NLRP3炎性小體在高尿酸血癥腎病中作用的研究進展

代志新，王玉敏

1.赤峰學院附屬醫(yī)院 全科醫(yī)療科, 內蒙古 赤峰 024005；2.航天中心醫(yī)院/北京大學航天臨床醫(yī)學院 呼吸與危重癥醫(yī)學科, 北京 100049

高尿酸血癥腎病(hyperuricemic nephropathy, HN)是一種因高尿酸血癥(hyperuricemia, HU)而導致的腎臟功能異常的臨床疾病。HN是高尿酸血癥的一種臨床并發(fā)癥。HN的主要特征包括結晶性腎結石、慢性間質性腎炎和腎纖維化。尿酸(uric acid, UA)代謝失衡易導致HU。近年來，因UA代謝異常導致的HU參與HN的病理生理機制和治療研究取得了很大進展。

HU通過激活腎臟炎性反應促進HN發(fā)生，成為HN的重要發(fā)病機制。HU可通過晶體依賴的和晶體非依賴性機制誘導HN發(fā)生。HU可通過激活NLRP3(nucleotide-binding oligomerization domain leucine-rich repeat and pyrin domain-containing protein 3, NLRP3)炎性小體促進HN發(fā)生。但目前國內尚缺乏HN發(fā)病機制和治療進展方面的綜述。因此，本文闡明了與HN相關的機制方面，強調了NLRP3炎性小體激活在HN發(fā)生和發(fā)展中的作用,同時綜述了藥物靶向抑制NLRP3炎性小體激活治療HN的研究進展。本綜述表明，藥物靶向抑制NLRP3激活是HN的治療靶點。

1 高尿酸血癥腎病的發(fā)病機制

HU相關腎功能異常的關鍵發(fā)病分子機制仍不清楚，尚未完全了解。目前研究顯示，HU可通過多種機制誘導HN發(fā)生，這些機制包括直接腎損傷、誘導氧化應激、腎纖維化、內皮功能障礙和炎性發(fā)生。

1.1 尿酸誘導的直接腎損傷參與高尿酸血癥腎病發(fā)病機制

尿酸具有弱有機酸的特征，在pH 7.4和37 ℃的溫度下，其大部分電離為單鈉尿酸鹽(monosodium urate, MSU)晶體。UA和MSU晶體可沉積于腎臟，導致組織損傷。HU誘導的腎近端小管上皮細胞(tubule epithelial cells, TECs)中乳腺癌耐藥蛋白三磷酸腺苷結合盒轉運體G2(breast cancer resistance protein/ATP-binding cassette G2,BCRP/ABCG2)表達減少可能會促進TECs和腎間質中MSU晶體沉積，導致嚴重的腎損傷[1]。在原尿中長期低pH和高UA濃度條件下，腎小管腔和輸尿管中的尿酸鹽晶體沉積有助于鑄型形成和梗阻性腎病出現。梗阻后會出現一系列并發(fā)癥，如局部損傷、感染、出血和腎積水。

1.2 尿酸誘導氧化應激損傷參與高尿酸血癥腎病發(fā)病

尿酸可通過誘導氧化應激損傷誘導HN發(fā)生。HU相關的氧化應激能夠引起DNA損傷、酶的氧化和失活、炎性細胞因子的產生和細胞凋亡發(fā)生。HU可通過多種機制介導腎臟氧化應激損傷。首先HU可介導線粒體鈣超載，并最終通過線粒體Na+/Ca2+交換導致內皮功能障礙，從而增加活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產生[2]。其次，HU可通過激活NOX4 NADPH氧化酶(NOX4-containing NADPH oxidases)介導氧化應激損傷。在人近曲小管細胞系(human proximal tubule cell line, HK-2)中，UA誘導HK-2細胞凋亡，引起線粒體膜的變化、活性氧物質的升高以及NOX4 mRNA和蛋白的顯著上調，而NOX4 NADPH氧化酶抑制劑DPI和NOX4基因敲除可阻止ROS的產生和細胞凋亡，表明NOX4 NADPH氧化酶激活介導的氧化應激損傷參與HU誘導的慢性腎小管間質損傷，增加近端腎小管細胞凋亡的可能性。這些結果可能解釋了在HU狀態(tài)下觀察到的慢性腎小管間質損傷，并提示UA在腎小管細胞中的轉運是尿酸誘導效應所必需的[3]。因為氧化應激可來源于NADPH氧化酶過度激活、線粒體功能障礙、細胞因子、內質網應激和胞漿酶黃嘌呤氧化酶等，但是目前除了NADPH氧化酶過度激活參與尿酸誘導氧化應激損傷參與高尿酸血癥腎病發(fā)病機制研究相對透徹外，其他系統(tǒng)在高尿酸血癥腎病發(fā)病機制中的作用有待深入研究。

1.3 尿酸誘導腎臟纖維化參與高尿酸血癥腎病發(fā)病

腎纖維化以腎小球硬化(glomerulosclerosis,GS)和腎小管間質纖維化(tubulointerstitial fibrosis, TF)為特征，是所有慢性腎病(chronic kidney disease,CKD)患者的常見病理過程。 HU可能直接導致腎小球硬化和腎小管間質纖維化。越來越多的證據表明，上皮-間質轉化(epithelial-to-mesenchymal transition, EMT)是慢性腎臟疾病中介導腎小管間質纖維化進展的重要機制之一。在EMT過程中，上皮細胞逐漸發(fā)生生化改變，并通過失去其上皮特征而轉變?yōu)殚g充質樣細胞，而EMT可能在腎臟異常，尤其是腎纖維化中發(fā)揮病理作用。HU誘導腎小球硬化和腎小管間質纖維化。 腎小管細胞表型轉換在UA誘導的腎臟疾病中可能發(fā)揮作用。UA誘導培養(yǎng)的腎小管細胞的EMT，可增加E-鈣黏蛋白轉錄抑制物Snail和Slug的表達，導致E-鈣黏蛋白產生下調，同時發(fā)現UA通過泛素化增加E-鈣黏蛋白的降解[4]。此外，在HU大鼠的腎臟中存在EMT，表現為腎小管細胞中E-鈣黏蛋白(E-cadherin)表達降低和α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin, α-SMA)增加，表明UA本身誘導上皮細胞表型轉變，這可能是UA誘發(fā)腎臟疾病的機制之一。UA可誘導腎小管細胞的EMT，通過激活Snail和Slug減少E-鈣黏蛋白的合成，并增加E-鈣黏蛋白的降解，這表明UA誘導的腎小管細胞表型轉變是慢性腎臟疾病的一種新機制。

2 NLRP3激活參與高尿酸血癥腎病發(fā)病

HU通過激活腎臟炎性反應促進HN發(fā)生，成為HN的重要發(fā)病機制。HU可通過晶體依賴的和晶體非依賴性機制誘導HN發(fā)生。炎性小體(inflamma-some)是細胞內作為對環(huán)境和細胞應激發(fā)揮感受作用的多蛋白復合物。NLRP3炎性小體是由細胞內受體NLRP3、含半胱天冬酶激活募集結構域的凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase activating recruitment domain, ASC)以及 caspase-1共同組成的高分子質量蛋白復合物。NLRP3復合體的組裝后激活caspase-1，后者介導白細胞介素-1β(interleukin-1 β,IL-1β)和白細胞介素-18(interleukin-18,IL-18) 分泌成熟，從而啟動炎性反應，觸發(fā)焦亡(pyroptosis)，后者表現為細胞不斷脹大直至細胞膜破裂，導致細胞內容物的釋放進而激活強烈的炎性反應。HU可通過激活NLRP3炎性小體促進HN發(fā)生。

在HN中，MSU可以激活不同腎細胞中的NLRP3質體。激活的NLRP3炎性小體刺激IL-1β和IL-18的分泌，導致嚴重的腎損傷。IL-1β和IL-18誘導腎血管內皮細胞形成泡沫，血管壁上未成熟細胞聚集，平滑肌細胞增殖和血管擴張，另外IL-1β招募中性粒細胞釋放額外的促炎細胞因子。一般來說，NLRP3炎性小體激活可導致腎小球和腎小管間質損傷以及腎纖維化。在腎中性粒細胞和巨噬細胞中，NLRP3質體被吞噬細胞的MSU晶體激活，并可觸發(fā)促炎性細胞因子分泌[5]。在腎臟固有細胞中，NLRP3質體是一種多功能蛋白復合物，其激活引起不同類型的細胞損傷。NLRP3炎性小體表達水平與足細胞損傷密切相關。抑制TXNIP/NLRP3/NF-κB信號通路可以抑制UA誘導的足細胞損傷[6]。NLRP3炎性小體的激活與間質單核細胞浸潤和腎小管上皮細胞分離有關[7]。在腎系膜細胞中，可溶性MSU顯著增強NLRP3蛋白的表達，而MSU晶體不能影響NLRP3的表達。 可溶性UA在體內和體外也能刺激NLRP3炎性小體的激活和IL-1β的合成[7]。此外，可溶性UA激活巨噬細胞中的NLRP3炎性小體分泌IL-1β，刺激TECs中趨化因子12(chemokine[C-X-C motif] ligand 12,CXCL12)和高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)的釋放?？扇苄訳A顯著增強TECs中的NLRP3、TNF-α和IL-1β，而AMP活化AMP依賴的蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)，減輕UA誘導的炎性反應[8]。在沒有溶酶體破裂的情況下，線粒體來源的ROS可能介導可溶性UA激活的NLRP3炎性體[7]。值得注意的是，在腎系膜細胞中，可溶性MSU顯著增強NLRP3蛋白的表達，而MSU晶體不能影響NLRP3的表達。此外，尿酸激活的NLRP3質體與EMT、血管內皮細胞損傷和腎小管間質纖維化有關[7]。這些事件加速了HN的進程。綜上所述，HU可通過激活NLRP3炎性小體促進HN發(fā)生。

3 靶向抑制NLRP3炎性小體激活與高尿酸血癥腎病治療

鑒于NLRP3激活在HN發(fā)病中的作用，靶向抑制NLRP3激活近年來成為治療HN的靶點。在氧嗪酸鉀(potassium oxonate)誘導HU大鼠模型中，荷葉堿(nuciferine)可降低血清UA水平，改善腎功能，并抑制全身和腎IL-1β的分泌，TLR4/MyD88/NF-κB通路和抑制NLRP3炎性小體的激活，從而降低HU小鼠的血清和腎臟IL-1β水平，表明荷葉堿可治療HU誘導的腎臟炎性病變[9]。在果糖誘導HU大鼠模型中，五苓散(wuling san)通過調節(jié)果糖誘導的高尿酸血癥小鼠腎臟有機離子轉運體發(fā)揮腎臟保護作用，其作用的分子機制可能與抑制高果糖誘導的高尿酸血癥小鼠的TLR4/MyD88信號傳導和NLRP3炎性體激活，進而減少IL-1β的產生有關[10]。而四妙丸(simiao pill)的腎臟保護作用可能與上調Sirt1表達和抑制NF-κB/NLRP3炎性體激活以減輕大鼠腎小球損傷有關[11]。而中藥四物湯(siwu decoction)[12]、甘草素(liquiritigenin)[13]、白藜蘆醇苷(polydatin)[14]、大黃素(emodinol)[15]、薇草膠囊(weicao capsule)[16]均可通過抑制NLRP3激活來抑制HU介導的HN發(fā)生。

抑制NLRP3激活成為HN治療的重要靶點。黃芩甙(scutellarin)[17]、白藜蘆醇類似物紫檀芪(pterostilbene)[18]、姜黃素(curcumin)[19]、亞油酸(linoleic Acid)[20]、白楊黃素(chrysin)[21]、二氫小檗堿(dihydroberberine)[22]、綠原酸(chlorogenic acid)[23]、白藜蘆醇(resveratrol)[24]和鞣花酸(ellagic Acid)[25]等均可在不同HU模型中，通過抑制NLRP3激活抑制炎性發(fā)生，在HN中具有腎臟保護活性。表明靶向抑制NLRP3激活成為了治療HN的研究熱點。但是目前針對抑制NLRP3激活治療HN的藥物絕大多數處于藥效觀察階段，對于其他們在HN防治中的深入信號機制仍缺乏，值得深入研究。

4 問題與展望

高尿酸血癥腎病(HN)是近20年來國際研究熱點，目前HN的發(fā)病機制主要聚焦在文中所綜述的直接腎損傷、誘導氧化應激、腎纖維化和炎性發(fā)生。NLRP3炎性小體激活依賴的炎性發(fā)生近年來成為HN研究熱點，而靶向抑制NLRP3激活成為了治療HN的重要治療靶點。HN的發(fā)病機制目前還需進一步深入闡述。目前HU的治療方法主要為降低血尿酸，存在治療比較單一的缺陷，因此同時探索多靶點治療HN也是未來研究方向，針對不同發(fā)病機制的精準治療是未來藥物研發(fā)的重要方向。