NLRP3炎癥小體及血管細(xì)胞黏附分子-1在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中的研究進(jìn)展*

張春澤 蘇娟

痛風(fēng)是一種單鈉尿酸鹽（MSU）結(jié)晶沉積誘導(dǎo)的全身慢性炎癥疾病，受飲食習(xí)慣、生活方式、環(huán)境及地域等多種因素的影響。隨著人們生活水平的改善，痛風(fēng)的患病率逐年增加，其中，男性患病率遠(yuǎn)高于女性[1]。GA 是急性痛風(fēng)發(fā)作時關(guān)節(jié)部位的炎癥表現(xiàn)，與體內(nèi)血尿酸水平明顯升高有關(guān)。其發(fā)病與機(jī)體炎癥及免疫關(guān)系非常密切，其中NLRP3 炎癥小體的激活與白細(xì)胞介素-1β（interleukin，IL-1β）的釋放在痛風(fēng)炎癥中起關(guān)鍵作用[2]。此外，血管細(xì)胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）也參與了本病炎癥反應(yīng)的過程。本病可合并高血壓、肥胖癥、糖尿病、心血管疾病、代謝綜合征等疾病，對患者生活質(zhì)量和長期預(yù)后產(chǎn)生了負(fù)面的影響[3]。因此，在合并癥并存的情況下管理GA 患者具有極大的挑戰(zhàn)性。通過長期降尿酸治療可誘導(dǎo)體內(nèi)MSU 晶體溶解，最終能夠預(yù)防痛風(fēng)的發(fā)作和痛風(fēng)石的形成進(jìn)而提高患者的生活質(zhì)量[4]。此外，進(jìn)一步研究GA 的發(fā)病機(jī)制有利于新藥的進(jìn)展和采取更有利的預(yù)防措施。

1 NLRP3炎癥小體

1.1 NLRP3 炎癥小體的概述 炎癥小體為一種胞質(zhì)型蛋白復(fù)合體，可以識別體內(nèi)外各種信號、危險因子及微生物病原體。它的定義最早于2002 年提出，Martinon 等[5]發(fā)現(xiàn)其在微生物感染及免疫與代謝調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。炎癥小體分為多種亞型，其中NLPR3 炎癥小體是目前研究最多且最為重要的亞型。

有研究已證實NLRP3、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase 1，Caspase-1）三部分構(gòu)成了NLRP3 炎癥小體復(fù)合體，其廣泛存在于免疫細(xì)胞，包括抗原提呈細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞、T 和B 淋巴細(xì)胞等[6]。NLRP3 炎癥小體的核心蛋白為NLRP3，其中心富含一個核苷酸結(jié)合和寡聚 化（nucleotide binding and oligomerization domain，NACHT）結(jié)構(gòu)域，它可促進(jìn)自身寡聚化并具有ATP酶活性，同時NLRP3 蛋白C-端的亮氨酸重復(fù)序列（leucine-rich repeat domain，LRR）結(jié)構(gòu)域可感知內(nèi)源性信號并能夠調(diào)節(jié)自身NLRP3 蛋白的活性，而位于NLRP3 蛋白N-端的吡喃（pyrin domain，PYD）結(jié)構(gòu)域可以與ASC 相互關(guān)聯(lián)[7]。其中，ASC包含兩個轉(zhuǎn)導(dǎo)域，一個轉(zhuǎn)導(dǎo)域連接上游NLRP3 蛋白的PYD 結(jié)構(gòu)域，另一個連接下游的Caspase-1，進(jìn)而把NLRP3 蛋白與Caspase-1 聯(lián)系在一起[8]。NLRP3 炎癥小體的效應(yīng)蛋白為Caspase-1，它能夠?qū)L-1β 前體（pro-IL-1β）轉(zhuǎn)化為活性IL-1β，從而分泌到胞外引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)[9]。這三種蛋白質(zhì)之間的相互作用緊密調(diào)節(jié)NLRP3 炎癥小體的功能，以確保在其激活時發(fā)揮免疫活性并參與炎癥調(diào)控。

1.2 NLRP3 炎癥小體在GA 中的作用 在無外界免疫刺激時，NLRP3 炎癥蛋白復(fù)合體之間的內(nèi)部作用抑制NLRP3 蛋白和ASC 之間的相互反應(yīng)最終阻礙NLRP3 炎癥小體的組裝。此外，NLRP3 炎癥小體的特殊之處在于其可由多種不同的外界信號激活，其中MSU 晶體可以作為免疫損傷信號激活NLRP3 炎癥小體。研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3 炎癥小體的激活依賴于雙信號啟動系統(tǒng)[10]。其一，單核細(xì)胞膜表面的Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）能夠識別MSU 晶體并激活細(xì)胞內(nèi)核因子NF-κB 信號進(jìn)而促進(jìn)NLRP3 炎癥小體成分的合成及pro-IL-1β 的轉(zhuǎn)錄。其二，MSU 晶體也可以作為刺激信號誘導(dǎo)NLRP3 炎癥小體的組裝以及Caspase-1 前體（pro-Caspase-1）的激活，活性Caspase-1 能夠?qū)ro-IL-1β 水解為成熟的IL-1β。研究表明，IL-1β 炎癥因子是導(dǎo)致痛風(fēng)炎癥發(fā)生發(fā)展的核心，其可促進(jìn)血管擴(kuò)張導(dǎo)致單核細(xì)胞的招募和中性粒細(xì)胞進(jìn)入MSU晶體沉積的部位并誘發(fā)關(guān)節(jié)炎癥[4]。且持續(xù)分泌的IL-1β 可導(dǎo)致基質(zhì)降解酶的產(chǎn)生，從而破壞軟骨和骨骼[11]。為了避免嚴(yán)重的組織損傷，必須要嚴(yán)格調(diào)控NLRP3 炎癥小體的組裝和激活。此外，中性粒細(xì)胞是一把雙刃劍具有雙面性，它既可以捕獲病原體減輕炎癥反應(yīng)，又能加劇炎癥反應(yīng)與組織損傷。當(dāng)MSU 晶體沉積于關(guān)節(jié)時，關(guān)節(jié)周圍的局部免疫細(xì)胞中可激活NLRP3 炎癥小體從而導(dǎo)致中性粒細(xì)胞快速和劇烈的募集，使得患者急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的強(qiáng)烈發(fā)作[12]。然而，中性粒細(xì)胞胞外陷阱（neutrophil extracellular traps，NETs）是活化的中性粒細(xì)胞釋放至胞外的微粒樣結(jié)構(gòu)，其在局部高密度中性粒細(xì)胞下能夠形成聚集性NETs，這些聚集性NETs 緊密包裹著關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)周圍沉積的MSU 晶體，并通過蛋白酶水解酶捕獲和降解局部細(xì)胞及趨化因子緩解急性痛風(fēng)的發(fā)作，但中性粒細(xì)胞在持續(xù)性炎癥時也會無法控制的釋放NETs，隨后產(chǎn)生一系列的不良影響如大量NETs 導(dǎo)致血管阻塞、組織損傷及與痛風(fēng)進(jìn)展和惡化相關(guān)的長期炎癥[13]。

NLRP3 炎癥小體的激活途徑尚未完全明確，目前已經(jīng)提出一些機(jī)制來闡明其激活途徑[8]。（1）胞外三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）通過由pannexin 1（Panx1）半通道組成的致膿性P2X7受體依賴性孔誘導(dǎo)K+外流；（2）病原相關(guān)分子模式與損傷相關(guān)分子模式激發(fā)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生；（3）吞噬細(xì)胞吞噬環(huán)境刺激物（如二氧化硅、石棉、淀粉樣蛋白-β 和明礬等）形成細(xì)胞內(nèi)結(jié)晶或顆粒樣結(jié)構(gòu)導(dǎo)致溶酶體破裂及組織蛋白酶B 的釋放。此外，線粒體損害、溶酶體破壞、自噬功能異常等也可以激活NLRP3 炎癥小體。

有研究發(fā)現(xiàn)，GA 患者外周血單個核細(xì)胞中NLRP3 蛋白、ASC 的表達(dá)顯著增高，同時血清中IL-1β、IL-2、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等促炎因子表達(dá)也升高，提示NLRP3 炎癥小體與GA 發(fā)病相關(guān)，同時也說明IL-1β 參與了本病的進(jìn)展[14]。Wang 等[15]通過大鼠痛風(fēng)模型研究顯示，口服菊苣提取物可通過抑制痛風(fēng)大鼠的NF-κB 和NLRP3 蛋白信號通路能夠顯著降低IL-1β 的釋放，進(jìn)一步緩解痛風(fēng)關(guān)節(jié)腫脹及炎癥活動。同樣，Li 等[16]研究證實，植物化學(xué)物質(zhì)β-石竹烯能夠抑制滑膜組織中NLRP3 蛋白、Caspase-1、ASC 及IL-1β 的表達(dá)，顯著降低MSU誘導(dǎo)的GA 大鼠踝關(guān)節(jié)的炎癥。上述兩種研究都間接說明了NLRP3 蛋白與IL-1β 能夠誘導(dǎo)GA 的發(fā)生與發(fā)展。

2 VCAM-1

2.1 VCAM-1 的概述 VCAM-1 為一種90-kDa 膜表面糖蛋白，是免疫球蛋白超家族的成員之一，它在細(xì)胞間黏附及信號傳遞、免疫與炎癥、感染、腫瘤轉(zhuǎn)移及血管生成的過程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用[17]。通常，VCAM-1 主要在內(nèi)皮細(xì)胞的表面表達(dá)，其主要作用為介導(dǎo)細(xì)胞間黏附與跨細(xì)胞遷移[18]。VCAM-1的表達(dá)在炎癥條件下受促炎細(xì)胞因子、ROS、氧化低密度脂蛋白、高濃度葡萄糖及TLR 激動劑等多種信號的刺激。

研究表明，免疫細(xì)胞如漿細(xì)胞、吞噬細(xì)胞和NK 細(xì)胞等，它們可釋放TNF-α 介導(dǎo)炎癥反應(yīng)與損傷，同時TNF-α 也會誘導(dǎo)細(xì)胞黏附因子如細(xì)胞間黏附分子1（intercellular cell adhesion molecule 1，ICAM-1）與VCAM-1 的表達(dá)[19-20]。人VCAM-1 由7 個胞外免疫球蛋白（Ig）樣結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)以及19 個氨基酸組成的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域三部分構(gòu)成。目前整合素α4β1 已被證明為VCAM-1 的重要配體，是介導(dǎo)B 細(xì)胞與淋巴生發(fā)中心牢固黏附所必需的因子[21]。在VCAM-1 的胞外7 個Ig 樣結(jié)構(gòu)域中，結(jié)構(gòu)域1 和/或4 參與白細(xì)胞整合素α4β1 的直接結(jié)合，導(dǎo)致白細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面[21]。而Lee 等[22]研究表明VCAM-1 的胞外Ig 樣結(jié)構(gòu)域6 主要誘導(dǎo)白細(xì)胞在炎癥中遷移，對白細(xì)胞黏附作用較小。活化的血管內(nèi)皮細(xì)胞表面VCAM-1 與配體整合素α4β1 結(jié)合通過一系列的復(fù)雜反應(yīng)后激活VCAM-1 的下游信號分子，包括Ca2+、Ras 相關(guān)的C3 肉毒素底物1（ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化 酶2（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2，NOX2）、ROS、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、蛋白激酶Cα（protein kinase Cα，PKCα）以及蛋白酪氨酸磷酸酶1B（protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B）等，這些信號能夠降低血管內(nèi)皮細(xì)胞表面黏附作用，同時也可減弱內(nèi)皮細(xì)胞之間的連接。此外，Rac1-蛋白激酶A（protein kinase A，PAK）-肌球蛋白輕鏈（myosin light chain，MLC）信號通路能夠使得肌動蛋白重構(gòu)。最終，在炎癥條件以上因素能夠促進(jìn)白細(xì)胞跨血管內(nèi)皮遷移。

2.2 VCAM-1 在GA 中的作用 GA 是由關(guān)節(jié)周圍的MSU 晶體沉積引發(fā)的急性炎癥反應(yīng)[4]。其中，高尿酸血癥是本病發(fā)生發(fā)展最危險的因素。此外，痛風(fēng)可能導(dǎo)致全身持續(xù)性炎癥，同時還可能誘發(fā)心血管疾病。之前的研究發(fā)現(xiàn)尿酸具有抗氧化能力，然而高濃度尿酸也容易導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙與炎癥反應(yīng)[23]。通常，由于內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cell，EC）之間的屏障作用，免疫細(xì)胞難以黏附及浸潤損傷血管壁。但早期研究表明，高濃度尿酸能夠激活EC 的免疫炎癥反應(yīng)且誘導(dǎo)其細(xì)胞表面VCAM-1 表達(dá)增加，使大量單核細(xì)胞黏附于血管壁加重內(nèi)皮的損傷[24]。

血管單層EC 通過包含大量跨膜蛋白的復(fù)雜結(jié)構(gòu)連接在一起，EC 之間的連接結(jié)構(gòu)在炎癥過程中能夠調(diào)節(jié)白細(xì)胞遷移出血管。在急性痛風(fēng)發(fā)作時，白細(xì)胞沿著血管內(nèi)皮流動的速度減慢，然后白細(xì)胞黏附及停滯于血管內(nèi)皮上，此過程是由白細(xì)胞與EC 之間的細(xì)胞與分子復(fù)雜作用機(jī)制介導(dǎo)的，其中包括白細(xì)胞黏附級聯(lián)反應(yīng)[25]。同時這些相互作用也能導(dǎo)致EC 激活，使EC 表面E-選擇素、趨化因子如ICAM-1、VCAM-1 表達(dá)上調(diào)[26]。研究發(fā)現(xiàn)，VCAM-1 與白細(xì)胞的黏附、游走、遷移等過程關(guān)系密切，參與了急性GA 的發(fā)病過程[27]。此外，白細(xì)胞沿血管壁爬行與黏附期間，其與EC 之間的連接處結(jié)合并跨EC 遷移突破小血管壁至外周組織中，白細(xì)胞滲出后吞噬異物、衰老細(xì)胞、細(xì)菌、代謝產(chǎn)物等，釋放多種細(xì)胞毒物因子進(jìn)而引起發(fā)熱、疼痛、腫脹等組織與關(guān)節(jié)炎癥的表現(xiàn)[28]。

早期研究發(fā)現(xiàn)，在促炎細(xì)胞因子或ROS 的刺激下，血管EC 表面VCAM-1 的表達(dá)在數(shù)小時內(nèi)顯著增加，且循環(huán)血液和組織中的淋巴細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞也參與了VCAM-1 的黏附與激活，這表明VCAM-1 與炎癥反應(yīng)過程密切相關(guān)[29]。研究人員還發(fā)現(xiàn)痛風(fēng)患者臍靜脈EC 表面VCAM-1 的水平增加，同時伴隨單核細(xì)胞黏附增加，這進(jìn)一步說明VCAM-1 參與痛風(fēng)與炎癥的發(fā)展[30]。

3 小結(jié)與展望

GA 作為自身免疫代謝性疾病，與免疫、遺傳、環(huán)境及飲食因素密切相關(guān)。近年來NLRP3 炎癥小體與VCAM-1 在GA 的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，進(jìn)一步深入研究兩者在GA 疾病中的調(diào)控作用可能為治療本病提供新的思路，有利于開展靶向藥物的特異性治療。