NLRP3、IL-1β與視神經(jīng)脊髓炎譜系障礙嚴(yán)重程度的相關(guān)性

李東瑞,王瑞,崔璨,荊婧,何霞

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州 450052)

視神經(jīng)脊髓炎譜系障礙(neuromyelitis optica spectrum disorder,NMOSD)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)的自身免疫性炎癥性脫髓鞘疾病。NMOSD主要累及部位為視神經(jīng)和脊髓[1-3],其病變多數(shù)可累及腦干和大腦,表現(xiàn)為相應(yīng)炎癥,如視神經(jīng)炎和脊髓炎及某些腦、腦干綜合征,且可多次復(fù)發(fā)。NMOSD大多是由針對(duì)水通道蛋白4(aquaporin-4,AQP-4)的IgG抗體引起,隨后發(fā)現(xiàn)它是一種AQP-4特異性抗體,存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)星形膠質(zhì)細(xì)胞足突表面[4]。AQP-4是雙向滲透的水通道,陰離子和甘油均不能透過(guò),其大多分布在星形膠質(zhì)細(xì)胞的終足上[5],少部分存在于室管膜細(xì)胞膜上,而其余如少突膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元或脈絡(luò)膜上皮細(xì)胞等并不表達(dá)AQP-4蛋白[6]。

在神經(jīng)系統(tǒng)中,神經(jīng)元細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和施旺細(xì)胞均可以感知周圍環(huán)境的變化而發(fā)揮免疫作用。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protion 3,NLRP3)炎癥小體是CNS中最豐富的一種炎癥小體,是多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病神經(jīng)炎癥產(chǎn)生的關(guān)鍵因素之一,也是研究最為廣泛的炎癥小體[7]。在神經(jīng)系統(tǒng)中,神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和施旺細(xì)胞均可以感知周圍環(huán)境的變化而發(fā)揮免疫作用,CNS中各種炎癥小體的表達(dá)具有特異性:小膠質(zhì)細(xì)胞主要表達(dá)NLRP3、NLRP1和NLRC4[8-9],在大鼠的抑郁模型中,小膠質(zhì)細(xì)胞是NLRP3表達(dá)上調(diào)后產(chǎn)生白介素-1β(interleukin 1β,IL-1β)的主要細(xì)胞[9]。

通過(guò)檢測(cè)NMOSD患者及非炎癥性神經(jīng)系統(tǒng)疾病(noninflammatory neurological disorders,NND)患者腦脊液中NLRP3、IL-1β水平,分析NMOSD組患者腦脊液中NLRP3、IL-1β水平與疾病嚴(yán)重程度的相關(guān)性,探尋診斷NMOSD及評(píng)估該疾病嚴(yán)重程度的新的潛在生物標(biāo)志物。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院2021年10月至2022年10月AQP-4陽(yáng)性的NMOSD患者35例,以20名年齡、性別相匹配的NND患者作為對(duì)照組。本項(xiàng)目參考臨床數(shù)據(jù)與樣本資源庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程和國(guó)際生物和環(huán)境知識(shí)庫(kù)學(xué)會(huì)最佳實(shí)踐,制定樣本收集、儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)范,通過(guò)倫理審查(2019-KY-123)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1納入標(biāo)準(zhǔn)

(1)NMOSD組:①符合NMOSD診斷標(biāo)準(zhǔn)[3],AQP-4為陽(yáng)性;②>18歲;③處于首次發(fā)作。(2)對(duì)照組:①同期以頭痛為主訴入院的患者,可伴有惡心、全身無(wú)力等;②入院后神經(jīng)系統(tǒng)查體、影像學(xué)資料及腦脊液檢測(cè)指標(biāo)等均無(wú)異常。

1.2.2排除標(biāo)準(zhǔn)

拒絕參與研究;有神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、腦外傷、腦膿腫、血管疾病、感染者;無(wú)法排除其他原因的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

1.3 數(shù)據(jù)收集和分組

研究數(shù)據(jù)主要包括患者年齡、性別等指標(biāo)。并有2名神經(jīng)科醫(yī)生采用擴(kuò)展致殘量表評(píng)分(expanded disability status scale,EDSS)[10]對(duì)NMOSD組患者入院時(shí)疾病嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估。

1.4 NLRP3、IL-1β測(cè)定

標(biāo)本取樣時(shí)間為發(fā)病7 d內(nèi)及任何免疫抑制治療前,所有合格樣本均保存于-80 ℃冰箱內(nèi),最后統(tǒng)一從樣本庫(kù)出庫(kù)。利用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)試劑盒(CSB-E15885h武漢、中國(guó))測(cè)定NLRP3水平,利用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)試劑盒(Bender MedSystems GmbH,維也納,奧地利)測(cè)定IL-1β水平。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

2.1 臨床資料

30名NMOSD患者中,NMOSD組患者入院時(shí)EDSS評(píng)分為(4.41±1.90)分。兩組臨床資料比較見(jiàn)表1。

表1 各組間一般臨床資料及腦脊液比較

2.2 NMOSD主要臨床表現(xiàn)及影像學(xué)特征

NMSOD組主要臨床表現(xiàn)為視力下降、運(yùn)動(dòng)障礙、感覺(jué)障礙、惡心嘔吐、頭暈共濟(jì)失調(diào)及大小便障礙,其中視力下降占比42.86%,運(yùn)動(dòng)障礙占比45.71%,感覺(jué)障礙占比51.42%。NMOSD組患者入院后均于我院行頭顱及全脊髓MRI檢查,結(jié)果顯示:共有23名患者有脊髓病變,占65.71%;5名患者視神經(jīng)病變,占14.29%;8名患者腦干病變,占22.86%;9名患者存在顱內(nèi)多發(fā)病變,占25.71%。

2.3 兩組腦脊液NLRP3、IL-1β水平

兩組腦脊液中均檢測(cè)到NLRP3,NMOSD組、對(duì)照組水平分別為(1 127.96±394.61)、(679.53±176.81)ng·L-1,NMOSD組腦脊液NLRP3水平高于對(duì)照組(t=4.864,P<0.001)。NMOSD組和對(duì)照組患者腦脊液中均可以檢測(cè)到IL-1β,水平依次為(1.42±0.45)、(0.51±0.39)ng·L-1,NMOSD組腦脊液IL-1β水平高于對(duì)照組(t=7.772,P<0.001)。

2.4 NMOSD組NLRP3、IL-1β水平與EDSS評(píng)分的相關(guān)性分析

NMOSD組腦脊液NLRP3水平與EDSS評(píng)分呈正相關(guān)(r=0.360,P=0.033),IL-1β水平與EDSS評(píng)分呈正相關(guān)(r=0.359,P=0.034)。見(jiàn)圖1。

NMOSD為視神經(jīng)脊髓炎譜系障礙;EDSS為擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表;NLRP3為核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3;IL-1β為白介素-1β;A為NMOSD組腦脊液NLRP3水平與EDSS評(píng)分的相關(guān)性分析;B為NMOSD組腦脊液IL-1β水平與EDSS評(píng)分的相關(guān)性分析。

3 討論

神經(jīng)免疫炎癥反應(yīng)是多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病產(chǎn)生的重要病因,包括腦血管病、神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病等。神經(jīng)炎癥在本質(zhì)上是固有免疫反應(yīng),在正常情況下神經(jīng)系統(tǒng)可通過(guò)此反應(yīng)對(duì)入侵的病原體及宿主的受損細(xì)胞作出應(yīng)答,清除病原體及相關(guān)受損細(xì)胞,從而促進(jìn)組織的損傷修復(fù)[11]。在病理狀態(tài)下,免疫炎癥受到刺激而過(guò)度激活,會(huì)引起促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,進(jìn)一步引起組織損傷,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)功能障礙[12]。目前,神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病是由靶向神經(jīng)元表位的自身抗體引起,多于年輕人群中起病,發(fā)病率高且個(gè)體之間具有異質(zhì)性[13],NMOSD和MS便是其中較為常見(jiàn)的兩種自身免疫性脫髓鞘疾病。

NMOSD是一種嚴(yán)重的CNS炎癥性疾病,其發(fā)病大多數(shù)是由AQP4-IgG引起。研究發(fā)現(xiàn),AQP-4-IgG陽(yáng)性的患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變特征為血管周圍出現(xiàn)大量IgG、IgM和補(bǔ)體的沉積物以及炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn),包括小膠質(zhì)細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、B細(xì)胞和T細(xì)胞[14]。本研究共納入35例NMOSD患者,所有患者腦脊液或血清AQP-4抗體均為陽(yáng)性,發(fā)病年齡為(45.40±13.42)歲,男女比例為10∶25,男性占比低于對(duì)照組。在納入的患者中,多數(shù)以視力下降、感覺(jué)及運(yùn)動(dòng)障礙為首發(fā)癥狀,少部分出現(xiàn)頭暈、共濟(jì)失調(diào)及大小便障礙,病灶多集中于脊髓,可少部分累及腦干及顱內(nèi),與既往研究[15]相符合。盡管AQP-4-IgG在NMOSD的發(fā)病中起核心作用,但炎癥細(xì)胞因子也在NMOSD的發(fā)生發(fā)展中起到十分重要的作用。

炎癥小體在顱內(nèi)存在于神經(jīng)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)疾病,是一組蛋白復(fù)合體。目前較為熟悉的炎癥小體有NLRP1、NLRP3和NLRC4,其中NLRP3因其形成和激活特點(diǎn)成為目前研究的重點(diǎn)。目前尚不清楚NLRP3炎癥小體如何在鞘內(nèi)被激活,已知各種外源和內(nèi)源信號(hào)可以通過(guò)TLR-4信號(hào)通路上調(diào)NLRP3基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯[16]。K+流出、Ca2+信號(hào)、活性氧、線粒體功能障礙都可以激活NLRP3炎性體[17]。mtDNA由受損的線粒體釋放,mtDNA 的細(xì)胞外(無(wú)細(xì)胞)水平反映了線粒體功能障礙的程度。mtDNA已被證明可作為激活人類先天免疫系統(tǒng)的損傷相關(guān)分子模式,包括 NLRP3炎癥小體[18-19]。有研究表明,NMOSD和MS患者的CSF中無(wú)細(xì)胞mtDNA水平升高[20-22],這也表明神經(jīng)炎癥的復(fù)雜性。NLRP3炎癥小體的激活可以催化半胱天冬酶原-1并裂解為半胱天冬酶-1,從而促進(jìn)原IL-1β和原IL-18轉(zhuǎn)化為活性IL-1β和IL-18,從而加重炎癥反應(yīng)[23-24]。在多發(fā)性硬化的動(dòng)物模型中,觀察到IL-1β和IL-18可上調(diào)CD4+T細(xì)胞的相關(guān)趨化因子的受體表達(dá),從而促進(jìn)Th1和Th17細(xì)胞遷移中樞神經(jīng)系統(tǒng)[25]。Malhotra等[26]在原發(fā)-進(jìn)展型多發(fā)性硬化患者腦組織的髓系細(xì)胞上檢測(cè)到NLRP3和IL-1β的表達(dá),和外周單個(gè)核細(xì)胞中NLRP3和IL-1β的mRNA表達(dá)上調(diào)相一致。

NLRP3通過(guò)激活半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)對(duì)病原體相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式做出反應(yīng)。這反過(guò)來(lái)又激活促炎因子,如IL-1β和IL-18[27]。IL-1β可誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞到中樞神經(jīng)系統(tǒng),在那里釋放IL-6和IL-17并引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致NMOSD中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變[28]。細(xì)胞焦亡(pyroptosis)是一種對(duì)免疫至關(guān)重要的細(xì)胞死亡方式,而焦亡的關(guān)鍵效應(yīng)物GSDMD(gasdermin D)被Caspase-1激活[29-30],目前仍需要在細(xì)胞焦亡方面做進(jìn)一步的研究。同時(shí)已有研究指出在NMOSD的患者腦脊液中的NLRP3和IL-1β、IL-6、IL-17水平高于對(duì)照組[31],本項(xiàng)研究與其基本相符。

本研究也有一定的局限性。首先,本研究只是在入院時(shí)進(jìn)行了一次基線檢測(cè),未進(jìn)一步探索NLRP3及IL-1β在該疾病整個(gè)過(guò)程中的變化規(guī)律,同時(shí)未進(jìn)一步追蹤患者預(yù)后情況。另外,本研究檢驗(yàn)的指標(biāo)相對(duì)單一,未與其他炎癥小體及相關(guān)細(xì)胞因子進(jìn)行相互驗(yàn)證和對(duì)比分析。這項(xiàng)研究是一項(xiàng)單一中心臨床觀察研究,樣本量小,偏倚是不可避免的,未來(lái)需要多中心、大樣本檢測(cè)。

4 結(jié)論

NMOSD是一種涉及星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷和炎癥因子的自身免疫性疾病。NLRP3、IL-1β可能在炎癥過(guò)程及發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。本研究提供了有關(guān)NLRP3、IL-1β在NMOSD中的作用的重要證據(jù)。NLRP3、IL-1β可作為NMOSD患者嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物和治療NMOSD的潛在靶點(diǎn)。