NLRP3在自身免疫性疾病中的研究進(jìn)展

曾夢優(yōu)　仝巧云,2,3*　周婷婷,2

三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院1(443002)　宜昌市中心人民醫(yī)院消化科2　三峽大學(xué)消化疾病研究所3

NLRP3在自身免疫性疾病中的研究進(jìn)展

曾夢優(yōu)1仝巧云1,2,3*周婷婷1,2

三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院1(443002)宜昌市中心人民醫(yī)院消化科2三峽大學(xué)消化疾病研究所3

炎癥小體是一種蛋白質(zhì)復(fù)合體，可調(diào)節(jié)半胱天冬酶-1(caspase-1)活化，促進(jìn)細(xì)胞因子產(chǎn)生，從而在免疫防御中發(fā)揮重要作用。NLRP3炎癥小體是NOD樣受體(NLR)家族的重要成員，是一種胞內(nèi)模式識別受體，主要在巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞中激活并表達(dá)。NLRP3可被多種外源性或內(nèi)源性刺激信號激活，激活后可誘導(dǎo)caspase-1成熟，促進(jìn)白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-18等促炎細(xì)胞因子分泌。Caspase-1以無活性酶原形式存在，其活化由炎癥小體控制二聚反應(yīng)產(chǎn)生[1]。目前，諸多研究[2-4]表明，NLRP3激活與多種免疫、代謝紊亂性疾病相關(guān)，包括腎臟疾病、痛風(fēng)、2型糖尿病、動脈粥樣硬化、肥胖、炎癥性腸病(IBD)等。本文就NLRP3在自身免疫性疾病中的研究進(jìn)展作一綜述。

一、NLRP3與腎臟疾病

炎癥小體依賴性細(xì)胞因子在慢性腎病中起關(guān)鍵作用，NLRP3等炎癥小體可誘導(dǎo)caspase-1成熟，引起IL-1β、IL-18等促炎細(xì)胞因子分泌，從而引起感染以及損傷組織修復(fù)。Leemans等[5]認(rèn)為，NLRs可防御尿路感染，但在無菌炎癥和免疫介導(dǎo)的腎病中亦可引起自身組織損傷。Vilaysane等[6]對43例非糖尿病腎病患者進(jìn)行研究，其中包括IgA腎病、微小病變腎病、膜性腎病、狼瘡性腎炎、高血壓腎病、新月體腎炎以及急性腎小管壞死，結(jié)果顯示患者腎組織中NLRP3表達(dá)顯著上調(diào)，且表達(dá)水平與血肌酐水平呈正相關(guān)。Akosua 等[7]對NLRP3在梗阻性腎病中的作用進(jìn)行研究，該實驗將NLRP3-/-小鼠和野生型小鼠單側(cè)輸尿管阻塞，在造模的14 d 內(nèi)，活檢可見野生型小鼠腎臟組織發(fā)生損傷，并伴隨炎癥小體激活標(biāo)記物caspase-1、IL-1β和IL-18表達(dá)水平逐漸升高，而NLRP3-/-小鼠腎臟組織損傷、炎癥、纖維化的程度均較野生型小鼠輕，提示NLRP3在腎臟梗阻性疾病中發(fā)揮重要作用。

二、NLRP3與痛風(fēng)

痛風(fēng)是尿酸鹽結(jié)晶析出并沉積于關(guān)節(jié)引起的一種具有特征性炎癥的自身炎癥性疾病，可導(dǎo)致疼痛和關(guān)節(jié)病。研究[8]顯示，粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)可促進(jìn)尿酸鹽晶體誘導(dǎo)炎性巨噬細(xì)胞分化，并使巨噬細(xì)胞NLRP3表達(dá)上調(diào)，后者可促進(jìn)IL-1β在體內(nèi)應(yīng)答[9]。Martinon等[10]的研究顯示，尿酸鹽是NLRP3的有效激活物，可介導(dǎo)產(chǎn)生炎癥和免疫反應(yīng)。黨萬太等[11]比較了急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎、非急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎和健康體檢者外周血單個核細(xì)胞NLRP3、caspase-1及其相關(guān)因子的表達(dá)情況，結(jié)果顯示NLRP3基因、蛋白表達(dá)及其相關(guān)致炎和抗炎性因子在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者中表達(dá)增加，提示NLRP3在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

Martinon[12]指出，尿酸鹽是痛風(fēng)的關(guān)鍵誘導(dǎo)因素，其被巨噬細(xì)胞吞噬后，通過促進(jìn)鉀離子外流和誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生大量活性氧(ROS)，誘導(dǎo)NLRP3活化，激活caspase-1，使IL-1β剪切、成熟、分泌。成熟的IL-1β與靶細(xì)胞IL-1受體結(jié)合，激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，如核因子(NF)-κB等，生成大量炎性介質(zhì)，進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)。

三、NLRP3與2型糖尿病

研究[13]指出，2型糖尿病是一種代謝性炎癥性疾病，炎性細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激可導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能下降。目前認(rèn)為，NLRP3炎癥小體成為連接氧化應(yīng)激、IL-1β以及硫氧還蛋白結(jié)合蛋白(TXNIP)的重要紐帶，此為糖尿病的研究和治療提供了新途徑。

細(xì)胞外ATP是誘導(dǎo)NLRP3活化的一種損傷相關(guān)分子模式(DAMP)，在細(xì)胞損傷和壞死區(qū)域釋放。ATP可刺激鉀離子由嘌呤P2X7受體通道(一種ATP離子門控通道)快速流出，亦可通過泛連接蛋白-1半通道觸發(fā)相關(guān)因子募集以及誘導(dǎo)細(xì)胞孔道形成[14]。NLRP3能感受細(xì)胞內(nèi)低鉀狀態(tài)，從而破壞胞膜完整性，半通道孔道形成使NLRP3激動劑迅速進(jìn)入細(xì)胞，直接促進(jìn)NLRP3活化[15]。NLRP3被激活后，通過核苷酸結(jié)合域(NACHT)間的同型相互作用被寡聚化，使聚集的熱蛋白結(jié)構(gòu)域(PYD)與接頭蛋白(ASC)相互作用，從而誘導(dǎo)caspase-1聚集、活化，激活的caspase-1可分泌多種細(xì)胞因子，如IL-1β、IL-18等。IL-1β水平升高是2型糖尿病的危險因素，其可增加胰島素抵抗，IL-1β間接引起的高血糖加速了胰島β細(xì)胞破壞，導(dǎo)致胰島素分泌失調(diào)[16]。

研究[16]指出，IL-β、ROS、TXNIP與2型糖尿病的發(fā)生有關(guān)。血糖升高可誘導(dǎo)TXNIP表達(dá)升高，后者可將與之結(jié)合的ROS分離，使其自身成為NLRP3激活劑。NLRP3活化后通過激活caspase-1，促進(jìn)IL-1β成熟、釋放，從而影響胰島β細(xì)胞功能，促進(jìn)胰島β細(xì)胞死亡。

四、NLRP3與動脈粥樣硬化

膽固醇結(jié)晶長期沉積于動脈血管是動脈粥樣硬化的典型特征。研究表明，膽固醇結(jié)晶出現(xiàn)于動脈粥樣硬化病變的早期階段，與炎性細(xì)胞聚集同時出現(xiàn)，此為明確動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制以及治療提供了新靶點。與胰島淀粉樣多肽相似，膽固醇結(jié)晶可在脂蛋白致敏的小鼠和人類巨噬細(xì)胞中通過溶酶體損傷或破裂激活NLRP3，活化的NLRP3可通過產(chǎn)生IL-1β等細(xì)胞因子促進(jìn)動脈粥樣硬化形成[17]。低密度脂蛋白受體(LDLR)缺失可導(dǎo)致膽固醇結(jié)晶形成。Duewell等[17]將NLRP3-/-骨髓移植入LDLR-/-小鼠體內(nèi)，并給予高膽固醇飲食，結(jié)果顯示小鼠動脈粥樣硬化形成受阻，提示NLRP3在動脈粥樣硬化形成早期起關(guān)鍵作用。

Sandanger等[18]在小鼠心肌缺血/再灌注損傷實驗中發(fā)現(xiàn)，結(jié)扎小鼠冠狀動脈后，左心室NLRP3、IL-1β、IL-18表達(dá)明顯增加。心肌缺血時，心肌成纖維細(xì)胞在ATP作用下可促進(jìn)NLRP3形成。從NLRP3-/-小鼠分離的心臟，經(jīng)灌注、廣泛缺血/再灌注后，心臟功能提高，缺氧損傷降低。NLRP3在心肌梗死的心肌成纖維細(xì)胞中表達(dá)增加，可能是缺血、再灌注過程中影響梗死面積的因素。

NLRP3被膽固醇結(jié)晶激活后，通過巨噬細(xì)胞釋放IL-1β并觸發(fā)炎癥，從而加重動脈粥樣硬化，巨噬細(xì)胞亦能在病變部位死亡，成為凋亡細(xì)胞和碎片，形成壞死中心。壞死病變和變薄的纖維帽被認(rèn)為是心腦血管疾病發(fā)病的前兆[19]，了解這兩種形態(tài)特征的分子基礎(chǔ)，有助于探索新手段預(yù)防或減少心血管疾病的發(fā)生。

五、NLRP3與IBD

IBD的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。目前認(rèn)為腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)相互作用可啟動自身免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致IBD。NLR家族是IBD發(fā)病過程中的重要識別受體，NLRP3能特異性識別病原相關(guān)分子模式(PAMPs)和DAMPs，引起腸道自身免疫反應(yīng)[20]。NLRP3作為NLR家族中最具特點的炎癥小體，在腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。檢測NLRP3水平有助于判斷IBD疾病嚴(yán)重程度以及IBD相關(guān)結(jié)直腸癌的發(fā)生風(fēng)險[21]。

多數(shù)研究認(rèn)為NLRP3可維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，對實驗性結(jié)腸炎有保護(hù)作用，其功能缺陷可能導(dǎo)致對IBD易感。研究[22]表明， IBD易感基因NOD2是先天免疫系統(tǒng)的胞內(nèi)受體，屬于NLR超家族一員，其突變會增加克羅恩病(CD)的發(fā)病風(fēng)險。Hirota等[3]分別以葡聚糖硫酸鈉、2,4,6-三硝基苯磺酸構(gòu)建結(jié)腸炎動物模型，評價NLRP3-/-小鼠和野生型小鼠腸道穩(wěn)態(tài)，結(jié)果顯示NLRP3-/-小鼠對于實驗性結(jié)腸炎更易感，且IL-1β、IL-10、TGF-β表達(dá)減少，從NLRP3-/-小鼠分離出的巨噬細(xì)胞對細(xì)菌胞壁酰二肽無應(yīng)答。此外，NLRP3-/-小鼠可改變防御素基因的表達(dá)，減少腸道抗菌物的分泌。然而，亦有研究[23]發(fā)現(xiàn)，NLRP3-/-小鼠對DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎耐受，其機(jī)制可能與結(jié)腸分泌促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-18、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等減少有關(guān)。目前，關(guān)于NLRP3在IBD中的作用尚存在爭議，有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

六、展望

NLRP3炎癥小體作為固有免疫的重要組分，在機(jī)體免疫反應(yīng)和自身免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要作用。由于可被多種類型的病原體或危險信號激活，NLRP3在多種疾病的發(fā)病機(jī)制中均發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此，作為炎癥反應(yīng)的核心，NLRP3有望為多種炎癥性疾病的治療提供新靶點，亦為未來相關(guān)疾病的研究提供了新方向。

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(2014-12-19收稿)

·病例分析與個案報道·

摘要炎癥小體是一種蛋白質(zhì)復(fù)合體，可調(diào)節(jié)半胱天冬酶-1(caspase-1)活化，促進(jìn)細(xì)胞因子產(chǎn)生，從而在免疫防御中發(fā)揮重要作用。NLRP3炎癥小體是NOD樣受體(NLR)家族的重要成員，其主要在巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞中激活并表達(dá)。NLRP3可感知病原相關(guān)分子模式(PAMPs)和損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)，啟動先天性免疫應(yīng)答，在自身免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。本文就NLRP3在自身免疫性疾病中的研究進(jìn)展作一綜述。

關(guān)鍵詞炎癥體；NLRP3；半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1；自身免疫炎癥性疾病；Crohn病

Advances in Study on NLRP3 in Autoimmune DiseasesZENGMengyou1,TONGQiaoyun1,2,3,ZHOUTingting1,2.1TheFirstCollegeofClinicalMedicalScience,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,HubeiProvince(443002);2DepartmentofGastroenterology,YichangCentralPeople’sHospital,Yichang,HubeiProvince;3theInstituteofDigestiveDisease,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,HubeiProvince

Correspondence to: TONG Qiaoyun, Email: tongqy0904@163.com

AbstractInflammasome is a multi-protein complex which plays an important role in innate immune defense, and can adjust the activation of caspase-1 and promote the production of cytokines.NLRP3 is an important member of inflammasome Nod-like receptor (NLR) family, and its activation and expression occur mainly in macrophages and dendritic cells.NLRP3 can sense the pathogen associated molecular patterns (PAMPs) and damage associated molecular patterns (DAMPs) and initiate the inherent immune response, which plays an important role in the pathogenesis of autoimmune diseases. This article reviewed the advances in study on NLRP3 in autoimmune diseases.

Key wordsInflammasomes;NLRP3;Caspase 1;Autoimmune Disease;Crohn Disease

通信作者*本文，Email: tongqy0904@163.com

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2015.07.015