自噬-NLRP3炎性體途徑的研究進(jìn)展

黃志娟,周 靜,林小珍,喻康瑩,c,鄭林峰

(南昌大學(xué)a.第一附屬醫(yī)院腎臟內(nèi)科;b.研究生院醫(yī)學(xué)部2020級;c.研究生院醫(yī)學(xué)部2021級,南昌 330006)

炎性小體(或稱炎癥小體)這一概念于2002年由MARTINON等[1]首次提出,他們將其描述為“一個觸發(fā)炎癥半胱天冬酶激活和前IL-β處理的分子平臺”。目前已有多種炎性小體被報道,其中對NLRP3炎性小體的研究最為廣泛和深入,它是調(diào)控炎性因子IL-1β及IL-18活化成熟的重要信號[2]。NLRP3炎性體在多種炎癥性疾病中扮演特殊角色,在機(jī)體遭受病原體入侵時它可以保護(hù)宿主抵御病毒襲擊,利于組織損傷修復(fù),但炎癥異常激活將導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng),適時抑制NLRP3炎性體激活有助于治療炎癥性疾病或代謝紊亂。自噬溶酶體是細(xì)胞內(nèi)回收及垃圾中轉(zhuǎn)站,通過其吞噬降解作用對各種細(xì)胞應(yīng)激信號如饑餓等做出調(diào)控,這一適應(yīng)性過程關(guān)乎細(xì)胞的生長發(fā)育及衰老代謝,因而受到廣泛關(guān)注。自噬溶酶體途徑(以下簡稱自噬)可以防止炎癥的過度激活,但自噬與NLRP3炎性體激活之間的關(guān)系并非如表面那么簡單[3-4]。現(xiàn)就自噬溶酶體途徑在NLRP3炎性體激活中的作用作綜述如下。

1 NLRP3炎性體概述

NLRP3炎性體是由受體蛋白NLRP3、接頭蛋白ASC和效應(yīng)蛋白caspase-1組成的多蛋白復(fù)合物,其中NLRP3受體蛋白是核苷酸結(jié)合域和富含亮氨酸重復(fù)序列(NLR)家族成員。當(dāng)炎癥小體組裝被啟動,NLRP3蛋白N端的pyrin結(jié)構(gòu)域(PYD)和ASC的PYD結(jié)構(gòu)域相互作用,ASC通過類似作用招募caspase-1,這樣就通過ASC的橋梁作用把受體蛋白和效應(yīng)蛋白連接起來,從而激活caspase-1,最終誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子成熟釋放[5-6]。NLRP3炎性體已被證實與炎癥性腸病[7]、動脈粥樣硬化[8]、心房顫動[9]、糖尿病[10]等疾病進(jìn)展關(guān)系密切。因此,尋求調(diào)節(jié)NLRP3炎性體激活的途徑很有必要,對此可以通過啟動過程關(guān)鍵因子NF-κB來控制NLRP3的轉(zhuǎn)錄[11],也可以從翻譯后修飾環(huán)節(jié)入手,包括磷酸化、泛素化等渠道,對NLRP3炎性體起到正向或負(fù)向的調(diào)節(jié)作用[12-13]。自噬途徑更是與NLRP3炎性體調(diào)控密不可分,小分子鈀配合物Tris DBA可以介導(dǎo)自噬,阻斷NLRP3炎性體激活信號,從而緩解Ig A腎病[14]。不止于此,自噬對NLRP3炎性體的調(diào)控被證明對急性腎損傷[15]、腎纖維化[16]、糖尿病腎病[17]、尿酸性腎病[18]等均有不同程度的獲益,可見自噬通過抑制NLRP3炎性體活化,能顯著延緩各種腎臟疾病發(fā)展至終末期腎病的速度。

2 自噬概述

自噬是真核生物體內(nèi)高度保守的細(xì)胞回收機(jī)制,是指需要被降解的細(xì)胞器/蛋白質(zhì)成分被特征的雙層膜結(jié)構(gòu)包裹形成自噬體,隨后與溶酶體融合形成自噬溶酶體,對所包裹內(nèi)容物進(jìn)行降解的過程。根據(jù)底物運(yùn)送到溶酶體內(nèi)的途徑,可將自噬分為大自噬、小自噬及分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA),一般情況下自噬是指大自噬[19]。小自噬是由溶酶體膜內(nèi)陷直接包裹底物分子實現(xiàn)分解。而分子伴侶介導(dǎo)的自噬指目的蛋白需要分子伴侶(如熱休克蛋白)與其耦合,隨后一起運(yùn)輸至溶酶體內(nèi)進(jìn)行底物降解,這一過程具有高度選擇性,這一特別效應(yīng)體現(xiàn)在其底物必須含有特定的蛋白質(zhì)序列,才能被分子伴侶識別結(jié)合[20]。

自噬在多種人類疾病中發(fā)揮重要作用。最近一項研究[21]表明,ANXA6通過抑制PI3K-AKT和ERK信號通路誘導(dǎo)自噬,抑制腫瘤發(fā)生。又如神經(jīng)退行性變,自噬缺陷引起錯誤折疊蛋白質(zhì)的蓄積,導(dǎo)致阿爾茲海默癥(AD)的發(fā)生,同時由于AD誘導(dǎo)自噬缺陷,導(dǎo)致AD的惡性循環(huán)[22],自噬基因變異還與炎癥性腸病的遺傳病因?qū)W有關(guān)[23]。值得注意的是,一些病原體已經(jīng)進(jìn)化出拮抗自噬的逃逸機(jī)制,保護(hù)自己免受自噬的清除?？赡艿耐緩桨ㄗ柚棺允审w成熟、干擾自噬啟動,亦或是利用自噬平臺實現(xiàn)自身的復(fù)制和增殖[24]。

3 自噬溶酶體途徑在NLRP3炎性體激活中的作用

3.1 自噬抑制NLRP3炎性體活化

自噬是NLRP3炎性體激活調(diào)控的一條重要途徑,大部分情況下,自噬能夠減弱NLRP3炎性體激活水平,但它在其中的具體機(jī)制目前尚不明朗,其可能的機(jī)制有以下幾方面。

3.1.1 自噬通過抑制活性氧(ROS)產(chǎn)生負(fù)向調(diào)控NLRP3炎性體激活

ROS產(chǎn)生是NLRP3炎性體激活過程中的重要上游信號事件,細(xì)胞內(nèi)ROS的重要來源是線粒體,線粒體應(yīng)激或被抑制會導(dǎo)致ROS生成增加[25]。ZHOU等[26]發(fā)現(xiàn)受損線粒體產(chǎn)生的ROS能夠被自噬清除,阻斷ROS對NLRP3炎性體的激活效應(yīng)。同樣,ATP6V0D2可以特異性促進(jìn)自噬體與溶酶體融合,增強(qiáng)自噬,限制ROS堆積,起到限制炎性體激活作用[27]。相反,自噬通量受抑將使NLRP3炎性體活化增加,加重慢性炎癥反應(yīng)和代謝紊亂進(jìn)展。硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)通過促進(jìn)線粒體氧化應(yīng)激干擾自噬通量,誘導(dǎo)NLRP3炎性體組裝及激活,加重糖尿病患者糖尿病視網(wǎng)膜病變[28],有效沉默該基因可能是靶向治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的一項手段。紅景天苷通過誘導(dǎo)自噬,減輕脂多糖(LPS)介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷,可能也與自噬-ROSNLRP3軸相關(guān)[29]。

3.1.2 自噬通過降解已經(jīng)組裝好的炎性體從而限制炎性小體功能

有研究[30]指出,自噬可能通過泛素化機(jī)制,對炎性小體進(jìn)行捕獲及降解,這有賴于自噬的物理吞噬作用。Resolvin D2(RvD2)是以一種先天性炎癥抑制劑,可以通過自噬途徑介導(dǎo)NLRP3炎性體降解,且體外實驗表明,Rv D2引起炎性體降解是通過自噬溶酶體途徑而非蛋白酶體途徑[31]。溶酶體相關(guān)膜蛋白2A(LAMP-2A)是CMA標(biāo)記物,LAMP-2A缺失的小鼠,可促進(jìn)炎性體激活及促炎細(xì)胞因子分泌,加速動脈粥樣硬化進(jìn)程,在排外大自噬的影響效應(yīng)下,研究組明確CMA底物為NLRP3蛋白而非caspase-1或ASC,加速動脈粥樣硬化進(jìn)展的原因是缺乏CMA,抑制了對NLRP3炎性體的降解[32]。槐屬植物槐果堿也可以通過自噬來降解NLRP3炎性體,減輕敗血癥性肝損傷[33]。棕櫚酸(PA)能夠增強(qiáng)NLRP3炎性體中的ASC泛素化,有利于P62識別及結(jié)合炎性體分子,并送入自噬溶酶體內(nèi)進(jìn)行降解[34]。

3.1.3 其他可能機(jī)制

自噬還可能通過隔離pro-IL-1β控制炎癥,有研究者[35]發(fā)現(xiàn),自噬體能夠?qū)ro-IL-1β與caspase-1隔離開,抑制IL-1β的分泌,從而控制炎癥。另一種可能機(jī)制是自噬通過減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而負(fù)性調(diào)節(jié)NLRP3炎性體,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在多方面對NLRP3炎性體激活產(chǎn)生正向影響[36],而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為細(xì)胞器之一,自噬可以對其進(jìn)行清除。由此推測,這可能是自噬負(fù)調(diào)控NLRP3炎性體激活的機(jī)制之一,但仍需更多研究加以實證。此外,有些機(jī)制可能尚未被發(fā)現(xiàn),也需要進(jìn)一步探討。

3.2 自噬與NLRP3炎性體的其他聯(lián)系

有趣的是,自噬還可能對NLRP3炎性體起到積極正向的作用,促進(jìn)其激活?；A(chǔ)自噬抑制炎性體功能已然明確,然而DUPONT N等[37]發(fā)現(xiàn),在原代小鼠骨髓源性巨噬細(xì)胞中,饑餓誘導(dǎo)自噬增加了IL-1β的釋放,并稱之為基于自噬的非常規(guī)IL-1β分泌。此外,ZHANG等[38]研究結(jié)果顯示,在IL-1β釋放過程中需要自噬體作為載體,也是基于自噬的非常規(guī)IL-1β分泌的又一佐證。WANG等[39]發(fā)現(xiàn),玉米赤霉烯酮(ZEA)可以通過自噬誘導(dǎo)NF-κB p65活化,增強(qiáng)大鼠胰島素瘤細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥體的激活。

NLRP3炎性體也可以介導(dǎo)自噬的產(chǎn)生。利用銅綠假單胞菌(PA)感染巨噬細(xì)胞后,可以觀察到NLRP3炎性體釋放的細(xì)胞因子IL-1β能夠誘導(dǎo)自噬形成,阻止巨噬細(xì)胞對PA的清除[40]。一項短鏈脂肪酸(SCFA)對腸道屏障功能修復(fù)作用的研究中,發(fā)現(xiàn)NLRP3炎性體有激活自噬的作用,且自噬也能激活NLRP3炎性體[41]。MATTEUCCI等[42]發(fā)現(xiàn),在克魯茲錐蟲感染的巨噬細(xì)胞中,NLRP3炎性體激活能夠誘導(dǎo)自噬,幫助清除感染。不過,NLRP3炎性體是否對自噬產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)仍未可知。

3.3 自噬-NLRP3途徑與腎臟疾病

自噬對NLRP3炎性體激活的負(fù)性調(diào)節(jié)在一些疾病的治療中得到應(yīng)用,如肝臟缺血再灌注損傷[43]、神經(jīng)炎癥疾病[44]、糖尿病心肌病[45]、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎癥[46]等。不可否認(rèn),自噬溶酶體途徑對NLRP3炎性體調(diào)節(jié)在炎癥性疾病及代謝紊亂中發(fā)揮了出色作用。炎癥與腎臟疾病密切相關(guān),此途徑在腎臟疾病中的影響越來越受到關(guān)注。腎臟疾病多伴隨著腎臟炎癥,而腎臟炎癥涉及先天免疫系統(tǒng)或適應(yīng)性免疫系統(tǒng),免疫系統(tǒng)通過可溶性細(xì)胞受體家族,激活促炎癥信號傳導(dǎo),其中包含核苷酸結(jié)合域富含亮氨酸重復(fù)序列(NLRs)[47],在此主要討論腎臟疾病中的自噬與NLRP3炎性體。

3.3.1 自噬-NLRP3炎性體途徑與糖尿病腎病

糖尿病腎病(DN)是糖尿病患者最常見及最嚴(yán)重的并發(fā)癥,是導(dǎo)致終末期腎病(ESRD)的主要病因,嚴(yán)重影響糖尿病患者生活質(zhì)量,并增加死亡風(fēng)險。而微炎癥狀態(tài)在DN進(jìn)展中起關(guān)鍵作用,持續(xù)高血糖刺激、血管緊張素系統(tǒng)激活以及氧化應(yīng)激等均可導(dǎo)致腎臟炎性細(xì)胞浸潤,最終引起腎臟不可逆硬化及纖維化[48]。除了基礎(chǔ)的控制血糖血壓、改善營養(yǎng)等治療方案,腎臟炎癥控制是未來防治DN的一個重要方向。ABD ELKHALIK等[49]發(fā)現(xiàn),氧化鋅納米顆粒能夠通過調(diào)節(jié)自噬相關(guān)蛋白,增加鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病腎病大鼠的足細(xì)胞自噬,下調(diào)NLRP3和IL-1β表達(dá)水平,減弱炎癥反應(yīng),其具體機(jī)制可能與自噬清除細(xì)胞ROS和刺激抗氧化信號通路等有關(guān)。GAO等[50]也深入闡釋了自噬-ROSNLRP3炎性體軸在DN中的作用過程,他們發(fā)現(xiàn),高糖以時間及劑量依賴性方式誘導(dǎo)ROS-NLRP3炎性體,且在短時間內(nèi)增強(qiáng)腎小球系膜細(xì)胞自噬,負(fù)調(diào)節(jié)ROS-NLRP3炎癥小體信號傳導(dǎo),但如果慢性持續(xù)暴露于高糖環(huán)境使受損線粒體、受損細(xì)胞器的累積超過自噬清除能力,將導(dǎo)致NLRP3炎性體持續(xù)激活。以上結(jié)果為自噬-NLRP3炎性體途徑與糖尿病腎病治療的關(guān)系提供了可靠證據(jù)。

3.3.2 自噬-NLRP3炎性體途徑與原發(fā)性腎小球疾病

原發(fā)性腎小球疾病(PGN)是導(dǎo)致ESRD的常見病因,其發(fā)病機(jī)制傾向于與免疫炎癥反應(yīng)有關(guān)。XIONG等[51]的一項回顧性研究表明,NLRP3炎性體參與了PGN的發(fā)病機(jī)制,介導(dǎo)患者足細(xì)胞損傷,加重腎臟損害。Ig A腎病(Ig AN)作為最常見的PGN,其特征表現(xiàn)為以Ig A為主的免疫復(fù)合物在腎小球系膜區(qū)沉積,引發(fā)腎臟炎癥反應(yīng)并導(dǎo)致腎損傷,治療上主要采取對癥支持及免疫抑制方案,尚無針對發(fā)病機(jī)制的治療[52]。動物實驗[53]發(fā)現(xiàn),在小鼠Ig AN模型中,人參皂苷代謝產(chǎn)物化合物K可通過下調(diào)NF-κB抑制促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生,還能誘導(dǎo)自噬增強(qiáng),減少受損線粒體及ROS產(chǎn)生,從而抑制caspase-1和IL-1β分泌,減輕小鼠腎臟炎癥細(xì)胞浸潤。而白蘆黎醇通過預(yù)防線粒體損傷及激活p38增強(qiáng)自噬雙重效應(yīng),減少線粒體ROS(mtROS)產(chǎn)生,抑制NLRP3炎性體激活,減輕Ig A腎病小鼠的腎小球硬化、增殖及炎癥[54]。由此得出,自噬-NLRP3炎性體途徑在PGN病因治療中是一個良好的切入點。

3.3.3 自噬-NLRP3炎性體途徑與腎纖維化

腎纖維化是各種類型慢性腎臟病(CKD)進(jìn)展的最終結(jié)果,NLRP3炎性體參與腎纖維化過程中的腎臟炎癥反應(yīng)、細(xì)胞焦亡(由caspase-1激活切割gasdermin蛋白導(dǎo)致)以及肌成纖維細(xì)胞分化過程,進(jìn)一步惡化腎臟損傷程度,而自噬通過清除ROS、降解炎性小體等功能可能在CKD治療中發(fā)揮積極作用[55]。紫檀芪作為一種新發(fā)現(xiàn)的自噬誘導(dǎo)劑,能夠通過自噬抑制NLRP3炎性體激活,減輕腎小管間質(zhì)纖維化,有助于緩解CKD[56]。在單側(cè)輸尿管梗阻引起腎纖維化的小鼠模型中,自噬缺陷增加受損線粒體堆積和氧化應(yīng)激,導(dǎo)致NLRP3炎性體/caspase-1/IL-1β信號通路激活,從而加重遠(yuǎn)端腎小管上皮細(xì)胞腎纖維化[57]。氟非尼酮是一種新型吡啶酮制劑,被發(fā)現(xiàn)可以延緩腎纖維化進(jìn)展,其主要機(jī)制之一是通過抑制mt ROS-NLRP3途徑發(fā)揮抗纖維化作用[16]。以上表明,自噬尤其是自噬-NLRP3炎性體途徑在CKD治療中有著巨大潛力。

4 結(jié)語與展望

自噬在NLRP3炎性體活化中的作用比較復(fù)雜,且兩者之間的關(guān)系是雙向的,目前主流觀點是自噬主要對NLRP3炎性體激活起抑制作用,但具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。鑒于NLRP3炎性小體與多種慢性炎癥性疾病及代謝紊亂關(guān)系密切,未來有望開發(fā)更多靶向藥物應(yīng)用于臨床。