NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細(xì)胞哮喘中的作用

葉倩 陳志敏

哮喘被認(rèn)為是Th失衡，導(dǎo)致IgE大量分泌，肥大細(xì)胞及嗜酸粒細(xì)胞致敏，再次接觸過(guò)敏原后，相關(guān)細(xì)胞分泌致敏物質(zhì)致使氣道高反應(yīng)[1]。臨床特征表現(xiàn)為間歇性哮鳴、胸悶、咳嗽、呼吸急促[2]。發(fā)作時(shí)間多為夜間及凌晨，多數(shù)可自行緩解或藥物治療后緩解。哮喘發(fā)病率逐年上升，全球有超過(guò)3億哮喘患者，中國(guó)約有3 000萬(wàn)患者[3]。大部分哮喘患兒對(duì)過(guò)敏原有敏感性及特異反應(yīng)性，且對(duì)糖皮質(zhì)激素敏感[4]。部分哮喘患兒臨床表現(xiàn)為對(duì)激素不敏感，故將其稱(chēng)為非過(guò)敏性哮喘。該類(lèi)哮喘患兒支氣管壁或痰液中中性粒細(xì)胞百分比≥71%，又稱(chēng)嗜中性粒細(xì)胞哮喘[5]，相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制目前仍在研究中。中性粒細(xì)胞增多主要原因包括相關(guān)趨化因子（如IL、白三烯和TNF）表達(dá)增加、中性粒細(xì)胞呈抗凋亡性及巨噬細(xì)胞對(duì)其清除受限[6]。而氣道中的中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)可加重氣道梗阻，使得肺功能惡化，重癥哮喘比例增加及治療難度加大[7]。研究指出支氣管壁或痰液中的中性粒細(xì)胞數(shù)量與哮喘的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[8]。嗜中性粒細(xì)胞哮喘除了有中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和激素難治性特點(diǎn)外，氣道病原微生物定植也是其特征之一，目前已經(jīng)檢測(cè)到的病原微生物包括肺炎衣原體、肺炎鏈球菌、肺炎支原體、流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌和金黃色葡萄球菌[9]。氣道總細(xì)菌負(fù)荷與痰液中中性粒細(xì)胞百分比呈正相關(guān)，與嗜酸性粒細(xì)胞百分比呈負(fù)相關(guān)，故氣道微生態(tài)紊亂是嗜中性粒細(xì)胞哮喘的關(guān)鍵特征，臨床上表現(xiàn)為肺功能下降、哮喘臨床癥狀加重及對(duì)激素治療不敏感[10]。

炎癥小體是一種包漿蛋白復(fù)合物，可以識(shí)別各種外源性微生物和內(nèi)源性感染信號(hào)，并通過(guò)炎癥因子來(lái)啟動(dòng)炎癥反應(yīng)。典型炎癥小體主要有模式識(shí)別受體、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck,ASC）和效應(yīng)蛋白含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1,Caspase-1）等組成。在已知的炎癥小體中核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體（nucleotide-binding oligomerization domainlike receptors,NLRs）家族一直備受關(guān)注[11]。其中NLRs亞家族的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain-containing 3,NLRP3）炎癥小體最具有特征，該炎癥小體以復(fù)合體中的NLRP3蛋白命名[12]。本文就NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細(xì)胞哮喘中的作用及其機(jī)制研究作一綜述，并對(duì)未來(lái)哮喘靶向治療提出展望。

1 NLRP3炎癥小體的簡(jiǎn)介和功能

NLRP3蛋白作為一種分子量為115 kDa的包漿蛋白，由骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞在微生物和非微生物如細(xì)菌毒素、顆粒物和脂多糖的刺激下產(chǎn)生，在單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、成骨細(xì)胞和上皮細(xì)胞中表達(dá)[13]。包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域：起到信號(hào)感應(yīng)的C端富含亮氨酸重復(fù)序列（leucine-rich repeat,LRR）、調(diào)控蛋白質(zhì)寡聚化的中心ATP酶三聚體結(jié)構(gòu)域（central nucleotide-binding and oligomerization,NACHT）及與超分子復(fù)合物形成有關(guān)的N端Pyrin結(jié)構(gòu)域（Pyrin domain,PYD）[14]。LRR結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)NLRP3蛋白的活性。NACHT因具有ATP酶活性，故而與NLRP3蛋白自我結(jié)合及發(fā)揮功能有關(guān)。NLRP3炎癥小體信號(hào)傳導(dǎo)通路主要是通過(guò)LRR結(jié)構(gòu)域進(jìn)行感知，之后NLRP3蛋白通過(guò)NACHT進(jìn)行寡聚化，然后PYD合成ASC蛋白，激活效應(yīng)蛋白Caspase-1，經(jīng)Toll樣受體（toll-like receptors,TLRs）的信號(hào)傳導(dǎo)，通過(guò)磷酸化-去磷酸化和去泛素化的方法轉(zhuǎn)錄，從而對(duì)炎癥反應(yīng)產(chǎn)生效應(yīng)[14]。

NLRP3炎癥小體激活機(jī)制仍在研究中，其激活過(guò)程分為兩步：第一步，啟動(dòng)由炎癥刺激提供，使得TLRs、NLRs或細(xì)胞因子暴露，從而誘導(dǎo)活化NF-κB，最終上調(diào)NLRP3蛋白和IL-1β的表達(dá)[15]。第二步，激活步驟則是由感染、組織損傷或代謝失衡期間出現(xiàn)的刺激物觸發(fā)，例如毒素、晶體物質(zhì)及入侵病原體等，通過(guò)NLPR3炎癥小體結(jié)構(gòu)重組，促進(jìn)IL-1β和IL-18分泌，導(dǎo)致細(xì)胞及組織的炎癥性壞死[16]。已有文獻(xiàn)指出鉀離子外流、鈣離子信號(hào)傳導(dǎo)、鈉離子內(nèi)流、氯離子外排、線粒體功能障礙及活性氧產(chǎn)生均參與了NLRP3炎癥小體的激活[17]。

目前已發(fā)現(xiàn)代謝紊亂、動(dòng)脈粥樣硬化、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病及炎癥性疾病等慢性和退行性疾病與NLRP3炎癥小體異常激活有關(guān)。當(dāng)NLRP3炎癥小體受到ATP、毒素、RNA病毒等刺激，可產(chǎn)生大量的IL-18及IL-1β[18]。IL-1β主要由先天性免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞產(chǎn)生，T細(xì)胞增殖刺激IL-1β激活，觸發(fā)局部黏膜免疫反應(yīng)，可將中性粒細(xì)胞直接引導(dǎo)到損傷或感染部位。IL-18具有免疫調(diào)節(jié)作用，IL-1β和IL-18過(guò)度產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致無(wú)菌性炎癥發(fā)生，從而加重患兒發(fā)生自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)[19]。由于NLRP3炎癥小體在自身免疫性疾病中的病理生理作用，現(xiàn)被認(rèn)定為許多免疫性疾病治療的有效靶點(diǎn)。

2 嗜中性粒細(xì)胞哮喘的發(fā)病機(jī)制

嗜中性粒細(xì)胞哮喘中的關(guān)鍵免疫細(xì)胞Th17亞群[20]，通過(guò)分泌 IL-17A、IL-17F、IL-22，在支氣管組織[21]和支氣管肺泡灌洗液[22]中發(fā)生作用。IL-17A是調(diào)節(jié)機(jī)體中性粒細(xì)胞分泌、聚集及起效的重要細(xì)胞因子，可致使氣道高反應(yīng)、激素抵抗、杯狀細(xì)胞分泌增多、氣道纖維化和氣道重塑等[23]。IL-17F和IL-22可誘導(dǎo)支氣管上皮分泌黏液，刺激趨化因子受體和IL-8產(chǎn)生，使得肺部中性粒細(xì)胞分泌增多[24]。此外，Th1細(xì)胞參與嗜中性粒細(xì)胞哮喘也早有報(bào)道[25]，肺泡灌洗液中Th1細(xì)胞數(shù)量與肺功能惡化程度相關(guān)[26]。在抗原刺激下，細(xì)胞因子IL-12和IFN-γ分泌，致使Th0細(xì)胞向Th1細(xì)胞分化，Th1細(xì)胞激活中性粒細(xì)胞表面的趨化因子，該趨化因子再反作用Th1細(xì)胞，往復(fù)循環(huán)[27]。再者，中性粒細(xì)胞可介導(dǎo)先天性免疫應(yīng)答反應(yīng)及損傷相關(guān)的分子模式信號(hào)，上調(diào)金屬蛋白酶、中性粒細(xì)胞彈性酶及多種細(xì)胞因子分泌，促進(jìn)免疫反應(yīng)[28]。其中金屬蛋白酶可導(dǎo)致氣道結(jié)構(gòu)損傷，促進(jìn)氣道上皮細(xì)胞持續(xù)募集中性粒細(xì)胞，造成炎癥的反復(fù)，導(dǎo)致患者的氣流受限及氣道重構(gòu)[29]。中性粒細(xì)胞彈性酶可直接降解組織蛋白，調(diào)控炎癥反應(yīng)。

3 NLRP3炎癥小體與嗜中性粒細(xì)胞哮喘關(guān)系的基礎(chǔ)及臨床研究

嗜中性粒細(xì)胞哮喘患者痰液中NLRP3炎癥小體的基因表達(dá)增高，使用特異性抑制劑或敲除NLPR3基因，可使得氣道高反應(yīng)增強(qiáng)及氣道炎癥減輕[30]，表明了NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細(xì)胞哮喘的發(fā)病機(jī)制中起了關(guān)鍵作用[31]。

3.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn) Xu等[32]采用腹腔注射卵白蛋白方法建立中性粒細(xì)胞哮喘小鼠模型，應(yīng)用NLRP3基因抑制劑治療后，體內(nèi)IL-1β及IL-18水平明顯下降，肺內(nèi)浸潤(rùn)細(xì)胞、分泌的黏液以及肺泡灌洗液中的中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)量均下調(diào)，哮喘氣道免疫反應(yīng)得到抑制。另一項(xiàng)研究采用甲苯二異氰酸酯誘導(dǎo)建立以中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)的哮喘模型，其中抑制組采用效應(yīng)蛋白Caspase-1抑制劑，該組小鼠氣道的中性粒細(xì)胞數(shù)量減少，氣道高反應(yīng)及氣道重塑得到改善，間接表明了NLRP3炎癥小體可通過(guò)效應(yīng)蛋白Caspase-1參與哮喘的炎癥反應(yīng)；研究還發(fā)現(xiàn)抑制組小鼠IL-1β和IL-18水平下降，間接證明了IL-1β和IL-18可能也與NLRP3炎癥小體的效應(yīng)蛋白Caspase-1活性有關(guān)[33]。IL-1β作為一種由Caspase-1產(chǎn)生的強(qiáng)效炎癥細(xì)胞因子，與包括哮喘在內(nèi)的許多慢性炎癥性疾病有關(guān)，可在疾病早期損害氣道上皮屏障功能[34]。嗜中性粒細(xì)胞哮喘患兒IL-1β mRNA表達(dá)量顯著升高，表明了IL-1β在嗜中性粒細(xì)胞哮喘中發(fā)揮關(guān)鍵作用[35]。此外，IL-1β和IL-18誘導(dǎo)CD4+效應(yīng)T細(xì)胞產(chǎn)生IL-17。IL-17可對(duì)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)大的趨化作用，通過(guò)旁分泌及自分泌途徑增加氣道黏蛋白的表達(dá)，加重氣道炎癥，引發(fā)氣道重構(gòu)，與患兒的哮喘嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[36]。綜上，NLRP3炎癥小體激活了IL-1β/IL-17炎癥軸，調(diào)節(jié)杯狀細(xì)胞，增加氣道黏蛋白分泌，破壞氣道上皮屏障功能。

3.2 臨床研究 一項(xiàng)含有實(shí)驗(yàn)組85例哮喘患者（分為嗜中性粒細(xì)胞組、嗜酸性粒細(xì)胞組及少粒細(xì)胞組）和對(duì)照組27名健康者的臨床研究，通過(guò)對(duì)參與者進(jìn)行臨床評(píng)估、肺功能測(cè)定及痰液誘導(dǎo)，將痰液進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)、基因表達(dá)和蛋白介導(dǎo)，從而檢測(cè)NLRP3炎癥小體的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)嗜中性粒細(xì)胞組NLRP3炎癥小體基因表達(dá)、促炎Caspase-1基因及IL-1β水平表達(dá)較嗜酸性粒細(xì)胞組和少粒細(xì)胞組高，說(shuō)明NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細(xì)胞哮喘中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，并可通過(guò)調(diào)節(jié)IL-1β對(duì)炎癥反應(yīng)產(chǎn)生作用[35]。激活的NLRP3炎癥小體通過(guò)Caspase-1蛋白酶誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌IL-1β，造成哮喘患者氣道炎癥的發(fā)生，臨床表現(xiàn)為出現(xiàn)重癥哮喘及類(lèi)固醇抵抗型哮喘概率增高[37]。Rossios等[38]還發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體及其激活后產(chǎn)物IL-1β、IL-18的表達(dá)與痰液中中性粒細(xì)胞百分比顯著相關(guān)，但與嗜酸性粒細(xì)胞百分比無(wú)關(guān)，嗜中性粒細(xì)胞哮喘患者組臨床癥狀最為明顯，肺功能較差，常規(guī)口服類(lèi)固醇藥物比例最高。而抑制NLRP3炎癥小體可減少I(mǎi)L-1β、Th2類(lèi)細(xì)胞因子、中性粒細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子分泌，減少氣道上皮細(xì)胞中性粒細(xì)胞數(shù)，最終減輕氣道高反應(yīng)[39]。Kim等[40]通過(guò)監(jiān)測(cè)臨床參與者痰液中的中性粒細(xì)胞數(shù)量、吸入激素劑量及用力呼氣容積與NLRP3炎癥小體水平的關(guān)系，證明了NLRP3炎癥小體可參與哮喘的控制，與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)，可能為后期治療的靶點(diǎn)。

3.3 靶向治療 目前傳統(tǒng)的哮喘治療方法是吸入激素、使用長(zhǎng)效β2受體激動(dòng)劑、口服白三烯調(diào)節(jié)劑、使用茶堿類(lèi)藥物及脫敏治療等。靶向治療是近年來(lái)提出的新觀點(diǎn)，在嗜中性粒細(xì)胞哮喘病程發(fā)生、發(fā)展的傳導(dǎo)通路上進(jìn)行干預(yù)，減少中性粒細(xì)胞氣道浸潤(rùn)，降低氣道高反應(yīng)，從而對(duì)疾病進(jìn)行控制。MCC950作為NLRP3炎癥小體強(qiáng)有力的抑制劑，目前已有研究指出低劑量的MCC950可有效抑制嗜中性粒細(xì)胞哮喘患者的氣道炎癥，并使得其氣道白細(xì)胞數(shù)量下降及氣道高反應(yīng)減輕，可達(dá)到類(lèi)似類(lèi)固醇治療的療效[40]。此外，Caspase-1抑制劑通過(guò)阻斷Caspase-1上調(diào)從而抑制NLRP3炎癥小體的激活，最終減輕氣道炎癥[39]。NLRP3炎癥小體可作為除類(lèi)固醇藥物、白三烯受體拮抗劑、β2受體激動(dòng)劑以外的新的治療靶點(diǎn)，避免了激素不敏感哮喘急性發(fā)作后及后期控制欠佳需大量且長(zhǎng)期使用類(lèi)固醇藥物后出現(xiàn)鈣磷及骨骼代謝異常的不良反應(yīng)，以期達(dá)到哮喘的分子靶向治療。

4 NLRP3炎癥小體未來(lái)研究方向

目前大量基礎(chǔ)及臨床研究限制于樣本量不夠及局限性對(duì)照性研究。未來(lái)筆者認(rèn)為可收集一定量的嗜中性粒細(xì)胞哮喘臨床病例，進(jìn)行NLRP3炎癥小體與白三烯受體拮抗劑、β2受體激動(dòng)劑治療的對(duì)比性研究，以發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體的分子靶向治療優(yōu)勢(shì)。同時(shí)通過(guò)前瞻性研究，對(duì)NLRP3炎癥小體分泌的細(xì)胞因子、蛋白酶進(jìn)行定量及定性研究，觀察其與嗜中性粒細(xì)胞哮喘疾病進(jìn)展及預(yù)后的關(guān)系。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，嗜中性粒細(xì)胞哮喘作為哮喘中激素不敏感及治療反應(yīng)欠佳的一種類(lèi)型，可出現(xiàn)中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)氣道上皮的現(xiàn)象。目前臨床上仍致力于其生物標(biāo)志物及氣道微生物群的研究。NLRP3炎癥小體作為近年研究新熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已有多項(xiàng)研究證實(shí)了其對(duì)嗜中性粒細(xì)胞哮喘疾病發(fā)生、發(fā)展的作用。但大部分研究仍停留于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，未來(lái)可開(kāi)展多中心、大樣本、可重復(fù)的基礎(chǔ)與臨床研究，從而為嗜中性粒細(xì)胞哮喘個(gè)性化治療提供有力的循證依據(jù)。