NLRP3炎性小體在變應(yīng)性鼻炎中的作用

蘆文俊，范博雅，王剛，吳瑋

(1.北京大學(xué)解放軍306醫(yī)院教學(xué)醫(yī)院，北京 100101；2.戰(zhàn)略支援部隊(duì)特色醫(yī)學(xué)中心 耳鼻咽喉頭頸外科，北京 100101；3.國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境感官應(yīng)激與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis,AR)是一種以免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)介導(dǎo)的多種免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)等參與的鼻黏膜非感染性炎性反應(yīng)性疾病，主要臨床表現(xiàn)為鼻塞、流清水樣鼻涕、陣發(fā)性噴嚏和/或鼻癢[1]。AR的患病率為10%～40%，為上呼吸道常見病、多發(fā)病和長期慢性病[2]。AR發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前普遍認(rèn)同的致病機(jī)理是：特應(yīng)性個體抵抗外界環(huán)境因素中的吸入性變應(yīng)原，驅(qū)動Th2(T helper 2)細(xì)胞介導(dǎo)特異性IgE高表達(dá)的鼻腔黏膜變應(yīng)性炎癥反應(yīng)[3]。炎性反應(yīng)在AR的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中貫穿始終。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎性小體通過活化半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)，介導(dǎo)白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)和白介素18(interleukin-18,IL-18)水平升高，活化炎性細(xì)胞并促進(jìn)多種炎癥細(xì)胞因子表達(dá)，通過瀑布式級聯(lián)反應(yīng)不斷強(qiáng)化炎性損傷效應(yīng)，可加劇AR的發(fā)生發(fā)展[4-5]。本文綜述了NLRP3炎性小體在AR的發(fā)生發(fā)展過程中的作用及調(diào)控機(jī)制，和適用于AR治療的NLRP3炎性小體信號通路中相關(guān)蛋白抑制劑。

1 NLRP3炎性小體的組成及激活機(jī)制

NLRP3炎癥小體是由銜接分子凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)、半胱氨酸蛋白酶caspase-1前體蛋白(procaspase-1)和NOD樣受體家族成員NLRP3蛋白組成的大分子蛋白復(fù)合物[6]。其中，NLRP3作為核心蛋白，是一個重要的細(xì)胞內(nèi)模式識別受體，被病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和宿主來源的損傷信號相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)激活后，參與外源性抗原的識別及適應(yīng)性免疫反應(yīng)的啟動，對潛在危害性刺激作出響應(yīng)[7]。NLRP3炎性小體與感染性疾病、腸道炎性疾病、神經(jīng)退行性疾病、動脈粥樣硬化、2型糖尿病、痛風(fēng)以及自身免疫性疾病等密切相關(guān)[8]。

NLRP3蛋白在大多數(shù)情況下處于自身抑制狀態(tài)，其C端亮氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域通過結(jié)合泛素連接酶相關(guān)蛋白與分子伴侶熱休克蛋白90結(jié)合，抑制NLRP3的活化[9]。當(dāng)上游傳感器監(jiān)測到DAMPs和/或PAMPs后，靜止的NLRP3蛋白發(fā)生寡聚化改變，與接頭蛋白ASC適配并招募procaspase-1形成NLRP3炎性小體的復(fù)合體形式，進(jìn)而活化下游的效應(yīng)細(xì)胞因子IL-1β和IL-18，激活I(lǐng)L受體信號級聯(lián)反應(yīng)，參與機(jī)體對病原體的識別與清除以及引發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng)，在機(jī)體固有免疫系統(tǒng)中起重要作用[10]。

對于NLRP3炎性小體的激活需要兩種信號類型，即預(yù)激和活化。預(yù)激信號(信號1)由一系列DAMPs和PAMPs等信號與Toll樣受體結(jié)合后介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)的表達(dá)，在轉(zhuǎn)錄水平誘導(dǎo)前體白介素-1β(pro-IL-1β)的表達(dá)并上調(diào)NLRP3蛋白，調(diào)控NLPR3蛋白的泛素化和磷酸化等翻譯后修飾；激活信號(信號2)由多種刺激劑觸發(fā)，包括細(xì)胞外ATP、成孔毒素、RNA病毒、結(jié)晶和環(huán)境污染顆粒物等，促使細(xì)胞內(nèi)鉀離子外流、溶酶體破裂、鈣離子動員、線粒體功能障礙和活性氧的生成等進(jìn)而激活NLRP3炎性小體，導(dǎo)致NLRP3蛋白寡聚化、ASC聚類和procaspase-1的募集，促進(jìn)NLRP3炎性小體的組裝，使效應(yīng)蛋白caspase-1由無活性的前體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為有活性的成熟狀態(tài)，裂解gasdermin D(GSDMD)介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，促進(jìn)pro-IL-1β、pro-IL-18的成熟和釋放，打破宿主內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)發(fā)生[11-13]。

2 NLPR3炎性小體在AR中的作用

鼻黏膜免疫系統(tǒng)是機(jī)體呼吸道防御吸入性病原體的首道防線[14]。當(dāng)AR患者鼻黏膜上皮與吸入性變應(yīng)原相接觸時，不斷增多的Th2細(xì)胞促進(jìn)IgE的產(chǎn)生，介導(dǎo)多種炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子及免疫細(xì)胞參與鼻黏膜上皮細(xì)胞的炎癥性反應(yīng)，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞收縮、血管通透性增加和黏液腺體分泌增加，表現(xiàn)出鼻塞、流涕等一系列鼻部癥狀[15]。炎性反應(yīng)是AR的主要病理變化。

NLRP3炎性小體參與炎性細(xì)胞的募集、促炎細(xì)胞因子的釋放和炎癥反應(yīng)的誘導(dǎo)，它的活化可以促進(jìn)鼻黏膜上皮細(xì)胞中IL-18、IL-1β的分泌，啟動炎癥反應(yīng)，與各自的受體結(jié)合后激活NF-κB等細(xì)胞間分子信號通路，活化炎性細(xì)胞并促進(jìn)多種炎癥細(xì)胞因子表達(dá)，通過瀑布式級聯(lián)反應(yīng)不斷強(qiáng)化炎性損傷效應(yīng)[4-5,16]。Yang等[17]通過建立AR小鼠模型進(jìn)行在體實(shí)驗(yàn)研究，檢測示小鼠鼻腔盥洗液中IL-1β表達(dá)升高，鼻黏膜中NLRP3相關(guān)蛋白ASC，caspase-1和IL-1β的表達(dá)均增加，表明NLRP3炎性小體的激活可能在AR的發(fā)生發(fā)展中起一定作用；該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對NLRP3-/-基因敲除鼠進(jìn)行卵清蛋白(ovalbumin,OVA)造模誘導(dǎo)AR的發(fā)生，可見基因敲除鼠相較于正常AR模型小鼠，AR癥狀緩解，鼻甲黏膜上皮細(xì)胞中NLRP3、IL-1β和caspase-1的表達(dá)減少，促炎細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生減少，說明抑制NLRP3炎癥小體的表達(dá)可減輕鼻黏膜炎性反應(yīng)，延緩AR進(jìn)展。同樣有研究表明，AR患者外周血中NLRP3 mRNA表達(dá)顯著上調(diào)[18]。以上提示NLRP3炎性小體與AR的發(fā)生發(fā)展有著密切相關(guān)。

2.1 NLRP3炎性小體活化caspase-1促進(jìn)AR

NLRP3炎性小體活化后誘導(dǎo)caspase-1的聚集及自催化，一方面剪切活化IL-1β及IL-18等炎性因子，另一方面成熟的caspase-1釋放可介導(dǎo)一種與炎癥相關(guān)的特定類型的細(xì)胞程序性死亡——細(xì)胞焦亡[19]。由caspase-1介導(dǎo)的經(jīng)典焦亡途徑切割細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵效應(yīng)分子GSDMD，與細(xì)胞膜上的脂質(zhì)分子形成孔道破壞細(xì)胞膜完整性，允許離子滲透和消散細(xì)胞離子濃度梯度，引起細(xì)胞內(nèi)滲透壓失衡、水分流入和細(xì)胞膨脹，最終造成細(xì)胞解體[20]。GSDMD依賴的細(xì)胞焦亡具有高度促炎特性，誘導(dǎo)細(xì)胞腫脹裂解后引發(fā)胞內(nèi)促炎物質(zhì)外泄，導(dǎo)致嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)，同時具有凋亡和壞死的特性，是機(jī)體抵御外界病原體和細(xì)菌感染的重要防護(hù)措施[21]。魏亞寧等[4]研究發(fā)現(xiàn)AR小鼠鼻黏膜上皮細(xì)胞中GSDMD和caspase-1 p20蛋白水平顯著上調(diào)，而在NLRP3基因敲除后的AR模型小鼠中，GSDMD和caspase-1 p20蛋白表達(dá)明顯下調(diào)，AR癥狀顯著緩解，提示NLRP3炎性小體活化后可通過caspase-1誘導(dǎo)鼻黏膜上皮細(xì)胞焦亡，參與AR的發(fā)生發(fā)展過程。多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證通過抑制caspase-1的表達(dá)可緩解AR的進(jìn)展[22-23]。

2.2 NLRP3炎性小體誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子促進(jìn)AR

作為NLRP3炎性小體的下游效應(yīng)產(chǎn)物，細(xì)胞因子IL-1β和IL-18均屬于IL-1家族成員，在受到多種因素，包括微生物、內(nèi)毒素、其他細(xì)胞因子和抗原等的刺激后，主要由單核巨噬細(xì)胞分泌，可刺激單核細(xì)胞及促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞募集、脫顆粒，作用于巨噬細(xì)胞表達(dá)、促炎細(xì)胞因子激活和調(diào)節(jié)趨化因子表達(dá)，具有啟動和維持AR炎癥反應(yīng)的作用[24]。

IL-1β是一種高效的促炎細(xì)胞因子，在應(yīng)對感染性、有害性或細(xì)胞損傷性刺激的急性炎癥反應(yīng)中起重要作用，在組織受損后的早期即可高表達(dá)參與誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，促進(jìn)B細(xì)胞增殖并增加IgE的合成，促進(jìn)Th17細(xì)胞增生分化，增強(qiáng)Th2免疫應(yīng)答和募集嗜酸性粒細(xì)胞[25]。Han等[26]研究發(fā)現(xiàn)在AR患者血清中IL-1β水平較健康志愿者顯著升高，且與AR嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，提示IL-1β可作為AR的生物標(biāo)志物。顧曉等[27]研究示IL-1β通過介導(dǎo)JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路下游相關(guān)蛋白磷酸化參與AR大鼠鼻黏膜上皮組織重塑過程，表明IL-1β參與AR的病理變化過程。抑制IL-1β表達(dá)可減輕AR炎癥反應(yīng)作用,阻斷IL-1β可能是預(yù)防和治療AR的潛在策略療法[28]。

IL-18具有募集炎性細(xì)胞和刺激肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞脫顆粒的特性，激活Th2細(xì)胞，介導(dǎo)多種促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，促進(jìn)IgE產(chǎn)生和同型轉(zhuǎn)換，從而促進(jìn)AR的發(fā)生發(fā)展[29]。對AR患者鼻腔分泌物檢測發(fā)現(xiàn)IL-18持續(xù)上調(diào)與AR的持續(xù)性炎癥反應(yīng)相關(guān)[24]。一項(xiàng)對IL-18基因單核苷酸多態(tài)性(SNP)對AR影響的Meta分析驗(yàn)證IL-18增加AR的致敏性和發(fā)病風(fēng)險[30]。Tworek等[31]對AR患者應(yīng)用氯雷他定抗過敏治療后血清IL-18水平降低，AR癥狀有效緩解，提示抑制IL-18的表達(dá)可作為治療AR的新思路。以上研究表明，IL-1β及IL-18作為NLRP3炎性小體的下游效應(yīng)因子在介導(dǎo)AR的病理進(jìn)展中作用不容忽視。

3 NLRP3炎性小體信號通路可能作為AR的治療靶點(diǎn)

人體和實(shí)驗(yàn)動物得出的結(jié)果一致表明NLRP3炎癥小體的激活對AR的啟動和加劇起促進(jìn)作用，NLRP3炎性小體及其下游效應(yīng)蛋白通過多種機(jī)制參與AR的炎癥反應(yīng)過程，對AR的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。因此可將NLRP3炎性小體作為AR治療的一個分子靶點(diǎn)，針對NLRP3炎性小體相關(guān)信號通路的抑制劑有望能夠減輕炎癥反應(yīng)，延緩AR進(jìn)程。

3.1 NLRP3蛋白抑制劑

MCC950作為選擇性NLRP3炎性小體抑制劑，被發(fā)現(xiàn)可通過抑制氯離子外流阻礙ASC斑點(diǎn)寡聚化和caspase-1激活，從而特異性地抑制NLRP3炎性小體的組裝活化[32]。Zhang等[33]應(yīng)用MCC950作用于OVA誘發(fā)的AR小鼠，小鼠出現(xiàn)明顯噴嚏及撓鼻癥狀的頻率下降，鼻腔盥洗液中嗜酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等炎性細(xì)胞數(shù)量減少，鼻黏膜上皮細(xì)胞中caspase-1、ASC、IL-1β和IL-18表達(dá)降低，血清中特異性IgE、組胺和白三烯水平下降；李儒佑等[34]應(yīng)用重組干擾素γ活化誘導(dǎo)型一氧化氮合酶合成細(xì)胞內(nèi)具有促炎特性的NO，從而導(dǎo)致NLRP3蛋白亞硝基化改變，進(jìn)而阻礙炎癥復(fù)合體的裝配，可見大鼠鼻黏膜中NLRP3、ASC和caspase-1表達(dá)下降，鼻腔盥洗液中IL-1β和血清中IgE濃度顯著低于AR組；Xiao等[35]應(yīng)用microRNA-133b靶向抑制NLRP3蛋白的表達(dá)，同樣降低了AR小鼠血液中IgE的含量，鼻黏膜中的caspase-1、ASC、IL-18和IL-1β表達(dá)減少，并大大減輕了其病理變化以及鼻黏膜的嗜酸性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞浸潤。以上提示抑制NLRP3炎性小體的表達(dá)對AR有明顯的炎性調(diào)控和治療作用。

3.2 caspase-1抑制劑

Belnacasan和YVAD是兩種caspase-1抑制劑，阻斷NLRP3炎性小體下游效應(yīng)蛋白的活化。Yang等[17]將Belnacasan鼻腔給藥作用于AR小鼠，也可見小鼠AR癥狀改善，小鼠鼻黏膜中促炎性細(xì)胞因子、趨化因子和嗜酸性粒細(xì)胞相關(guān)蛋白的表達(dá)均降低。Li等[16]將caspase-1抑制劑(YVAD)預(yù)處理人鼻上皮細(xì)胞后暴露于花粉環(huán)境中，可見NLRP3蛋白活性降低，IL-1β的表達(dá)水平顯著下降。此外，多種藥物也可通過抑制caspase-1的表達(dá)發(fā)揮抗炎作用。紫董醇靈堿是一種廣泛用于治療上呼吸道感染的中醫(yī)藥苦地丁內(nèi)的生物堿成分，可通過降低caspase-1的基因表達(dá)，抑制NF-κB的激活，緩解鼻炎癥狀并抑制相關(guān)炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用的機(jī)制[22]。

3.3 IL-1β抑制劑

IL-1β作為NLRP3炎性小體下游產(chǎn)物，是局部炎癥反應(yīng)的啟動和維持過程中的關(guān)鍵介質(zhì)。Zhang等[36]將IL-1β抑制劑(IL-1Ra)鼻內(nèi)應(yīng)用于OVA誘發(fā)的AR小鼠，可有效緩解AR癥狀，阻礙炎性細(xì)胞浸潤，降低多種炎性細(xì)胞因子和IgE表達(dá)水平。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，NLRP3炎性小體作為一系列炎性反應(yīng)的核心，對AR的發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵的作用，調(diào)控NLRP3炎性小體的表達(dá)可以延緩AR的病理進(jìn)程，因此，有望將NLRP3炎癥小體作為AR治療的潛在新靶點(diǎn)。但其具體參與AR發(fā)生發(fā)展的作用機(jī)制以及其上游調(diào)控組裝機(jī)制仍待進(jìn)一步闡明，如何利用相關(guān)效應(yīng)蛋白抑制劑指導(dǎo)臨床實(shí)踐還需進(jìn)一步研究。將來在此方向上的深入研究不僅有助于加深對AR的認(rèn)識，也有利于發(fā)掘更多的潛在性治療方案，為臨床治療此疾病指明新方向。