糖尿病血管老化過程中調(diào)控NLRP3 炎癥小體活性的信號(hào)通路研究進(jìn)展

王鈺瀅，崔德芝

1 山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南 250355；2 山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科

血管鈣化與硬化是血管衰老的顯著特征，是糖尿病血管并發(fā)癥的重要病因［1］。全身及局部的慢性無菌性炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及線粒體功能障礙等多種機(jī)制誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衰老，共同影響血管的生理功能，其中炎癥反應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致血管老化的主要因素。研究顯示，糖尿病患者普遍存在微炎性狀態(tài)，炎癥反應(yīng)長期作用于血管內(nèi)壁，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能障礙，促進(jìn)血管老化的進(jìn)程。炎癥小體是由胞質(zhì)內(nèi)模式識(shí)別受體參與組裝的多蛋白復(fù)合物，活化炎癥小體是引發(fā)先天性免疫反應(yīng)與炎癥反應(yīng)的重要途徑。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3）是由受體蛋白NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC）和半胱氨酸天冬氨酸酶1（Caspase-1）前體組成的多蛋白復(fù)合物［2］，是目前研究最廣泛的炎癥小體。NLRP3 炎癥小體在體內(nèi)外刺激的作用下被激活，廣泛參與機(jī)體炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答、細(xì)胞凋亡過程，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞在糖尿病內(nèi)環(huán)境下的衰老與死亡。NLRP3 炎癥小體在糖尿病誘導(dǎo)的血管衰老和血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡中起關(guān)鍵作用，其通過觸發(fā)糖尿病無菌性炎癥狀態(tài)，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞損傷與凋亡；同時(shí)抑制負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，延長病程，加重糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生。在糖尿病性血管老化過程中，調(diào)控NLRP3 炎癥小體活性的調(diào)節(jié)信號(hào)通路可分為促進(jìn)激活與抑制激活兩類，通過干預(yù)NLRP3 炎癥小體的啟動(dòng)、激活與分泌，雙向調(diào)節(jié)NLRP3 炎癥小體的活性功能狀態(tài)，多方面參與糖尿病性血管老化的病理進(jìn)程?，F(xiàn)將糖尿病性血管老化過程中調(diào)控NLRP3 炎癥小體活性的信號(hào)通路研究進(jìn)展綜述如下。

1 促進(jìn)NLRP3炎癥小體激活的信號(hào)通路

NLRP3 炎癥小體的經(jīng)典活化機(jī)制包括離子通道開放、活性氧過度生成、線粒體功能障礙、溶酶體溶解［3］。近年研究發(fā)現(xiàn)，多種激酶類調(diào)節(jié)因子，包括雙鏈核糖核酸依賴的蛋白激酶、鳥苷酸結(jié)合蛋白5以及有絲分裂相關(guān)蛋白激酶7 等，可以與NLRP3 在上游進(jìn)行靶向結(jié)合而直接激活NLRP3 炎癥小體［4］。糖尿病環(huán)境下，NLRP3 炎癥小體的活化主要通過激活核因子κB（NF-κB）、活性氧簇（ROS）/硫氧還蛋白互作蛋白（TXNIP）信號(hào)通路誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞老化的發(fā)生［5］。

1.1 NF-κB信號(hào)通路 NF-κB是以p50/p65異二聚體脫氧核糖核酸結(jié)合蛋白復(fù)合物為結(jié)構(gòu)的多功能轉(zhuǎn)錄因子，NF-κB 介導(dǎo)的信號(hào)通路是引起慢性炎癥反應(yīng)的經(jīng)典通路之一。NF-κB可通過調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)性基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)介導(dǎo)炎性反應(yīng)。NF-κB激活可引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷并激活p53、p21 等目的基因調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞及內(nèi)皮祖細(xì)胞的凋亡和增殖，這一過程最終將加速血管老化。既往研究表明，NF-κB 與NLRP3 炎癥小體交互作用，可增加糖尿病微血管疾病的發(fā)病率。內(nèi)源性或外源性刺激信號(hào)調(diào)節(jié)NF-κB 信號(hào)通路，使NF-κB 的結(jié)合亞基p50 激活NLRP3 的啟動(dòng)子，在轉(zhuǎn)錄水平刺激巨噬細(xì)胞NLRP3 表達(dá)，從而有效激活NLRP3 炎癥小體［6］。因此，抑制NF-κB 通路可減少NLRP3 的生成與Caspase-1 的裂解，減少IL-1β、IL-18 的生成與分泌，抑制炎癥反應(yīng)，從而降低糖尿病性血管老化的風(fēng)險(xiǎn)。

Toll樣信號(hào)通路（TLRs）是表達(dá)最廣泛的模式識(shí)別受體，通過TLRs 途徑介導(dǎo)的磷酸化NLRP3 是激活NLRP3 炎癥小體的開關(guān)，NLRP3 磷酸化可以調(diào)節(jié)TLRs/NF-κB 信號(hào)的傳導(dǎo)，在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)節(jié)NLRP3 的激活。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是細(xì)胞生長和增殖的重要調(diào)節(jié)因子，參與衰老調(diào)控和機(jī)體代謝等過程，高葡萄糖以時(shí)間依賴性方式誘導(dǎo)mTOR 磷酸化，促進(jìn)NF-κB 信號(hào)傳遞。研究顯示，mTOR 信號(hào)途徑的調(diào)控異常與細(xì)胞衰亡密切相關(guān)，mTOR 抑制劑可以通過靶向抑制NF-κB信號(hào)通路來改善高葡萄糖誘導(dǎo)的NLRP3 炎癥小體活化［7］，表明mTOR 可以通過NF-κB 途徑調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，上調(diào)NLRP3 炎癥小體的表達(dá)。

近年來，已發(fā)現(xiàn)有多種藥物通過抑制NF-κB 信號(hào)通路減輕糖尿病血管病變的損害程度。甘草素可以抑制汞誘導(dǎo)的NF-κB 和NLRP3 炎癥小體通路的激活，減輕高血糖誘導(dǎo)的炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞外基質(zhì)積聚，可能成為預(yù)防糖尿病血管并發(fā)癥進(jìn)展的有效藥物［8］。紅景天苷能夠通過抑制NF-κB p65 介導(dǎo)的NLRP3 炎癥小體活化來緩解血管內(nèi)皮的炎癥和氧化應(yīng)激［9］。芍藥苷作用于糖尿病足潰瘍大鼠體內(nèi)的趨化因子受體，可抑制NF-κB 介導(dǎo)的NLRP3 炎癥小體活化，降低炎癥反應(yīng)，促進(jìn)血管新生，有助于傷口愈合，是糖尿病足的潛在治療用藥［10］。

1.2 ROS/TXNIP 信號(hào)通路 持續(xù)氧化應(yīng)激和無菌性炎癥的相互作用是糖尿病性血管老化發(fā)病機(jī)制的主要決定因素。在糖尿病環(huán)境中，慢性高血糖引起ROS過度生成，自由基過度蓄積損傷血管結(jié)構(gòu)，促進(jìn)氧化應(yīng)激的發(fā)生，是糖尿病血管并發(fā)癥的主要誘發(fā)因素。TXNIP是硫氧還蛋白氧化還原系統(tǒng)的內(nèi)源性抑制劑，是連接內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎癥和凋亡的重要分子。ROS 過表達(dá)促進(jìn)TXNIP 與NLRP3 的結(jié)合，引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)［11］。MOHAMED 等［12］通過觀察胰島素抵抗大鼠，提出ROS/TXNIP 表達(dá)增強(qiáng)在誘導(dǎo)細(xì)胞促炎因子的生成與分泌中起關(guān)鍵作用，可引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞微炎癥狀態(tài)與微血管變形。另有研究顯示，高糖誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞中線粒體ROS 的釋放，加速NLRP3 炎癥小體的生成與活化，介導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞的功能障礙與細(xì)胞焦亡；抑制ROS/TXNIP 信號(hào)通路可有效抑制Caspase-1、IL-1β、IL-18的分泌水平［13］。

抑制或減少ROS 生成可下調(diào)TXNIP 表達(dá)，進(jìn)而有效抑制NLRP3 的激活。FATMA 等［14］報(bào)道，富馬酸二甲酯能夠抑制ROS/TXNIP/NLRP3 炎癥小體通路，從而改善糖尿病相關(guān)血管并發(fā)癥。CHEN 等［15］對(duì)糖尿病視網(wǎng)膜病變大鼠腹腔注射米諾環(huán)素，發(fā)現(xiàn)其可顯著抑制ROS 生成，降低TXNIP 表達(dá)，隨后抑制NLRP3 活化，進(jìn)一步降低炎癥因子的分泌，有效改善糖尿病大鼠視網(wǎng)膜血管的通透性，抑制視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡。這表明TXNIP/NLRP3 途徑是治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的潛在治療靶點(diǎn)。LU等［16］發(fā)現(xiàn)，維生素D3能夠減少糖尿病誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激，防止視網(wǎng)膜的血管損傷和細(xì)胞凋亡，其作用機(jī)制與抑制ROS/TXNIP/NLRP3 炎癥小體通路密切相關(guān)。ZHOU 等［17］發(fā)現(xiàn)，低濃度阿司匹林通過抑制ROS/TXNIP 通路，以劑量依賴的形式體外抑制NLRP3 炎癥小體的形成和活化，恢復(fù)血管內(nèi)皮緊密連接蛋白的表達(dá)，提示阿司匹林可通過抑制NLRP3 炎癥小體的激活來改善內(nèi)皮細(xì)胞的功能障礙。

2 抑制NLRP3炎癥小體激活的信號(hào)通路

NLRP3 炎癥小體的負(fù)向調(diào)節(jié)機(jī)制主要是阻斷炎癥小體的組裝，有些分子含有可與炎癥小體結(jié)合的相似結(jié)構(gòu)域，通過與ASC 的結(jié)合抑制NLRP3 炎癥小體復(fù)合物的組裝，抑制NLRP3 炎癥小體激活。糖尿病環(huán)境下產(chǎn)生的內(nèi)源性刺激引起非正常炎癥與自噬反應(yīng)可以誘導(dǎo)血管老化，而通過激活磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）與核因子紅細(xì)胞系2 相關(guān)因子2（Nrf2）通路可抑制NLRP3炎癥小體的活化，有效抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞老化的發(fā)生。

2.1 AMPK 信號(hào)通路 AMPK 是參與生物代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵酶蛋白，與多種代謝疾病和線粒體功能障礙疾病相關(guān)，并且影響炎癥和細(xì)胞凋亡的過程。IL-10等抗炎因子能夠激活A(yù)MPK，負(fù)向調(diào)節(jié)NF-κB 信號(hào)通路，抑制炎癥進(jìn)程。此外，AMPK 是自噬激活的經(jīng)典通路。自噬是一種真核生物特有的胞內(nèi)降解系統(tǒng)，通過參與調(diào)節(jié)炎癥小體活化和失活的過程維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。XING等［18］研究顯示，棕櫚酸等飽和脂肪酸通過AMPK-自噬—線粒體ROS 信號(hào)軸激活NLRP3炎癥小體，誘導(dǎo)IL-1β和IL-18分泌。

研究表明，激活A(yù)MPK 信號(hào)通路對(duì)糖尿病心血管并發(fā)癥和糖尿病性神經(jīng)病變有改善作用。LIAN等［19］發(fā)現(xiàn)，葛根的有效活性成分異黃酮以AMPK 依賴性方式激活自噬，抑制高血糖誘導(dǎo)激活的NLRP3炎癥小體的活性，緩解心血管內(nèi)皮細(xì)胞的連接功能障礙，對(duì)高血糖誘導(dǎo)的慢性血管疾病具有很強(qiáng)的保護(hù)作用。TANG 等［13］對(duì)高脂飲食大鼠使用丹參多酚酸B，發(fā)現(xiàn)其可調(diào)節(jié)大鼠體內(nèi)AMPK 通路，抑制由NLRP3 炎癥小體活化而誘導(dǎo)的內(nèi)皮祖細(xì)胞焦亡，認(rèn)為丹參多酚酸B是治療動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病的潛在新型藥物。

2.2 Nrf2 信號(hào)通路 Nrf2 通過調(diào)控抗氧化酶及轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。Nrf2 是內(nèi)源性抗氧化信號(hào)的核心轉(zhuǎn)錄因子，在機(jī)體氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)過程中起保護(hù)作用，上調(diào)Nrf2表達(dá)可以保護(hù)機(jī)體免受過量ROS引起的細(xì)胞損傷，抑制炎癥反應(yīng)。高糖環(huán)境了抑制Nrf2 的表達(dá)，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，老年糖尿病小鼠體內(nèi)Nrf2 表達(dá)下降，內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物學(xué)功能下降，并伴有氧化應(yīng)激增強(qiáng)、內(nèi)皮細(xì)胞衰老和功能障礙等一系列病理進(jìn)程；而促進(jìn)Nrf2表達(dá)可抑制NLRP3 炎癥小體的活化，改善氧化應(yīng)激水平，保護(hù)老年糖尿病小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞的生理活性［20］。對(duì)多種天然或合成化合物的實(shí)驗(yàn)室研究也揭示了激活Nrf2 對(duì)NLRP3 炎癥小體的活化具有抑制作用。HU 等［21］發(fā)現(xiàn)，二氫楊梅素作為一種天然的類黃酮，可通過激活Nrf2 以上調(diào)血紅素加氧酶和醌氧化還原酶1表達(dá)水平，減少ROS生成，抑制NLRP3炎癥小體活化誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞焦亡，發(fā)揮抗氧化和抗炎的生物活性，從而有效維持血管環(huán)境穩(wěn)態(tài)，改善動(dòng)脈粥樣硬化。

糖尿病血管并發(fā)癥是我國老年糖尿病患者死亡的首要原因，深入探討NLRP3 炎癥小體參與糖尿病性血管老化的發(fā)病機(jī)制及激活途徑，有助于闡明糖尿病血管并發(fā)癥的病理過程，針對(duì)上述途徑采取干預(yù)措施，是糖尿病血管并發(fā)癥預(yù)防和治療的關(guān)鍵。NLRP3 炎癥小體在糖尿病誘導(dǎo)血管老化的進(jìn)程中具有核心地位，通過多種通路交互作用，介導(dǎo)一系列細(xì)胞級(jí)聯(lián)反應(yīng)，血管老化的病理進(jìn)程。在糖尿病性血管老化的防治中，穩(wěn)定NLRP3 炎癥小體，抑制炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與細(xì)胞焦亡等均具有重要價(jià)值。根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，多種藥物或化合物可通過靶向抑制NLRP3 的激活以延緩糖尿病性血管老化的進(jìn)程，如小分子抑制劑MCC950 首次證實(shí)可直接作用于NLRP3 產(chǎn)生抑制活性，受到重點(diǎn)關(guān)注。以NLRP3 炎癥小體為核心，聚焦于血管內(nèi)皮細(xì)胞，通過抑制上下游通路的激活與抑制，針對(duì)免疫炎癥反應(yīng)進(jìn)行的靶向治療已獲得顯著成果。進(jìn)一步深入挖掘糖尿病血管老化的發(fā)病機(jī)制和炎癥小體的激活機(jī)制，能夠?yàn)樘剿魉幬锏男伦饔冒悬c(diǎn)與臨床新藥的研發(fā)提供新思路。