NLRP1炎癥小體與腫瘤研究進(jìn)展

黃豐澤 梁萬旺 孫達(dá)欣

作者單位：541001 桂林 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院乳腺甲狀腺外科

識(shí)別受體（pattern-recognition receptor，PRR）通過識(shí)別入侵的微生物以及體內(nèi)危險(xiǎn)信號(hào)，隨后通過分泌細(xì)胞因子和趨化因子激活獲得性免疫系統(tǒng)［1］。根據(jù)分布位置不同可將PRR分為兩大類：位于細(xì)胞膜上的 TOLL樣受體（toll-like receptor，TLR）、C 型凝集素受體和位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的NOD樣受體、RIG-I樣受體、黑色素瘤缺乏因子2樣受體［2］。其中NOD樣受體蛋白 1（nod like receptor proein l，NLRP1）受多種不同外源性和內(nèi)源性刺激信號(hào)激活，從而形成一個(gè)由多種蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體即NLRP1炎癥小體。NLRP1炎癥小體是最早被發(fā)現(xiàn)的炎性體［3］，已被發(fā)現(xiàn)可能與多種腫瘤發(fā)生有關(guān)，但目前其在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用仍存爭(zhēng)議。本文就NLRP1炎癥小體與腫瘤的研究進(jìn)展作一綜述。

1 NLRP1炎癥小體的構(gòu)成

NLRP1炎癥小體是由感受器NLRP1、接頭蛋白ASC和效應(yīng)蛋白Caspase-1構(gòu)成的一種大分子多蛋白復(fù)合體（圖1）。人體中只存在一種NLRP1基因，但在小鼠中有三種旁系同源成員，分別是NLRP1a、NLRP1b和NLRP1c。人類NLRP1與所有NLR的結(jié)構(gòu)具有相似性，但也有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域，由N端PYD結(jié)構(gòu)域、中間的核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（nucleotide binding domain，NBD）、富含亮氨酸的重復(fù)序列（leucine-rich repeat，LRR）、尋找功能結(jié)構(gòu)域（function to find domain，F(xiàn)IIND）和C端CARD結(jié)構(gòu)域組成。一般情況下，PYD和CARD結(jié)構(gòu)域分別介導(dǎo)其他下游含PYD和CARD的蛋白質(zhì)，如分別與ASC和Caspase-1的同型相互作用；而NBD結(jié)構(gòu)域可與LRR結(jié)構(gòu)域相互作用，F(xiàn)IIND結(jié)構(gòu)域能使NLRP1感知自身蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，以檢測(cè)和響應(yīng)病原體相關(guān)活動(dòng)。NLRP1特有的CARD結(jié)構(gòu)域能通過CARD-CARD相互作用直接結(jié)合Caspase-1，完成NLRP1炎癥小體的裝配，因此ASC雖然能促進(jìn)NLRP1介導(dǎo)的Caspase-1活化，但并不是NLRP1炎癥小體活化過程中的必要組成部分［4］。而Caspase-1作為NLRP1炎性小體的效應(yīng)蛋白，激活后能促進(jìn)IL-1β和IL-18成熟與分泌。此外，NLRP1還可與Caspase-5相互作用［5］，但尚未確定Caspase-5在NLRP1炎癥小體中是否發(fā)揮作用。

2 NLRP1炎癥小體的激活與調(diào)控

2.1 NLRP1炎癥小體的激活

NLRP1炎癥小體的激活機(jī)制尚不明確，激活物質(zhì)主要包括細(xì)菌的胞壁酰二肽、炭疽致死毒素以及寄生蟲等［6］。在未被激活狀態(tài)下，NLRP1中的NBD結(jié)構(gòu)域與LRR結(jié)構(gòu)域相互作用，抑制自身的寡聚化而處于無活性狀態(tài)。接觸激活物后，NLRP1中的LRR結(jié)構(gòu)域與其結(jié)合，使NLRP1的空間構(gòu)象隨之變化，暴露出PYD與CARD結(jié)構(gòu)域，然后PYD結(jié)構(gòu)域與ASC的PYD結(jié)構(gòu)域結(jié)合，同時(shí)ASC的 CARD結(jié)構(gòu)域招募Caspase-1前體對(duì)其進(jìn)行寡聚化，從而完成炎癥小體裝配。寡聚化的Caspase-1前體自身磷酸化裂解形成有活性的Caspase-1，進(jìn)而參與IL-1β、IL-18的加工和分泌，使其成熟，從而參與炎癥反應(yīng)［7-8］。此外，活化的Caspase-1能切割GSDMD蛋白，形成具有膜毒性的GSDMD-N端p30片段，從而導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生炎癥性程序性死亡方式即細(xì)胞焦亡，這種現(xiàn)象常見于細(xì)胞內(nèi)病原體感染［9-10］。

圖1 NLRP1炎癥小體的組成Fig.1 Composition of NLRP1 inflammasome

2.2 NLRP1炎癥小體的調(diào)控

NLRP1炎癥小體在感染過程的免疫應(yīng)答中起重要作用。NLRP1炎癥小體過度激活會(huì)導(dǎo)致過度炎癥反應(yīng)，且與多種疾病相關(guān)，包括Ⅰ型糖尿病、自身免疫性甲狀腺疾病和系統(tǒng)性紅斑狼瘡等［11］。因此，調(diào)節(jié)NLRP1炎癥小體對(duì)維持體內(nèi)平衡和防止體內(nèi)有害反應(yīng)至關(guān)重要。目前已知的NLRP1炎癥小體的調(diào)控方式可分為以下幾類：⑴含有PYD結(jié)構(gòu)域的蛋白，包括熱蛋白、PYDC1（pyrin domain-containing protein 1）和 PYDC2（pyrin domain-containing protein 2）等，主要通過 PYD-PYD相互作用，干擾ASC與NLRP1的相互作用，抑制炎癥小體活化。⑵具有CARD結(jié)構(gòu)域蛋白，包括 COP、INCA、ICEBERG 和 Caspase-12等，通過阻止Caspase-1募集抑制炎癥小體活化。⑶抗凋亡蛋白，如Bcl-2和Bcl-xl，在正常靜息細(xì)胞中與NLRP1結(jié)合，抑制Caspase-1活化和IL-1β分泌［12］。⑷Kaposi肉瘤病毒、皰疹病毒等，通過與NLRP1結(jié)合，抑制炎癥小體活化［13］。

3 NLRP1炎癥小體與腫瘤

炎癥的持續(xù)存在可能導(dǎo)致惡性腫瘤發(fā)生，也在癌癥發(fā)展和侵襲中起重要作用［14］。炎癥小體是先天免疫系統(tǒng)中的多蛋白復(fù)合體，可引發(fā)Caspase-1激活和炎性細(xì)胞因子成熟。IL-1β過度表達(dá)可影響多種自身免疫性疾病，且可能導(dǎo)致癌變［15］。包括 NLRP3、NLRP6、NLRC4、NLRP1和AIM2在內(nèi)的幾種炎癥小體可能通過對(duì)先天性和適應(yīng)性免疫、細(xì)胞凋亡、分化的調(diào)節(jié)而在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮致病作用［16］。

3.1 NLRP1炎癥小體與結(jié)直腸癌

研究認(rèn)為結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）的發(fā)生與炎性腸病有關(guān)，因此炎癥與CRC關(guān)系的研究也越來越多，但結(jié)果仍存爭(zhēng)議［17］。研究顯示NLRP1炎癥小體對(duì)炎性腸病和CRC的影響主要通過調(diào)控IL-1β和IL-18發(fā)揮作用。IL-1β可經(jīng)IL-1β/NF-κB/mir-181a/PTEN信號(hào)通路發(fā)揮促進(jìn)CRC細(xì)胞生長(zhǎng)作用［17］，也能誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中的炎癥介質(zhì)COX-2生成從而有利于CRC細(xì)胞增殖和侵襲［18］。IL-18主要在CRC發(fā)生中發(fā)揮抑制作用［19］。也有研究［20］在結(jié)腸癌患者活檢組織中發(fā)現(xiàn)NLRP1水平較健康對(duì)照組下調(diào)，且可作為結(jié)腸穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑；在葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS） 和偶氮甲烷（azoxymethane，AOM）誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸炎及結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤發(fā)生實(shí)驗(yàn)中同樣發(fā)現(xiàn)缺乏NLRP1的小鼠胃腸道炎癥和腫瘤發(fā)生率顯著增加，且與IL-1β和IL-18水平降低有關(guān)，因此認(rèn)為NLRP1對(duì)小鼠腸道黏膜起保護(hù)作用，可對(duì)抗DSS和AOM誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎和結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。但是，最近有研究［21］提出NLRP1可通過限制腸道內(nèi)的梭狀芽孢桿菌作用，降低結(jié)腸丁酸鹽的產(chǎn)生，從而促進(jìn)炎癥性腸病發(fā)生。其中丁酸鹽可以通過抑制SIRT3活性，改變線粒體內(nèi)關(guān)鍵蛋白復(fù)合體PDC和ComplexⅠ的乙?；?，激活PDC并抑制ComplexⅠ活性，從代謝層面促進(jìn)結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞凋亡［22］。因此，NLRP1炎癥小體在結(jié)CRC發(fā)生和發(fā)展中起到一定作用，但主要發(fā)揮促進(jìn)作用還是抑制作用仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.2 NLRP1炎癥小體與皮膚癌

皮膚癌主要分為鱗狀細(xì)胞癌、黑色素瘤和基底細(xì)胞癌三大類，好發(fā)于臉頰、鼻部、眼瞼皮膚等長(zhǎng)期暴露于陽光的部位［23］。與其他NLR相比，NLRP1主要在人類皮膚中表達(dá)［24］。NLRP1基因編碼區(qū)和非編碼區(qū)的多態(tài)性也與白癜風(fēng)相關(guān)。白癜風(fēng)是一種影響皮膚黑色素細(xì)胞的自身免疫性疾病，患者血清中IL-1β水平往往較正常人群高［25-26］。NLRP1基因變異也已被證實(shí)可誘發(fā)銀屑病和角膜上皮內(nèi)角化不良［27-28］。此外，純合子序列變體（Gly587Ser）與黑色素瘤也相關(guān)，其位于NLRP1基因的一個(gè)區(qū)域，而該區(qū)域主要調(diào)節(jié)炎癥小體寡聚化和組裝，意味著該變體可促進(jìn)NLRP1組裝增加，并導(dǎo)致NLRP1炎癥小體過度活化，加速腫瘤進(jìn)展［29］。有研究［30］檢測(cè)216例黑色素瘤組織樣本和13例人黑色素瘤細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)NLRP1在黑色素瘤中表達(dá)升高，而敲除人轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞中NLRP1表達(dá)后Caspase-1 活性、IL-1β 產(chǎn)生、IL-1β 分泌和核因子-κB活性均降低，同時(shí)增強(qiáng) Caspase-2、Caspase-9活性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，說明NLRP1通過增強(qiáng)炎癥小體激活和抑制黑色素瘤細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)黑色素瘤生長(zhǎng)。NLRP1是人類皮膚中主要的炎癥傳感器，在最近發(fā)現(xiàn)的兩種新皮膚疾病多發(fā)性自愈性掌跖癌（multiple self-healing palmoplantar carcinoma，MSPC） 和家族性慢性苔蘚樣角化?。╢amilial keratosis lichenoides chronic，F(xiàn)KLC）中進(jìn)行基因測(cè)序，同樣發(fā)現(xiàn)兩種疾病的發(fā)生均與NLRP1基因突變有關(guān)，且角質(zhì)形成細(xì)胞中NLRP1炎癥小體異常激活和IL-1細(xì)胞因子分泌可直接引起皮膚炎癥和表皮增生［31］。但是，在鱗狀細(xì)胞癌活檢樣本中發(fā)現(xiàn)NLRP1，ASC，Caspase-1和proIL-1β的蛋白質(zhì)水平較健康皮膚降低［32］，在鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn) ASC、Caspase-1、IL-1β和 NLRP1表達(dá)被甲基化抑制，因此認(rèn)為NLRP1炎癥小體通路在鱗狀細(xì)胞癌中下調(diào)可能促進(jìn)腫瘤發(fā)展。綜上可見，NLRP1炎癥小體主要對(duì)皮膚腫瘤起促進(jìn)作用，但在不同皮膚腫瘤中致病機(jī)制可能不同。

3.3 NLRP1炎癥小體與乳腺癌

NLRP1炎癥小體主要通過IL-1β和IL-18在乳腺癌發(fā)展中起作用，兩者均表現(xiàn)為高表達(dá)［33-34］。其中，IL-18是NLRP1炎癥小體的下游產(chǎn)物，其表達(dá)水平增加可能與NLRP1炎癥小體過度激活有關(guān)。GUNEL等［34］檢測(cè)38例轉(zhuǎn)移性和26例非轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者以及16名健康對(duì)照者血清中的IL-18水平，發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者血清IL-18水平較健康人群明顯升高，且轉(zhuǎn)移患者IL-18水平高于非轉(zhuǎn)移患者，認(rèn)為IL-18可作為監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)移性乳腺癌的有效指標(biāo)。此外，IL-18基因多態(tài)性也與乳腺癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)［35］。也有研究［36］在人乳腺癌mcf-7細(xì)胞及乳腺癌組織中發(fā)現(xiàn)NLRP1高表達(dá)，且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移階段和Ki-67水平相關(guān)，裸鼠移植瘤模型觀察到NLRP1過表達(dá)可能是通過誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化而促進(jìn)乳腺癌遷移、侵襲和生長(zhǎng)。但是，NLRP1促進(jìn)乳腺癌發(fā)展的具體作用機(jī)制尚未闡明，有待進(jìn)一步證實(shí)。

3.4 NLRP1炎癥小體與白血病

白血病是一類造血干細(xì)胞惡性克隆性疾病。有研究［37］在髓系白血病細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)CREB磷酸化可導(dǎo)致NLRP1表達(dá)水平上調(diào)，而使用CREB抑制劑后其表達(dá)水平降低（超過3倍），認(rèn)為NLRP1可能受CREB轉(zhuǎn)錄調(diào)控，有助于調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)促炎刺激的反應(yīng)。XU等［38］在慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞中上調(diào)NLRP1水平發(fā)現(xiàn)可促進(jìn)細(xì)胞增殖，而下調(diào)NLRP1水平則抑制細(xì)胞增殖且誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。還有研究發(fā)現(xiàn)，NLRP1可介導(dǎo)白血病細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β，而IL-1β可通過自分泌和旁分泌方式誘導(dǎo)白血病細(xì)胞增殖［39-40］。由此可知，NLRP1在白血病的發(fā)生與發(fā)展中可能發(fā)揮促進(jìn)作用。

3.5 NLRP1炎癥小體與惡性間皮瘤

惡性間皮瘤是原發(fā)于胸膜，具有高度侵襲性的惡性腫瘤，對(duì)化療和放療的抵抗力極強(qiáng)。惡性間皮瘤病因大多與長(zhǎng)期接觸石棉有關(guān)，其中與石棉接觸有關(guān)的一種傷害機(jī)制與炎癥反應(yīng)有關(guān)，且主要由炎癥小體激活的IL-1β驅(qū)動(dòng)［41］。NLRP1和 NLRP3均被認(rèn)為是石棉暴露細(xì)胞的內(nèi)傳感器。ATHER等［42］報(bào)道NLRP3是炎癥反應(yīng)和IL-1β/IL-18分泌的誘導(dǎo)劑，而NLRP1是細(xì)胞暴露后存活/凋亡的調(diào)節(jié)因子。此外，肺實(shí)質(zhì)中存在的石棉小體也被認(rèn)為是既往暴露于石棉纖維組織的病理學(xué)標(biāo)志事件。最近研究發(fā)現(xiàn)［43］，NLRP1 rs12150220錯(cuò)義變異（H155L）與惡性胸膜間皮瘤患者的石棉小體數(shù)量相關(guān)，說明NLRP1炎癥小體可能有助于肺石棉小體發(fā)展。以往研究也在暴露于石棉的間皮瘤患者中觀察到NLRP1基因改變［44］。因此推測(cè)，NLRP1基因的改變可能增加了惡性間皮瘤的易感性，但具體機(jī)制有待進(jìn)一步深入探索。

4 小結(jié)

綜上所述，NLRP1炎性小體能激活Caspase-1，其加工和分泌的炎癥因子IL-1β和IL-18在人體中發(fā)揮重要的炎癥作用，且與多種癌癥密切相關(guān)，在腫瘤發(fā)生和抗腫瘤免疫中發(fā)揮促進(jìn)或抑制作用，目前也已開發(fā)了靶向炎癥小體的化合物如IL-1β中和抗體和IL-18結(jié)合蛋等，但NLRP1炎癥小體的激活機(jī)制、信號(hào)通路及調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入研究證實(shí)，才能真正為腫瘤預(yù)防及治療提供新策略。