NOD樣受體蛋白3炎癥小體在多柔比星誘導(dǎo)心臟毒性中的意義

黃亞曉，何新雨，曾小娟，胡世嬌，喬文偉，張錦

作者單位：1蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；

2蘭州大學(xué)第一醫(yī)院心內(nèi)科，甘肅 蘭州730000

手術(shù)、放化療、靶向治療、免疫治療等治療方式使惡性腫瘤治療取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，腫瘤病人的生存期也得到大幅延長(zhǎng)。多柔比星（doxorubicin，DOX）是一種廣譜的蒽環(huán)類抗生素。在抗腫瘤的同時(shí)也可導(dǎo)致劑量依賴性的心臟毒性，最終可能發(fā)展為充血性心力衰竭和死亡［1］。此外，DOX 使用周期長(zhǎng)和年齡（如兒童）、糖尿病或心血管疾?。ㄈ绺哐獕?、高血脂或動(dòng)脈粥樣硬化）等更易導(dǎo)致這些并發(fā)癥，吸煙、肥胖或不運(yùn)動(dòng)也會(huì)增加心臟毒性風(fēng)險(xiǎn)［2］。因此，仍然迫切需要確定新的藥理靶點(diǎn)，以減輕多柔比星誘導(dǎo)心臟毒性（doxorubicin-induced cardiotoxicity， DIC）作用。作為感染和外部刺激的傳感器，含有NOD 樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3， NLRP3）炎癥小體的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體家族pyrin 結(jié)構(gòu)域在各種疾病的病理過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。有趣的是，降低NLRP3 炎癥小體的活性可減輕DIC。因此，針對(duì)這一發(fā)現(xiàn)，我們回顧并梳理了目前關(guān)于NLRP3 炎癥小體在DIC 中潛在意義的研究。

1 NLRP3炎癥小體結(jié)構(gòu)與功能

NLRP3 是一種模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor， PRR），識(shí)別細(xì)菌和病毒性病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），但也識(shí)別與組織和細(xì)胞損傷有關(guān)的多種危險(xiǎn)相關(guān)分子模式（damage-associated molecular patterns， DAMPs）。PAMP 或DAMP，或細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子（tumournecrosis factor，TNF）和白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β， IL-1β）可識(shí)別PRR 如Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）、白細(xì)胞介素-1受體（interleukin-1 receptor， IL-1R）激活炎癥小體［3］。NLPR3 炎癥小體的激活需要兩個(gè)階段，首先，DAMPs 或PAMPs 識(shí)別TLR，激活核因子κB （nuclear factor kappa-B， NF-κB） 通路，導(dǎo)致NLRP3 和白細(xì)胞介素-1β 前體 （pro-Interleukin-1β， pro-IL-1β）和pro-IL-18 的產(chǎn)生。其次，由NLRP3 蛋白、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis- associated speck- like protein containing a CARD，ASC），和胱天蛋白酶-1 的前體（pro-caspase-1）組成 NLRP3 炎癥小體，使pro-caspase-1 切割成活性形式的caspase-1， 進(jìn)而pro-IL-1β 和pro-IL-18 形成生物活性IL-1β 和IL-18，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)［4］。激活的Caspase-1 識(shí)別和切割引起GSDMD 激活并在細(xì)胞膜中形成GSDMD 通道，引起細(xì)胞凋亡［5］。線粒體功能障礙及活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，胞質(zhì)鈣超載、鉀外流、氧化應(yīng)激（oxidative stress，OS）和溶酶體損傷等均可誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的激活和組裝［6］。

2 NLRP3炎癥小體在DIC中的作用

DOX 是一類抗癌藥物，用于白血病、淋巴瘤、膀胱癌、乳腺癌、小細(xì)胞肺癌和其他實(shí)體瘤等多種癌癥的治療。DOX 可插入DNA 雙螺旋的堿基抑制DNA 和RNA 的合成，也可與DNA 反應(yīng)并引發(fā)細(xì)胞凋亡。目前，研究人員認(rèn)為DIC 的原因主要與線粒體功能障礙、ROS 產(chǎn)生、OS、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞焦亡等相關(guān)［7-8］。因心肌細(xì)胞富含線粒體，缺乏抗氧化酶，可產(chǎn)生大量ROS，ROS 可激活NLRP3 及后續(xù)因子的釋放，更易使心臟產(chǎn)生毒副作用。另一些研究證明，15 mg/kg 的DOX 足以建立心臟毒性小鼠模型［9］。NLRP3 炎癥小體的活性被抑制改善了DOX 誘導(dǎo)小鼠或大鼠的左心室收縮功能障礙和心肌細(xì)胞死亡［10-11］。強(qiáng)調(diào)了NLRP3 炎癥小體在DIC 中的重要作用。

NLRP3 炎癥小體激活的兩個(gè)階段：（1）DAMPs或PAMPs 結(jié)合細(xì)胞膜上TLR，激活NF-κB 通路，導(dǎo)致NLRP3、pro-IL-1 和pro-IL-18 的產(chǎn)生或激活。（2）組裝（NLRP3、ASC、pro-caspase-1）成NLRP3 炎癥小體，進(jìn)而pro-caspase-1 轉(zhuǎn)化成生物活性形式的caspase-1，促進(jìn)pro-IL-1β 和pro-IL-18，形成成熟體IL-1β和IL-18，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。激活：線粒體功能障礙及ROS的產(chǎn)生、胞質(zhì)鈣超載、鉀外流、OS和溶酶體損傷、DAMPs或PAMPs、IL-1β等。

NLRP3 炎癥小體是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)節(jié)蛋白網(wǎng)絡(luò)，可啟動(dòng)炎癥反應(yīng)，越來(lái)越多的證據(jù)表明，在DIC的發(fā)展中，NLRP3 炎癥小體的激活及后續(xù)炎癥細(xì)胞因子的分泌起著核心作用。例如，Zhu 等［12］對(duì)小鼠腹腔注射DOX 后發(fā)現(xiàn)，空泡化心肌細(xì)胞顯著增多及肌原纖維紊亂，這兩者都是心臟損傷的標(biāo)志。同時(shí)，檢測(cè)血清和心臟組織中IL-1β 水平顯著增加，并呈劑量依賴性，推測(cè)IL-1信號(hào)可能部分參與DOX 誘導(dǎo)的急性心臟損傷［12］。同樣，Sauter等［13］在ASC、caspase-1 或NLRP3 缺陷的小鼠骨髓源性巨噬細(xì)胞中，DOX未能誘導(dǎo)IL-1β 的釋放，這表明DOX 誘導(dǎo)的炎癥是由NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的。另外研究表明，DOX 還可通過(guò)誘導(dǎo)TINCR（terminal differentiation-induced lnc RNA，TINCR）基因啟動(dòng)子區(qū)的H3K27 乙?；⒓せ钚募〖?xì)胞中的轉(zhuǎn)錄，增加了TINCR 的表達(dá)。通過(guò)胰島素樣生長(zhǎng)因子ⅡmRNA 結(jié)合蛋白1（IGF2BP 1）增加mRNA 的穩(wěn)定性，增強(qiáng)TINCR 上調(diào)NLRP3 的表達(dá)的作用，激活caspase-1 和GSDMD 途徑［14］。MCC950（NLRP3 抑制劑）可使DOX 誘導(dǎo)小鼠和H9c2 細(xì)胞中NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β、IL-18 和GSDMD的表達(dá)水平降低，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡［15］。因此，DOX 誘導(dǎo)的心臟損傷與NLRP3炎癥小體活化存在相關(guān)性。

機(jī)制上，ROS 可激活NLRP3 炎癥小體。線粒體功能障礙可使ROS 產(chǎn)生增加，Catanzaro 等［16］發(fā)現(xiàn)，線粒體內(nèi)DOX 的濃度達(dá)到50～100 μmol/L 時(shí)，可使ROS 產(chǎn)生增加。同樣，在DOX 誘導(dǎo)的擴(kuò)張性心肌病模型小鼠中，經(jīng)DOX 治療可激活調(diào)控動(dòng)力相關(guān)蛋白1 進(jìn)而上調(diào)NOX1［煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶1］和NOX4 的表達(dá)，誘導(dǎo)線粒體分裂，ROS 積聚，導(dǎo)致NLRP3 炎癥小體通過(guò)caspase-1依賴性方式介導(dǎo)心肌細(xì)胞焦亡［17］。另一項(xiàng)研究也表明，DOX 誘導(dǎo)小鼠心肌和心肌細(xì)胞凋亡，同時(shí)ROS 過(guò)度產(chǎn)生，NLRP3、ASC 和caspase-1 p20 表達(dá)上調(diào)，以及心肌細(xì)胞中IL-1β分泌增加［18］。 此外，核因子紅細(xì)胞2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2， Nrf2）是參與細(xì)胞對(duì)ROS 反應(yīng)的重要信號(hào)分子。DOX 可以通過(guò)激活Nrf2 信號(hào)通路以上調(diào)P-gp 表達(dá)來(lái)增加ROS［19］。并在DOX 誘導(dǎo)急性心臟毒性的心肌細(xì)胞觀察到Nrf2 mRNA 和Nrf2 蛋白表達(dá)水平降低［20］。因此，NOX1、NOX4、Nrf2 可通過(guò)ROS-NLRP3在DIC中發(fā)揮一定的作用。

DOX還被證明通過(guò)抑制sirtuin家族的成員來(lái)干擾線粒體功能，sirtuiin 家族催化組蛋白和非組蛋白賴氨酸殘基的脫乙酰化。DOX 治療可以抑制小鼠心臟以及H9c2 和原代心肌細(xì)胞中SIRT3 的表達(dá)［21］。SIRT3 的過(guò)度表達(dá)減少了ROS 水平，保護(hù)了線粒體功能，并保護(hù)線粒體DNA 免受DOX 治療的損傷［［22］。SIRT1 是另一個(gè)sirtuin 家族成員，一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性的Ⅲ類組蛋白去乙?；?，通過(guò)增強(qiáng)自噬和減少因缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，對(duì)心肌細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用［23］。DOX 抑制SIRT1 的表達(dá)。SIRT1 缺失會(huì)加重DOX 誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，并破壞線粒體功能［24］。而SIRT1 的過(guò)度表達(dá)抑制DOX 誘發(fā)的細(xì)胞凋亡和ROS 產(chǎn)生［25］。DOX 下調(diào)H9c2 細(xì)胞和小鼠心臟組織中的SIRT1 表達(dá)并激活NLRP3 炎癥小體和增加硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein， TXNIP）水平，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡［26］。此外，DOX 誘導(dǎo)的H9c2 心肌細(xì)胞衰老依賴于硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）/NLRP3 炎癥小體途徑［27］。總之，sirtuins 可以調(diào)節(jié)線粒體功能，從而促進(jìn)心肌細(xì)胞存活。這些實(shí)驗(yàn)確定了sirtuin作為DOX誘導(dǎo)的心臟毒性的潛在治療靶點(diǎn)。

絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡等作用，由p38 MAPK 絲裂原活化蛋白激酶（p38 Mitogen-activated protein kinases， p38 MAPK）、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase， JNK）和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signal regulated kinase， ERK）組成。DOX 治療顯著增加了小鼠TLR4、NLRP3、caspase-1、IL-1β、IL-18、TNF-α 和細(xì)胞信號(hào)蛋白（MyD88、p-P38 和p-JNK）的心臟表達(dá)［28］。在髓樣分化蛋白1（MD-1）基因敲除小鼠中，Zhang 等［29］觀察到，DOX 可加速心功能障礙和心肌損傷、促進(jìn)細(xì)胞凋亡，可能通過(guò)激活TLR4/MAPKs/NF-κB 途徑實(shí)現(xiàn)的。因此，DOX 還可作用于TLR4/MAPKs 進(jìn)而導(dǎo)致NLRP3 激活致心臟損傷。盡管有令人信服的證據(jù)表明，在DOX 處理的小鼠中，抑制NLRP3 炎癥小體的激活具有心臟保護(hù)作用，但獨(dú)立于炎癥小體NLRP3 活性也可能是對(duì)DOX 的保護(hù)作用的原因［30］。

總之，NLRP3 炎癥小體通過(guò)誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡、焦亡和心肌炎癥反應(yīng)參與DIC的發(fā)生和發(fā)展，但具體機(jī)制目前尚不清楚。

3 抑制NLRP3對(duì)DIC防治的作用研究

近年來(lái)，有很多研究者發(fā)現(xiàn)使用某些天然化合物、藥物、其他等可通過(guò)靶向多種途徑中的一種或多種途徑抑制NLRP3 炎癥小體的激活，減輕DIC。見(jiàn)表1。

表1 關(guān)于天然化合物、藥物、其他等通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體激活治療DIC的總結(jié)

綜上所述，大量研究證實(shí)了NLRP3 炎癥小體在DOX 治療引起細(xì)胞死亡和炎癥反應(yīng)中所起的核心作用。DOX 誘導(dǎo)的心臟炎癥涉及多種途徑，NLRP3的過(guò)度表達(dá)加重了DOX 誘導(dǎo)的心臟損傷。同時(shí)，NLRP3 炎癥小體的下調(diào)有效地預(yù)防了DOX 引發(fā)的心臟毒性。因此，抑制NLRP3 炎癥小體激活可能是防止DIC 的有效方法。然而，上述研究大多在細(xì)胞和動(dòng)物模型上開(kāi)展，缺少在人體內(nèi)的研究，更缺乏臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的研究加以支持。此外，天然化合物、藥物、其他等雖可改善DIC，但是我們期待臨床試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)臨床效果，尋找可為臨床使用的易于獲取的能抑制NLRP3 炎癥小體的抗炎藥物，從而改善DIC病人的預(yù)后。