可塑性和抑制長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)參與AD 的發(fā)病機(jī)制。Parajuli B 等[35]研究表明寡聚淀粉樣蛋白β 能促進(jìn)pro-IL-1β 向成熟IL-1β 發(fā)生，從而增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性，這一過(guò)程是由caspase-1 和NOD 樣受體家族活性的增加及含NLRP3 的嘧啶結(jié)構(gòu)域通過(guò)線粒體活性氧（ROS）和部分通過(guò)NADPH 氧化酶誘導(dǎo)的ROS 產(chǎn)生所引起的。線粒體和NADPH 氧化酶產(chǎn)生的ROS 是NLRP3 活化的原因，當(dāng)ROS 水平升高，激活了瞬時(shí)受體電位褪黑素2 通道（TRPM2），從而NLRP3、caspase-1 被激活，IL-1β的水平隨著增加，當(dāng)用線粒體活性氧抑制劑DPI 處理后，細(xì)胞內(nèi)ROS 的水平顯著降低，IL-1β 的水平也降低，是NLRP3 活化減少的指示[36]。

2.5 腸道菌群 腸道菌群（GM）是指人體腸道中大量的共生微生物。腸道菌群的紊亂與各種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。有研究顯示[37]，AD 患者的腸道菌群與健康人不同，腸道菌群組成變化很大。近年來(lái)，腸-腦軸成為研究熱點(diǎn)。腸道菌群通過(guò)腸-腦軸調(diào)節(jié)宿主大腦功能，而加入益生菌/益生元能調(diào)節(jié)微生物和免疫途徑以改善大腦功能[38]。腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致腸道上皮細(xì)胞屏障通透性增加，腸道表面的相關(guān)受體與病原體或內(nèi)毒素表面的相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）結(jié)合，刺激促炎細(xì)胞因子釋放，其穿過(guò)腸道黏膜進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)血腦屏障入腦，對(duì)大腦功能產(chǎn)生影響[39-41]。NLRP3 炎癥小體被多種微生物激活后通過(guò)增加AD 大腦中caspase-1 的表達(dá)水平在AD 中發(fā)揮作用[42]。Shen H 等[43]發(fā)現(xiàn)AD 患者的腸道菌群通過(guò)激活腸道NLRP3 炎癥小體來(lái)促進(jìn)腸道炎癥反應(yīng)，而炎癥因子通過(guò)循環(huán)到達(dá)腦組織后，可促進(jìn)海馬小膠質(zhì)細(xì)胞活化和炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重AD 的病理進(jìn)程。當(dāng)改善AD 患者的腸道菌群組成可以減輕神經(jīng)炎癥，從而改善AD 記憶、認(rèn)知等癥狀。

3 總結(jié)及展望

NLRP3 炎癥小體在AD 的相關(guān)炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。NLRP3 炎癥小體被多種刺激激活，包括泛素化、離子通道、自噬體和溶酶體、活性氧的產(chǎn)生及腸道菌群改變。NLRP3 如何對(duì)這些信號(hào)做出反應(yīng)并啟動(dòng)NLRP3 炎癥小體的組裝的具體機(jī)制尚不清楚。但隨著對(duì)NLRP3 炎癥小體的研究及AD機(jī)制的研究不斷深入，針對(duì)NLRP3 炎癥小體的靶向治療有望成為AD 的有效治療方法。針對(duì)NLRP3炎癥小體藥物抑制劑可能是治療AD 的最佳選擇。在針對(duì)AD 模型中，抑制NLRP3 炎癥小體的激活可減輕炎癥反應(yīng)，減緩AD 的進(jìn)展。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)多種新的選擇性NLRP3 炎癥小體抑制劑，包括MCC950、JC-124、Bay 11-7082、OLT1177 等。但這些抑制劑如何具體調(diào)控AD 的病理生理變化，尚需進(jìn)一步的研究。目前，絕大部分試驗(yàn)仍在動(dòng)物細(xì)胞水平上，尚需更多的臨床試驗(yàn)驗(yàn)證?？傊琋LRP3與AD 之間存在密切關(guān)聯(lián)，但具體發(fā)生發(fā)展機(jī)制，仍需更多的研究證據(jù)。