NLRP3炎癥小體在心血管疾病中的研究進展

劉鉑，王瑞瑩，周嘉惠，孫曉波，3，4，5，6，孫桂波，3，4，5，6*，于蕾*（.哈爾濱商業(yè)大學藥學院藥物工程技術研究中心，哈爾濱 50076；.中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所，北京 0093；3.中國醫(yī)學科學院基于經(jīng)典名方的新藥發(fā)現(xiàn)重點實驗室，北京 0093；4.教育部中藥生物活性物質與資源利用重點實驗室，北京 0093；5.中藥（天然產物）創(chuàng)新藥物研發(fā)北京市重點實驗室，北京 0093；6.中草藥物質基礎與資源利用重點實驗室，北京 0093）

炎癥在心血管疾?。╟ardiovascular disease，CVDS）發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。常見的致病性、代謝性或缺血性致病因子誘發(fā)炎性細胞因子有白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6）、白介素-1

β

（IL-1

β

）、白介素-18（IL-18）和腫瘤壞死因子-

α

（TNF-

α

）。臨床研究表明抗炎治療可降低心血管事件的發(fā)生率。因此，研究心血管疾病中抗炎治療可能是未來研究的重點。越來越多的研究表明核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domainlike receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。NLRP3 通過活化天冬氨酸蛋白水解酶-1（Caspase-1）和焦亡蛋白（GSDMD），釋放大量炎癥因子并且開啟一種新的、可控的、有序的細胞死亡模式——細胞焦亡，加速心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。NLRP3 作為研究比較深入的炎癥小體，參與多種心血管疾病的過程。本文就NLRP3 參與心血管疾病的研究進展進行綜述。

1 NLRP3 的介紹

1.1 NLRP3 的結構

炎癥小體由模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）形成的多蛋白復合物，Toll樣受體、核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（nucleotide-bindingoligomerization domain-like receptor，NLR）、黑色素瘤缺乏因子2 受體都屬于模式識別受體。NLR 由亮氨酸重復區(qū)域、核苷酸結合和寡聚化結構域、氨基末端熱蛋白結構域3 個結構域構成。NLR 家族中的NLRP3 最受關注。NLRP3 受體蛋白、凋亡相關斑點狀蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和Caspase-1 前體蛋白（pro-Caspase-1）組成了經(jīng)典的NLRP3 炎癥小體。NLRP3 炎癥小體可識別許多危險信號，參與多種疾病病理過程中的炎癥反應。

1.2 NLRP3 的激活

NLRP3 炎癥小體的激活需要啟動和激活兩個信號。啟動：在病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）的刺激下，Toll樣受體激活NF-

κ

B 通路，增加NLRP3、IL-1

β

前體蛋白（Pro-IL-1

β

）的表達。激活：繼續(xù)在PAMPs、DAMPs 和其他危險信號的刺激下，NLRP3、ASC 和pro-Caspase-1 三者進行組裝，形成具有活性的NLRP3 炎癥小體，然后釋放出活化的Caspase-1?；罨腃aspase-1 對無活性的促炎細胞因子 pro-IL-1

β

、IL-18 前體蛋白（pro-IL-18）進行切割加工，使其轉化為成熟的促炎細胞因子IL-1

β

、IL-18。此外，活化的Caspase-1 還作用于焦亡蛋白，使其產生具有打孔特性的N 端結構域，N 端結構域與細胞磷脂雙分子層結合，使細胞膜形成蜂窩狀的孔洞，釋放大量的促炎細胞因子IL-1

β

、IL-18，從而產生炎癥風暴，介導細胞焦亡。

2 NLRP3 與心血管疾病

NLRP3 廣泛表達于髓系細胞，如樹突細胞、單核/巨噬細胞和中性粒細胞。此外，樹突細胞、單核/巨噬細胞和中性粒細胞及一些其他免疫細胞常常在心臟發(fā)揮作用，而巨噬細胞占免疫細胞的70%以上。其他非免疫細胞，如內皮細胞和心臟成纖維細胞也屬于心臟天然免疫的重要參與者。這些細胞和心肌細胞中的NLRP3 炎癥小體激活啟動炎癥反應，在動脈粥樣硬化、心肌缺血再灌注損傷（MIRI）和不同病因的心力衰竭（HF）中起重要作用。

2.1 NLRP3 與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是MIRI 的主要原因，是一種血管病理過程，發(fā)病機制復雜，主要由遺傳、環(huán)境和全身因素共同作用。動脈粥樣硬化主要特征包括內皮損傷，脂蛋白聚集，單核細胞黏附、遷移及分化為巨噬細胞和泡沫細胞，平滑肌細胞募集和增殖。誘發(fā)動脈粥樣硬化的因素包括吸煙，高脂肪飲食，高血壓和缺乏運動引起的超重或肥胖。諸多研究表明，NLRP3 炎癥小體在動脈粥樣硬化的病理過程中具有重要作用。

內皮損傷或內膜完整性喪失是動脈粥樣硬化的第一步。吸煙是動脈粥樣硬化的主要危險因素之一。尼古丁增加NLRP3 和ASC 的表達，并觸發(fā)主動脈內皮細胞中的NLRP3 炎性小體激活和內皮細胞焦亡。污染是NLRP3 炎性小體激活介導的內皮損傷的另一個重要原因。丙烯醛和鎘這兩種常見的環(huán)境污染物同樣會提高NLRP3炎性小體的表達，導致內皮損傷。據(jù)報道NLRP3 炎性小體與代謝病引起的內皮損傷有關，包括氧化低密度脂蛋白（Ox-LDL）和膽固醇等脂質的異常吸收。Ox-LDL 以劑量依賴的方式上調血管內皮細胞NLRP3、Caspase-1 和IL-1

β

的蛋白水平，介導內皮細胞焦亡。進一步的研究表明，Ox-LDL 通過改善線粒體功能和阻斷NF-

κ

B 通路來抑制甲基胞嘧啶雙加氧酶2（TET2）的活性，從而顯著降低Caspase-1、NLRP3 和IL-1

β

的表達?？偠灾姸嗟难芯勘砻髟贛IRI 的發(fā)病機制中NLRP3 炎癥小體發(fā)揮著關鍵作用，因此NLRP3-Caspase-1 信號通路軸的研究可作為治療動脈粥樣硬化引起MIRI 的一個潛在的靶點。

2.2 NLRP3 與心肌缺血再灌注損傷

大多數(shù)MIRI 病例涉及繼發(fā)性阻塞性動脈粥樣硬化血管疾病的血液供應減少。雖然早期再灌注可減輕心臟損傷，但晚期再灌注會激活NLRP3炎癥小體，加重MIRI。研究表明抑制NLRP3 炎癥小體可明顯減輕心肌缺血再灌注損傷，減小心肌梗死面積。Caspase-1 抑制劑VX-765 對大鼠急性心肌梗死有很強的保護作用，VX-765 可使大鼠心肌梗死面積縮小至（29.2±4.9）%，而未用VX-765 的心肌梗死面積為（60.3±3.8）%。此外，VX-765 可降低血清中IL-1 水平，保持線粒體復合體Ⅰ酶的活性，并抑制心臟乳酸脫氫酶的釋放。

2.2.1 心臟NLRP3 炎癥小體的初始激活位點成纖維細胞 心臟纖維化是許多心臟病理生理狀況的一個共同特征，細胞焦亡和炎癥是心臟成纖維化的重要過程之一。心臟成纖維細胞是MIRI 中炎癥激活的最初部位，其中NLRP3 炎癥小體的激活被認為是MIRI 的關鍵。在缺氧復氧刺激下心臟成纖維細胞會分泌大量IL-1

β

，誘導NLRP3炎癥小體活化，這種活化作用由心臟成纖維細胞K外流和活性氧（ROS）生成所介導。Sandanger等研究表明，在大鼠非再灌注模型中，左心室心臟成纖維細胞中的NLRP3、IL-1

β

和IL-18 表達升高。心臟中主要細胞群為成纖維細胞群，可參與調節(jié)心肌纖維化、修復和重構的過程。2.2.2 NLRP3 炎癥介導的心肌缺血再灌注損傷的關鍵分子TXNIP NLRP3 炎性小體介導的MIRI的關鍵分子是硫氧還蛋白（TRX）相互作用蛋白（TXNIP），在MIRI 過程中，心肌組織中TXNIP水平升高；免疫沉淀實驗顯示TXNIP 與NLRP3 具有直接相互作用關系，

TXNIP

基因敲除降低了小鼠心肌組織中NLRP3 的表達和梗死面積。研究表明，MIRI 可刺激心肌微血管內皮細胞（CMECs）的NLRP3 炎癥體激活，但對心肌細胞無明顯影響；

TXNIP

基因敲除可抑制CMECs 的NLRP3 炎癥體激活；ROS 刺激可激活TXNIP 介導的NLRP3 炎癥小體，而這種作用可被ROS 清除劑EUK134.45 抑制。激活蛋白C（APC）通過抑制凋亡、調控NLRP3 炎癥，對MIRI 發(fā)揮心臟保護作用。體內研究表明MIRI 經(jīng)APC 治療梗死范圍顯著縮小，NLRP3 炎癥小體的表達水平降低。心臟成纖維細胞、心肌細胞和巨噬細胞的體外實驗表明，APC通過蛋白酶激活受體1 和雷帕霉素復合物靶點1 信號通路全面抑制NLRP3 炎性小體的激活。由此可見，NLRP3 炎癥小體的作用機制復雜多樣，在不同細胞中有不同的機制表現(xiàn)。

2.3 NLRP3 與充血性心力衰竭

HF 通常指充血性心力衰竭，是許多心臟疾病的最后階段。多種因素引起的心肌病和心肌炎是HF 的特殊病因。NLRP3 炎癥小體在HF 的發(fā)生、發(fā)展和預后中起重要作用。一項涉及54名HF 患者的臨床試驗報道顯示，運動組與對照組相比，ASC 甲基化增加，血漿IL-1

β

和ASC mRNA 水平降低，提示運動通過對ASC 的表觀遺傳調節(jié)改善HF。此外，心臟重構和纖維化是HF 發(fā)生的主要機制，NLRP3 炎性小體在其中同樣起著至關重要的作用。2.3.1 壓力負荷引起的心力衰竭 鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ

δ

（CaMK Ⅱ

δ

）在HF 發(fā)病機制中起重要作用。在HF 期間，NLRP3 炎癥小體激活CaMK Ⅱ

δ

，這種CaMK Ⅱ

δ

激活主要發(fā)生在血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ）輸注的早期，巨噬細胞明顯募集之前。

NLRP3

基因敲除或MCC950介導的NLRP3 炎癥小體抑制作用可減輕心臟缺血引起的炎癥，主要表現(xiàn)為Ang Ⅱ輸注過程中巨噬細胞聚集和纖維化減少，這與CaMK Ⅱ

δ

缺失的效果相似。另一項研究發(fā)現(xiàn)，心肌細胞中CaMK Ⅱ

δ

缺失可減輕壓力負荷引起的CD68、IL-1

β

和IL-18 等細胞因子的累積。從心肌細胞特異性CaMK Ⅱ

δ

缺失和主動脈縮窄（TAC）的小鼠分離的心肌細胞顯示NLRP3 水平、Caspase-1 活性和IL-18 活性降低，表明壓力負荷時CaMK Ⅱ

δ

誘導了NLRP3 炎癥小體的激活。有報道稱TET2 的突變可促進HF，TET2缺乏可增加IL-1

β

的表達，誘導NLRP3 激活加速HF，而MCC950 治療可顯著抑制HF 的發(fā)生。2.3.2 心肌病和心肌炎引起的心力衰竭 心肌病和心肌炎可誘發(fā)HF，而NLRP3 炎癥體參與其中。由于糖尿病的高發(fā)病率特點，糖尿病性心肌病的患者正在迅速增加。NLRP3 炎癥體可介導果糖對大鼠心肌細胞的細胞毒作用。此外，果糖處理的H9c2 細胞中CD36、TLR4、TLR6、NLRP3、IL-1

β

、Smad 2/3 磷酸化和Smad 4 表達增加，而

NLRP3

基因敲除則顯著減輕果糖所致的大鼠心臟炎癥和纖維化。H3 松弛素是一種活性肽，在高葡萄糖條件下能顯著抑制心肌細胞中的 NLRP3 炎癥激活和膠原蛋白合成。此外，ROS 的過量生產和配體門控離子通道7 在NLRP3介導的高糖誘導的纖維化過程中起著至關重要的作用。利用糖尿病心肌病動物模型進行的基因敲除實驗表明，非編碼RNA 如miRNA-30d 和lncRNA Kcnq1ot1，分別在介導NLRP3 激活和細胞焦亡中起重要作用。多種病原體，包括細菌、病毒和寄生蟲會導致心臟病。柯薩奇病毒B3（CVB3）引起的心肌炎是最常見和最重要的感染性心臟病。NLRP3 炎癥小體與CVB3 誘導的心肌炎密切相關。IL-1

β

、Caspase-1和ASC 在感染后的前7 d 持續(xù)升高。而使用抑制劑抑制Caspase-1 或使用中和抗體阻斷IL-1

β

/caspase-1途徑會降低心肌酶活性，改善心功能，提高存活率。在HF 的發(fā)展過程中，體內的NLRP3 炎癥小體通過上調Caspase-1、IL-1

β

及IL-18 等多種炎癥因子，誘發(fā)一系列炎癥反應，促使離子通道功能異常，進而誘發(fā)心律失常。提示沉默

NLRP3

基因，可降低NLRP3 的表達從而達到治療心血管疾病的目的，但還需要進一步的研究證實。

3 以NLRP3 炎癥小體為靶點治療心血管疾病的藥物

盡管有各種治療方案可供選擇，但心血管疾病仍是一個嚴重的健康問題。目前心血管疾病治療的一個新方向便是NLRP3 炎癥小體。針對NLRP3 炎癥小體的心血管疾病治療藥物可分為化學藥物和天然藥物兩類。

3.1 化學藥物

別嘌呤醇是一種黃嘌呤氧化酶抑制劑，主要用于痛風治療，它通過抑制NLRP3 炎癥小體的激活，減少心臟炎癥和纖維化，從而改善果糖誘導的代謝綜合征的心臟損傷。秋水仙堿通過調節(jié)NLRP3 炎癥小體，顯著減輕心臟炎癥，提高存活率，并防止心肌梗死發(fā)展為慢性心力衰竭。二甲雙胍和恩格列凈這兩種抗糖尿病藥物均可以抑制NLRP3 炎癥小體，減緩糖尿病心肌病的發(fā)展，但機制不同，二甲雙胍促進AMPK磷酸化，而恩格列凈抑制sGC-cGMP-PKG 通路。吡非尼酮作為第一個用于治療特發(fā)性肺纖維化的小分子藥物，通過抑制NLRP3 炎癥小體的形成來減少心肌纖維化和心室重構。代謝調節(jié)劑他汀類藥物靶向調節(jié)OxLDL 誘導的內皮細胞NLRP3 炎癥小體激活，對心臟具有保護作用。MCC 950 是一種NLRP3 炎癥抑制劑，能特異性阻斷NLRP3 炎癥小體的激活，而不影響其他炎癥小體，不僅在研究中得到了廣泛的應用，而且具有潛在的臨床應用價值。這些藥物都能靶向作用于NLRP3 炎癥小體，通過改善新陳代謝、減輕炎癥，起到保護心血管系統(tǒng)的作用。

3.2 天然藥物

芥子酸是一種從傳統(tǒng)中藥中分離出來的化合物，在體外和體內動脈粥樣硬化模型中都能減輕NLRP3 炎癥小體的激活和表達。冠心寧是一種廣泛用于各種心血管疾病的B 類保護性中藥復方，它可以抑制中性粒細胞在心肌中的浸潤，改善心功能，降低Caspase-1 活性和IL-1

β

的水平。腦心通對MIRI 具有相似的作用。大黃素通過抑制心肌細胞松弛發(fā)揮抗炎作用，并通過TLR4/MyD88/NF-

κ

B/NLRP3 炎癥小體途徑減輕MIRI。肉桂醛通過CD 36 介導的TLR 4/6-IRAK 4/1信號通路抑制NLRP3 炎癥小體的激活，從而降低果糖對心肌的細胞毒性作用。云芝作為一種具有藥用價值的食用菌，通過抑制糖尿病大鼠模型的NLRP3 炎癥小體和TGF

β

1/Smad 信號通路，顯著改善心臟炎癥和纖維化。天然藥物可通過調節(jié)NLRP3 炎癥小體抑制心血管疾病的發(fā)展。

4 結語

綜上所述，心血管疾病受多種因素共同影響，且發(fā)病機制較為復雜。NLRP3 炎癥小體的活化效應對心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過程具有重要影響。抑制NLRP3 炎癥小體相關信號通路的蛋白表達，降低Caspase-1、IL-1

β

和IL-18 等細胞因子水平，可減輕心血管疾病中的炎癥，有效發(fā)揮心肌保護作用。目前，大多數(shù)治療心血管的藥物傾向于靶向干預NLRP3 炎癥小體以及下游基因的表達，但是臨床研究尚少，且NLRP3 炎癥小體在心血管疾病中的作用機制尚未完全闡明。