NOD 樣受體蛋白3炎癥小體在女性生殖系統(tǒng)疾病中的作用及機制研究進展

程怡怡，潘 瑩，李 想，許一驍，陳雨菲菲，童福雯，3，劉 剛，王現(xiàn)偉，，郭志坤，胡利霞，孫永琨，

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第三附屬醫(yī)院,河南 新鄉(xiāng) 453003; 2.新鄉(xiāng)醫(yī)學院基礎醫(yī)學院,河南 新鄉(xiāng) 453003;3.新鄉(xiāng)醫(yī)學院三全學院,河南 新鄉(xiāng) 453003;4.河南省醫(yī)用組織再生重點實驗室,河南 新鄉(xiāng) 453003)

核苷酸結合結構域和富含亮氨酸的重復序列家族,又稱為NOD樣受體(NOD-like receptor,NLR),包括NLRA、NLRB、NLRC、NLRP及NLRX5種亞型,是反映細胞應激和微生物感染的多結構域蛋白超家族[1]。特別是NLRP亞型家族成員NOD 樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3),是目前研究最廣泛的炎癥體復合物。NLRP3炎癥小體是先天免疫系統(tǒng)的一個重要組成部分,可被多種刺激物激活,主要通過結合細胞外Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)和細胞內NOD樣受體2種模式識別受體(pattern recognition receptor,PRR)誘導相關炎癥反應[2-4]。研究顯示,NLRP3炎癥小體的過度激活可調控炎癥性疾病和癌癥性疾病的發(fā)生發(fā)展,在炎癥性腸病、纖維化性疾病、癌癥性疾病、心血管性疾病、糖尿病等多種疾病中發(fā)揮重要作用[5-10]。NLRP3炎癥小體與女性生殖系統(tǒng)相關疾病如盆腔炎癥性疾病、生殖系統(tǒng)腫瘤、生殖內分泌疾病、妊娠相關疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關,但相關作用機制尚不明確。因此,探討NLRP3 炎癥小體在女性生殖系統(tǒng)相關疾病中的作用及機制對阻斷疾病的進程具有重要意義。本文對NLRP3炎癥小體在女性生殖系統(tǒng)相關疾病中的作用及機制進行綜述,以期為女性生殖系統(tǒng)相關疾病的治療提供新思路。

1 NLRP3炎癥小體的組成和激活

1.1 NLRP3 炎癥小體的組成

NLRP3炎癥小體由3種不同類型的蛋白質組成,主要是由感受器NLRP3受體分子、凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)和下游的效應蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1前體(cysteine aspartate specific proteinase precursor,pro-caspase-1)組成[11]。NLRP3受體分子包含3個結構域:富含亮氨酸重復序列(leucine-rich repeat,LRR)結構域、NACHT結構域、熱蛋白結構域(pyrin domain,PYD)[12]。ASC 是一種含有氨基末端 PYD 和羧基末端半胱氨酸天冬氨酸酶募集結構域(carboxy-terminal caspase recruitment domain,CARD)的接頭分子。pro-caspase-1包括氨基末端 CARD、中央大催化結構域(p20)和羧基末端小催化亞基結構域 (p10)[13-14]。NLRP3炎癥小體的組裝依賴于NLRP3受體分子中PYD結構域與接頭蛋白ASC中PYD結構域之間的同型相互作用,以及ASC中CARD結構域與pro-caspase-1中CARD結構域之間的同型相互作用,從而形成大分子復合物NLRP3-ASC-pro-caspase-1[11,14]。

1.2 NLRP3炎癥小體的激活

當NLRP3受體分子受到內源性或外源性刺激物的激活后,NLRP3通過NACHT結構域之間的同型相互作用寡聚化,NLRP3的PYD 結構域與ASC的PYD結構域之間相互作用,ASC中CARD結構域與pro-caspase-1中CARD結構域相互作用,三者共同形成NLRP3-ASC-pro-caspase-1,使pro-caspase-1活化,形成具有催化活性的caspase-1?；罨腸aspase-1可裂解白細胞介素-1β前體(pro-interleukin-1β,pro-IL-1β)和白細胞介素-18前體(pro-interleukin-18,pro-IL-18),分別產生成熟且具有生物活性的細胞因子白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白細胞介素-18(interleukin-18, IL-18)。此外,活化的caspase-1可將消皮素D(gasdermin D,GSDMD)剪切成N端結構域和C端結構域,GSDMD N端結構域聚集在細胞膜上使細胞膜腫脹、破裂,并釋放出IL-1β、IL-18等相關炎癥因子,進而引起炎癥反應,即GSDMD介導的程序性炎癥細胞死亡,又稱細胞焦亡[15-18]。

NLRP3炎癥小體主要通過3種途徑被激活:經典途徑、非經典途徑和替代途徑。NLRP3炎癥小體被激活的經典途徑通常需要2個信號,分別為啟動信號和激活信號。啟動信號主要由TLR和轉錄因子κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)傳導,可促進NLRP3-ASC-pro-caspase-1炎癥小體的組裝,從而促進細胞表達NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18[19]。激活信號主要為病原體相關的分子模式或損傷相關的分子模式誘導引起的K+、Cl-外流以及Ca2+流動、溶酶體破裂、線粒體活性氧簇的產生等[13]。

NLRP3炎癥小體激活的非經典途徑為:革蘭陰性菌的脂多糖激活Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4),并經TLR4和Toll/白細胞介素-1受體結構域接頭分子(Toll-interleukin 1 receptor domain-containing adapter-inducing interferon-b,TRIF)途徑促進I型干擾素的表達,從而導致鳥氨酸結合蛋白、免疫相關GTPase家族成員b10和caspase-11、caspase-4/5表達上調;caspase-11和caspase-4/5可分別識別小鼠和人類細胞質中內毒素,從而被激活。活化的caspase-11、caspase-4/5可激活半胱氨酸蛋白酶,促使GSDMD裂解;GSDMD N端結構域與膜脂結合,使細胞膜寡聚形成孔隙,介導K+外流,從而導致NLRP3炎癥小體的激活和細胞焦亡[20-21]。

在人類單核細胞中,脂多糖可觸發(fā)NLRP3炎癥小體的替代激活途徑,其不依賴于K+外流、焦亡誘導及焦亡體形成,而是通過NLRP3上游的TLR4-TRIF-受體相互作用蛋白激酶1-Fas相關死亡結構域蛋白-半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8信號通路傳導,從而導致NLRP3炎癥小體的激活[19,22]。

2 NLRP3炎癥小體在女性生殖系統(tǒng)炎癥性疾病中的作用及機制

研究發(fā)現(xiàn),慢性子宮內膜炎的患病率在不孕女性中為2.8%～56.8%,在反復植入失敗的女性中為14.0%～67.5%,在復發(fā)性流產女性中為 9.3%～67.6%[23]。急慢性宮頸炎、子宮內膜炎是女性生殖系統(tǒng)常見的炎癥性疾病,其高危因素有年齡增長、不潔性生活史、下生殖道感染、子宮腔手術后感染、鄰近器官炎癥蔓延等。女性生殖系統(tǒng)炎癥性疾病可表現(xiàn)為無癥狀或輕微癥狀,包括白帶異常、異常子宮出血、盆腔疼痛等,嚴重者可導致宮腔粘連、不孕不育、異位妊娠、流產、早產等,給患者的生活和身心健康造成嚴重影響。目前,抗生素藥物治療是臨床上常用的治療手段,但容易產生耐藥性及不良反應[24]。因此,對于女性生殖系統(tǒng)炎癥性疾病的治療需要更為有效的措施。

研究顯示,沙眼衣原體可感染宮頸上皮細胞誘發(fā)宮頸炎,其機制為沙眼衣原體感染可激活NLRP3炎癥小體的經典途徑,導致 caspase-1活化,從而誘發(fā)促炎細胞因子的釋放[25]。有研究顯示,患有產后子宮內膜炎奶牛的子宮內膜組織中腔上皮細胞、腺上皮細胞、下層基質成纖維細胞以及浸潤的免疫細胞中IL-1β表達水平較健康奶牛顯著升高;此外,用脂多糖和微生物毒素尼日利亞霉素刺激原代子宮內膜上皮細胞、基質成纖維細胞后,子宮內膜上皮細胞表達NLRP3、NIMA相關蛋白激酶7和caspase-4顯著升高,而在基質成纖維細胞中的表達變化不明顯;使用NLRP3炎癥小體抑制劑MCC950刺激原代子宮內膜上皮細胞和基質成纖維細胞,可降低依賴于caspase-4介導的IL-1β表達[26]。HU等[27]研究發(fā)現(xiàn),在脂多糖誘導的小鼠子宮內膜炎模型中,褪黑素可抑制子宮組織的病理變化及子宮組織中髓過氧化物酶活化,還可抑制子宮組織中NF-κB、NLRP3炎癥小體的激活,從而抑制炎癥因子NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β表達。李鮮風等[28]使用脂多糖誘導小鼠子宮內膜炎模型,結果發(fā)現(xiàn),右美托定可以通過下調p-p65/p65的表達,抑制TLR4介導的NF-κB信號通路,使NLRP3、ASC和caspase-1、IL-1β及IL-18的表達水平顯著降低,從而減輕子宮內膜炎癥反應。以上研究表明,NLRP3 炎癥小體在女性生殖系統(tǒng)炎癥性疾病炎癥反應過程起到重要作用,NLRP3 炎癥小體與盆腔炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。

3 NLRP3 炎癥小體在女性生殖系統(tǒng)腫瘤中的作用及機制

宮頸癌、子宮內膜癌、卵巢癌是常見的女性生殖系統(tǒng)腫瘤,手術治療及輔助放化療為目前常見的治療方式,但術后復發(fā)率仍較高,嚴重影響女性的身心健康。腫瘤微環(huán)境中的炎癥因子和免疫細胞相互作用可發(fā)揮抗腫瘤或促腫瘤作用。NLRP3炎性小體可促進炎癥介質產生,從而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。深入研究NLRP3炎癥小體在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機制可為女性生殖系統(tǒng)惡性腫瘤的預防和治療提供新的思路和方向。

3.1 NLRP3炎癥小體與宮頸癌

宮頸癌是全球第四大最常見的女性惡性腫瘤,僅次于乳腺癌、結直腸癌和肺癌[29-30]。近年來,隨著居民宮頸癌防治意識的增強以及疫苗接種的普及,宮頸癌的發(fā)病率和病死率顯著下降;但在缺乏有組織的篩查和預防計劃的中低收入國家,宮頸癌的發(fā)病率和病死率仍呈上升趨勢[31]。NLRP3炎癥小體與子宮頸癌的發(fā)生發(fā)展有一定相關性。研究發(fā)現(xiàn),槲皮素能夠通過抑制宮頸癌Hela細胞中NLRP3炎癥小體相關蛋白的表達,減輕炎癥反應,并可誘導宮頸癌Hela細胞的凋亡,從而抑制宮頸癌細胞的生長[32]。另有研究發(fā)現(xiàn),與健康受試者比較,宮頸癌患者宮頸癌組織中,微RNA(microRNA,miR)-214和NLRP3的表達下調[33]。因此,NLRP3炎癥小體是否能成為治療宮頸癌的靶點仍有待進一步研究。

3.2 NLRP3與子宮內膜癌

子宮內膜癌是發(fā)達國家最常見的女性生殖系統(tǒng)惡性腫瘤,在全球范圍內其發(fā)病率和患病率均呈上升趨勢。子宮內膜癌多于絕經后期發(fā)病,與絕經后雌激素治療、高血壓、肥胖、糖尿病等因素有關[34-35]。已有研究報道,與正常子宮內膜組織相比,NLRP3在子宮內膜癌組織中表達升高,下調NLRP3可抑制子宮內膜腺癌細胞的增殖、遷移及侵襲能力[36]。有研究報道,雌激素通過雌激素受體β促進NLPR3炎性小體激活,進而促進子宮內膜癌細胞增殖[37]。以上研究表明,NLPR3炎癥小體的激活與子宮內膜癌的發(fā)生發(fā)展有關,這為子宮內膜癌的治療提供新的思路。

3.3 NLRP3與卵巢癌

卵巢癌起源于卵巢、輸卵管和腹膜,是女性生殖系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一,病死率較高[38]。盡管目前卵巢癌的診斷和治療方面的管理有所改善,但患者的長期生存率仍較低[39]。腫瘤微環(huán)境對卵巢癌的發(fā)展起著重要的調控作用,可影響卵巢癌患者的預后。慢性炎癥可導致卵巢微環(huán)境改變,且與癌癥風險呈正相關,是卵巢癌發(fā)展的一個重要因素。研究發(fā)現(xiàn),與正常卵巢組織比較,卵巢癌組織表面上皮細胞、腫瘤細胞和免疫細胞中caspase-1、IL-1β和IL-18炎癥因子的表達水平較高[40]。有研究顯示,NLRP3和miR-22在卵巢癌中的表達呈負相關,NLRP3在卵巢癌組織和細胞中高表達,而miR-22呈低表達,推測miR-22可通過與NLRP3 mRNA的3′-非翻譯區(qū)結合,從而使卵巢癌細胞活力和上皮細胞間充質轉化增強,并抑制磷脂酰肌醇3激酶/ 蛋白激酶B信號通路[41]。以上研究表明,NLRP3可能在卵巢癌的發(fā)病機制中起著關鍵作用,這為研究卵巢癌的發(fā)病機制提供了新的視角。

4 NLRP3炎癥小體在女性內分泌和生殖系統(tǒng)疾病中的作用及機制

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)是一種常見的內分泌和生殖系統(tǒng)疾病,以不同程度的雄激素過多癥(多毛癥、痤瘡)、月經異常、肥胖為主要臨床表現(xiàn),影響7%～15%的育齡婦女[42]。PCOS是一種慢性炎癥性疾病,與遺傳、營養(yǎng)模式、2型糖尿病、肥胖和氧化應激等多因素相關。有研究發(fā)現(xiàn),與健康受試者相比,PCOS患者外周血中NLRP3、AIM2、ASC、caspase-1和IL-18表達水平顯著升高;PCOS患者與健康受試者血清中IL-1β表達水平比較差異無統(tǒng)計學意義;與體質量正常的PCOS患者相比,超重PCOS患者血清中IL-1β水平較高[43]。提示 IL-18和IL-1β的表達水平較高可能是由于AIM2、NALP3或NLR家族凋亡抑制蛋白炎癥小體的激活,這可能在PCOS的免疫病理學機制中起到關鍵作用。有研究表明,在PCOS的發(fā)展過程中,卵巢功能障礙、無排卵均與卵巢纖維化密切相關,NLRP3炎癥小體的激活加重了PCOS小鼠的卵巢纖維化,而應用NLRP3特異性抑制劑INF39可使卵巢間質纖維化明顯減輕[44]。因此,NLRP3炎癥小體可能是預防卵巢纖維化的潛在靶點,但是否能改善PCOS的卵巢功能尚不清楚,NLRP3炎癥小體在PCOS中的確切作用機制仍需進一步研究,以期為PCOS提供新的治療思路。

5 NLRP3炎癥小體在妊娠相關疾病中的作用及機制

NLRP3炎癥小體參與正常妊娠及分娩過程。在自發(fā)性流產及反復性流產患者中,NLRP3炎癥小體相關因子在絨毛滋養(yǎng)細胞中表達較高,可引起母體炎癥反應,從而導致流產的發(fā)生,但具體的分子作用機制尚不明確[45]。有研究發(fā)現(xiàn),妊娠期高血壓孕婦胎盤組織中NLRP3和相關因子(caspase-1、IL-1β、IL-18)的表達顯著高于健康孕婦,且特定的NLRP3基因多態(tài)性與妊娠期高血壓疾病發(fā)展風險相關[46]。有研究發(fā)現(xiàn),與正常妊娠婦女相比,妊娠期糖尿病患者的胎盤組織中NLRP3炎癥小體相關因子的表達明顯增高,通過使用NLRP3抑制劑可減輕妊娠期糖尿病的相關癥狀,提示NLRP3炎癥小體可能參與了妊娠期糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程,但具體發(fā)病機制有待進一步探索[47]。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),NLRP3可能與早產、胎兒宮內生長受限等胎盤炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展相關[48]。

6 結論

NLRP3炎癥小體參與了女性生殖系統(tǒng)炎癥性疾病、生殖系統(tǒng)腫瘤、內分泌和生殖系統(tǒng)疾病、妊娠相關性疾病的發(fā)生發(fā)展,但其具體的激活和調控機制尚不明確,仍需進一步的深入研究。隨著對NLRP3炎癥小體活化機制的研究和探索,將有可能進一步明確NLRP3炎癥小體與女性生殖系統(tǒng)疾病發(fā)病機制以及特異性NLRP3分子靶點藥物,從而為治療女性生殖系統(tǒng)疾病提供參考。