與NLRP3炎性小體通路相關(guān)感音神經(jīng)性聾的研究現(xiàn)狀*

翟思佳 尹時(shí)華

核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)作為模式識(shí)別受體，可識(shí)別各種危險(xiǎn)信號(hào)，幫助炎癥小體組裝，促使半胱氨酸天冬氨酸蛋白酸1(caspase-1)前體成熟并釋放白介素-1β(IL-1β)、白介素-18(IL-18)，間接促進(jìn)腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor α,TNF-α)等炎癥因子上調(diào)。越來(lái)越多的研究證實(shí)NLRP3炎性小體與多種感音神經(jīng)性聾的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。最早有報(bào)道指出NLRP3 炎性小體與一些家族性遺傳性疾病的發(fā)病有關(guān)，如：家族性地中海發(fā)熱和Muckle-Wells 綜合征[由NLRP3突變而引起在螺旋神經(jīng)節(jié)(spiral ganglion,SGN)高表達(dá)]等，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)與老年性聾、巨細(xì)胞病毒(CMV)感染誘發(fā)感音神經(jīng)性聽力損失有關(guān)。本文對(duì)感音神經(jīng)性聾疾病中有關(guān)NLRP3的研究進(jìn)行綜述，對(duì)已開發(fā)的分子靶向治療藥物進(jìn)行分類介紹，為未來(lái)開展相關(guān)研究提供參考。

1 NLRP3炎性小體及相關(guān)通路

NLRP3炎性小體是一種細(xì)胞內(nèi)先天免疫傳感器，主要在粒細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、Kupffer 細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、B 細(xì)胞和T 細(xì)胞等免疫細(xì)胞以及肝細(xì)胞、上皮細(xì)胞和角細(xì)胞等非免疫細(xì)胞中表達(dá)[1～3]，其主要分布在口咽、食管、宮頸和陰道粘膜的非角質(zhì)化上皮，膀胱和輸尿管的上皮細(xì)胞也能表達(dá)NLRP3 炎性小體[4]。NLRP3蛋白作為炎癥小體傳感器分子模式識(shí)別受體，包含一個(gè)吡啶結(jié)構(gòu)域(PYD)，一個(gè)核苷酸結(jié)合位點(diǎn)(NACHT)以及一個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列(LRR)[5]。

當(dāng)NLRP3炎性小體被激活時(shí)，一方面上游的傳感器分子模式識(shí)別受體NLRP3通過(guò)PYD域與凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC)相互作用，另一方面ASC通過(guò)CARD域介導(dǎo)效應(yīng)蛋白caspase-1前體的募集，最終形成NLRP3炎性小體復(fù)合物，該復(fù)合物可啟動(dòng)caspase-1的自我切割和活化caspase-1的形成?；钚詂aspase-1可以加工前體IL-1β成為成熟IL-1β，因而NLRP3炎性小體的激活導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子IL-1β的分泌[1,6,7]。NLRP3編碼的蛋白質(zhì)對(duì)于關(guān)鍵炎性細(xì)胞因子IL-1β的分泌、免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡均非常重要。NLRP3炎性小體的激活受到嚴(yán)格調(diào)控，其激活需要至少兩個(gè)信號(hào)[8]，第一信號(hào)包括Toll樣受體配體，例如：細(xì)菌脂多糖(LPS)[2]；第二信號(hào)可以是液晶分子、成孔毒素、三磷酸腺苷(ATP)或細(xì)胞外鈣等[9,10]。隨著研究的深入，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道多種內(nèi)外因素均可使NLRP3 炎性小體組裝活化，比如通過(guò)促進(jìn)鉀離子外流和誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生大量活性氧(ROS)，可使NLRP3 炎性小體活化，激活caspase-1，使IL-1β成熟并分泌。成熟的IL-1β與靶細(xì)胞的IL-1β 受體結(jié)合后，激活下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，如：核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 等，生成大量炎癥介質(zhì)，進(jìn)一步加重其誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[11]。

2 NLRP3炎性小體在感音神經(jīng)性聾發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的相關(guān)作用機(jī)制

NLRP3炎性體可在內(nèi)耳中激活，耳蝸中的一些巨噬細(xì)胞和/或單核細(xì)胞樣細(xì)胞可能與先天免疫應(yīng)答和聽力下降有關(guān)，這在小鼠模型中也進(jìn)行了驗(yàn)證；巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞散布在所有耳蝸組織中，包括聽覺神經(jīng)、螺旋神經(jīng)節(jié)、基底膜、血管紋和螺旋韌帶[12]，巨噬細(xì)胞可能通過(guò)影響血管紋的功能而影響聽力[13],其中螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞更是聯(lián)系耳蝸與聽覺中樞的樞紐。由于NLRP3基因在小鼠整個(gè)內(nèi)耳的免疫細(xì)胞(巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞)中表達(dá)，當(dāng)受到危險(xiǎn)信號(hào)的刺激時(shí)(如LPS和ATP)，耳蝸可以通過(guò)激活NLRP3炎癥小體、分泌更高水平的IL-1β來(lái)介導(dǎo)自身局部炎癥，從而引發(fā)聽力下降。所以NLRP3炎癥小體的激活可能影響耳蝸和聽覺功能，導(dǎo)致內(nèi)耳、聽神經(jīng)或中樞神經(jīng)系統(tǒng)的聽覺通路功能障礙，造成感音神經(jīng)性聾的發(fā)生。結(jié)合NLRP3炎癥小體的相關(guān)通路，推測(cè)感音神經(jīng)性聾發(fā)生發(fā)展過(guò)程中NLRP3炎性小體通路的可能作用機(jī)制如圖1所示。

感音神經(jīng)性聾的發(fā)生過(guò)程與年齡、暴露于耳毒性藥物、噪聲、核或線粒體基因突變等因素相關(guān)，如NLRP3基因突變可導(dǎo)致感音神經(jīng)性聽力損失[14]。免疫染色顯示NLRP3在小鼠耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中強(qiáng)烈表達(dá)，其在螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中可能具有特定功能，并且可能與綜合征及非綜合征型感音神經(jīng)性聾相關(guān)[15]。

2.1NLRP3與CMV感染誘發(fā)感音神經(jīng)性聽力損失(SNHL) 先天性巨細(xì)胞病毒(congenital cytomegalovirus,CMV)感染是兒童感音神經(jīng)性聽力損失最常見的感染原因，同時(shí)也是感音神經(jīng)性聽力損失的重要原因，在CMV小鼠巨細(xì)胞病毒(murine congenital cytomegalovirus,MCMV)感染后聽力損失小鼠模型的發(fā)病機(jī)理和炎癥反應(yīng)作用的機(jī)制研究中，發(fā)現(xiàn)CMV依次誘導(dǎo)耳蝸炎癥小體相關(guān)因子caspase-1、下游炎性因子IL-1β和IL-18激活增加，并可能進(jìn)一步上調(diào)IL-6和TNF-α的表達(dá),這些炎性因子具有神經(jīng)毒性，可能會(huì)導(dǎo)致聽力受損[16]。在耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中的炎性小體相關(guān)因子增加，并且MCMV增加了活性氧(ROS)的含量，說(shuō)明NLRP3炎性小體通路作為一種新型的固有免疫機(jī)制，可能會(huì)導(dǎo)致聽力障礙[17]。

2.2NLRP3與老年性聾 老年性聾是一種與年齡相關(guān)的雙側(cè)對(duì)稱性感音神經(jīng)性聽力損失(不包括任何其他原因)[18],主要與周圍和中樞聽覺系統(tǒng)的感覺或轉(zhuǎn)導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞變性有關(guān)。既往研究發(fā)現(xiàn)衰老的耳蝸中ROS的產(chǎn)生增加并有炎癥反應(yīng)[19]，而免疫細(xì)胞中ROS積累可能是NLRP3炎癥小體激活的原因[20]。最新研究發(fā)現(xiàn)，與年輕小鼠相比，衰老小鼠內(nèi)耳中激活的NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18的水平顯著增加，此外，NLRP3作為ROS的傳感蛋白，其相關(guān)炎癥小體的激活還會(huì)導(dǎo)致耳蝸炎癥反應(yīng)[21]?？偠灾?，衰老小鼠耳蝸中NLRP3炎性小體激活引發(fā)的炎癥似乎在年齡相關(guān)性聽力損失(age related hearing loss,ARHL)的病理過(guò)程中起著重要作用，這可能是老年性聾的潛在原因。

2.3NLRP3突變導(dǎo)致冷炎素相關(guān)周期熱綜合征(CAPS) 當(dāng)1號(hào)染色體上編碼NLRP3 的Cias1 基因發(fā)生突變時(shí)，突變患者的免疫細(xì)胞中NLRP3不能自我抑制，只需要初始啟動(dòng)信號(hào)，無(wú)需第二個(gè)激活信號(hào)，始終處于激活狀態(tài)[23]，通過(guò)組裝活化NLRP3 炎性小體，持續(xù)地將pro-IL-1β 和pro-IL-18 剪切為成熟的IL-1β 和IL-18，誘導(dǎo)IL-1β大量分泌，引起機(jī)體過(guò)度的炎癥反應(yīng)[5]。這種NLRP3炎性小體的功能獲得性突變會(huì)導(dǎo)致一系列常染色體顯性遺傳的系統(tǒng)性自身炎癥性疾病，被稱為冷炎素相關(guān)周期熱綜合征，是一種罕見的單基因自身炎癥性疾病；包括3種臨床亞型: 新生兒多系統(tǒng)炎性疾病或慢性嬰兒神經(jīng)皮膚關(guān)節(jié)綜合征(NOMID/CINCA)、Muckle-Wells綜合征(MWS)、家族性寒冷性自身炎癥綜合征(FCAS);其共有的臨床特征是反復(fù)發(fā)作的多系統(tǒng)炎癥,主要表現(xiàn)為發(fā)熱、關(guān)節(jié)痛及蕁麻疹,可累及皮膚、肌肉、骨骼、關(guān)節(jié)、眼、耳以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)。所有CAPS亞型均包括全身炎癥的血清學(xué)證據(jù)。

聽力損失是CAPS的最常見表現(xiàn)之一[23]，據(jù)Ahmadi等[24]報(bào)道在診斷為CAPS的57例患者中，NOMID、NOMID / MWS、MWS和FCAS受試者的聽力損失患病率分別為76%、86%、33%和25%?？梢娐犃p失是NOMID和MWS的特征，但在FCAS中較少[24,25]，通常高頻聽力損失更嚴(yán)重，且隨著年齡的增長(zhǎng)加重，其中感音神經(jīng)性聾占絕大多數(shù)。

對(duì)NOMID或MWS患者的聽力學(xué)和放射學(xué)研究表明，NLRP3突變通過(guò)影響耳蝸功能而導(dǎo)致聽力下降。MRI造影檢測(cè)到耳蝸病理性信號(hào)增強(qiáng)，并伴有液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(MRI-FLAIR)[24]，說(shuō)明耳蝸有炎癥反應(yīng)，其血流量、血管通透性均增加[26]。在此疾病中，耳蝸可能是系統(tǒng)性自發(fā)炎癥的外圍次要靶標(biāo)，但也可能疾病本身就是起源于內(nèi)耳局部的自發(fā)性炎癥，耳蝸中巨噬細(xì)胞和/或單核細(xì)胞的自身免疫炎癥也在slc26a4基因缺陷所致耳聾小鼠模型中得到驗(yàn)證[13,27,28]。

2.4NLRP3突變導(dǎo)致非典型CAPS和非綜合征型聽力損失 部分綜合征型聾除表現(xiàn)為聽力下降外，還伴有其他表型，MWS等表型的伴隨癥狀通常較輕，且無(wú)明顯特異性，常被忽視而誤診為非綜合征型聾，如：已經(jīng)報(bào)道的攜帶NLRP3的p.Arg918Gln功能突變的LMG446家族，即為非典型CAPS表型，患者有進(jìn)行性雙側(cè)感音神經(jīng)性聽力減退和全身自發(fā)性炎癥的癥狀和體征，但沒(méi)有血清學(xué)的炎癥跡象，不滿足NOMID、MWS或FCAS的診斷標(biāo)準(zhǔn)。MRI-FLAIR造影顯示治療前所有受試者耳蝸的信號(hào)異常增加[29]，說(shuō)明耳蝸發(fā)生了炎癥反應(yīng)。

而另一攜帶相同p.Arg918Gln突變的LMG113家族，其聽力損失是雙側(cè)對(duì)稱進(jìn)行性的，由于沒(méi)有任何其他CAPS靶器官表現(xiàn)，因而診斷為常染色體顯性遺傳非綜合征型聽力損失，顳骨MRI-FLAIR檢查后發(fā)現(xiàn)，耳蝸的病理性信號(hào)增強(qiáng)與在NOMID或MWS感音神經(jīng)性聽力損失患者中觀察到的相似，但不嚴(yán)重[29]，可以作為耳蝸炎癥反應(yīng)的放射學(xué)證據(jù)，表明該家族患有NLRP3炎性小體相關(guān)的感音神經(jīng)性聽力損失。

3 針對(duì)NLRP3炎性小體通路的分子靶向治療藥物

多種內(nèi)外因素引發(fā)NLRP3炎性小體的活化、IL-1β產(chǎn)生增加造成感音神經(jīng)性聽力損失[5,22,30～32]，IL-1β通過(guò)與I型IL-1受體及IL-1受體輔助蛋白的結(jié)合來(lái)完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。由于IL-1β在整個(gè)NLRP3炎癥小體通路中發(fā)揮關(guān)鍵效應(yīng)作用，目前已批準(zhǔn)了三種能阻滯IL-1β作用的治療藥物：anakinra(重組IL-1受體拮抗劑)，rilonacept(IL-1受體阻滯劑)和canakinumab(抗IL-1β單克隆抗體)。這些IL-1受體拮抗劑目前已用于治療CAPS患者的感音神經(jīng)性聽力損失，結(jié)果顯示用藥后其臨床癥狀、體征、炎性標(biāo)志物水平以及生活質(zhì)量均獲得了顯著改善[23,33,34]。

有關(guān)IL-1受體拮抗劑成功治療NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的感音神經(jīng)性聽力損失的臨床報(bào)道顯示，對(duì)26例NOMID患者用anakinra治療60個(gè)月后，大多數(shù)患者的感音神經(jīng)性聾得以穩(wěn)定，30%患者的聽力改善，通過(guò)MRI-FLAIR觀察到耳蝸異常信號(hào)增強(qiáng)的患者異常信號(hào)均減弱[35]。而anakinra治療后聽力不完全改善可能反映了先前慢性炎癥已引起了耳蝸不可逆的損害，因此在感音神經(jīng)性聽力損失發(fā)生后，迅速開展針對(duì)NLRP3介導(dǎo)自體炎癥的治療，對(duì)逆轉(zhuǎn)其耳蝸損害至關(guān)重要[23,26,34]。Marchica等[36]的病例報(bào)道顯示，一例MWS患兒抗IL治療后其單側(cè)感音神經(jīng)性聽力損失達(dá)到了聽力學(xué)痊愈。作為非典型CASP，LMG446家族接受了5個(gè)月的皮下注射anakinra治療，純音測(cè)聽閾值恢復(fù)到正常范圍內(nèi)[29]。這些結(jié)果表明，由NLRP3炎性小體激活引起的耳蝸炎癥反應(yīng)所導(dǎo)致的感音性聽力損失可通過(guò)IL-1β阻斷療法所逆轉(zhuǎn)或改善，并且聽力損失恢復(fù)程度與年齡相關(guān)，年齡較小聽力損失更明顯[37]。

NLRP3信號(hào)通路機(jī)制可能是NLRP3炎癥小體相關(guān)感音神經(jīng)性聽力損失的基礎(chǔ)，針對(duì)此信號(hào)通路的相關(guān)靶點(diǎn)開展阻斷療法可能會(huì)對(duì)這些疾病十分有效。

4 小結(jié)與展望

NLRP3 炎性小體是目前比較熱門的研究領(lǐng)域,隨著研究的深入，大家對(duì)它的認(rèn)識(shí)愈發(fā)全面。在不同類型耳聾疾病小鼠模型中，NLRP3在耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)等部位激活，依序激活caspase1、IL-1β等相關(guān)炎癥因子，引起多種感音神經(jīng)性聾疾病。NLRP3炎性小體可能在多種聽力疾病中影響耳蝸和聽覺功能，但其具體機(jī)制仍未明確，比如不同的內(nèi)外激動(dòng)因素是否有最終的共同通路能夠使其活化？NLRP3 炎性小體與其它炎性小體是否有著復(fù)雜的相互作用？因此，關(guān)于NLRP3 炎癥小體信號(hào)通路的相關(guān)靶點(diǎn)作為治療聽覺疾病分子靶向治療藥物開發(fā)的突破點(diǎn)有待進(jìn)一步更廣泛的研究。