炎癥小體及其與腎臟疾病的關系

陳凌 甘華

腎臟炎癥反應是對感染性或非感染性激活物產生的免疫應答。NLRs（NOD樣受體家族）及其形成的多蛋白水解復合物—炎癥小體[1]（inflammasome），作為固有免疫系統感受器，能夠識別各種危險信號，通過誘導細胞活化、細胞因子及炎癥介質釋放，引起炎癥反應。由于能被多種類型的病原體或危險信號所激活，炎癥小體在多種疾病過程中都發揮了關鍵作用。本研究就炎癥小體的結構、活化信號、激活通路及對腎臟疾病作用的近期研究作一綜述。

1 NLR家族及炎癥小體

在人類中已發現23種NLR家族蛋白分子，在小鼠中有35種分子[2]。NLR家族成員特征性結構為：中間部分是NACHT結構域，又稱NOD結構域，主要在激活過程中介導自身寡聚化。C端是亮氨酸富集結構域(LRR)，介導自身調控和識別PAMP（病原相關分子模式）。其N端是效應結構域，主要介導蛋白之間的相互作用。已知主要存在4種N端結構域:CARD結構域（caspase recruitment domain）、PYD結構域（pyrin domain）、BIR 結構域(baculovirus inhibitory)和轉錄激活結構域[3-4]。根據不同的N端結構域，又可以將NLR家族分為CIITA、NOD、NLRP及IPAF/NAIP等4個亞家族。CIITA亞家族(class II transaetivator)N端為CARD和轉錄激活結構域，對于調節MHCII類分子的表達具有關鍵作用。NOD亞家族，N端為CARD結構域，能夠識別細菌肽聚糖的不同亞單位，并激活下游NF-κB信號通路[5]。NLRP(nucleotide-binding oligomerization domain，leucine-rich repeat and pyrin， domain containing)亞家族有NLRP1～NLRP14等14個成員，N端為PYD結構域，NLRP分子激活后募集PYD-CARD配體蛋白、ASC(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD)及caspase-1形成炎癥小體[6]。

炎癥小體是一種活化caspase-1的分子平臺。在微生物感染或細胞內危險信號存在時，caspase-1可通過與炎性小體結合而激活，從而裂解pro-IL-1β和pro-IL-18等炎癥因子前體使其成熟并釋放到胞外[7-8]。已經報道通過形成炎癥小體發揮功能的分子主要有4個，包括IPAF、AIM-2、NLRP1和NLRP3，后者也是目前研究最多的一種炎癥小體。

2 NLRP3炎癥小體

2.1 NLRP3炎癥小體的活化信號

預激活的NLRP3炎癥小體包括NALP3、SGT1 (suppressor of the G2 allele of skp1) 和HSP90[9](heat shock protein 90kD，熱休克蛋白90)。SGT1-HSP90復合體共同維持NALP3炎癥小體處于無活性但能被激活的狀態[10]。炎癥小體激活時，SGT1和HSP90被釋放，NALP3 招募ASC 和caspase-1，實現自身寡聚化，使pro-caspase-1實現空間距離的接近， 進而通過自身切割形成成熟的caspase-1[9-11]。Caspase-1的活化促使無活性的IL-1β前體被加工為成熟的有活性的形式并分泌到細胞外[12]。IL-1β進一步激活IL-1受體復合體，導致炎癥級聯反應所涉及的多種細胞因子如IL-8、TNF-α和IL-17[9]等的活化。

NLRP3炎癥小體能感受胞質內多種微生物產物和代謝性應激，很多PAMPs 和DAMPs 都能激活NLRP3炎癥小體[13-16]（表1）。

表1 NLRP3炎癥小體的活化信號

2.2 NLRP3炎癥小體的激活模式

到目前為止，對于NLRP3 炎癥小體的激活共提出3種模式。

第一種模式：晶體類物質被細胞吞噬后，溶酶體被破壞并釋放組織蛋白酶B，通過某些直接或間接的方式激活NLRP3炎癥小體。例如，NLRP3激活發生在溶酶體蛋白酶激活之后。同時，在填充腺病毒或硅晶體的溶酶體的研究中，抑制成熟溶酶體或溶酶體蛋白酶可以有效阻斷炎癥小體的激活[17-20]。除了晶體，其他類型的NLRP3 炎癥小體的激活劑是否能夠破壞溶酶體還不清楚。

第二種模式：ATP-P2X7R激活后，其介導的離子通道打開，使鉀離子外流，鈣離子內流，并使細胞膜上pannexin-1小孔開放，進而微生物分子進入胞質，被NLRP3識別，激活炎癥小體[14,21-23]。此外，所有能介導該微孔結構的微生物毒(如尼日利亞菌素、氣單胞菌溶素、刺尾魚毒素等)、酶類均可由此激活NLRP3炎癥小體[16]。

第三種模式：目前發現的所有NLRP3激活劑都能夠誘導產生ROS，ROS可作為共同信號激活NLRP3炎癥小體，并且ROS抑制劑或清除劑都能抑制NLRP3炎癥小體激活。周等人[24]證明NLRP3炎癥小體激活的最終共同通路是通過氧化應激和硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）。正常狀態下，TXNIP連接抗氧化還原酶和硫氧還蛋白，氧化應激后，TXNIP由硫氧還蛋白釋放并激活NLRP3。

除了這些模式，其他信號分子和細胞活動也是NLRP3炎癥小體激活必不可少的。比如，在暴露于病原體后，CARD9，磷酸肌醇3 激酶和脾酪氨酸激酶等誘導表達pro-IL-1β并激活caspase-1[20，24]。

3 腎臟NLR基因的表達

炎癥小體相關基因在腎臟細胞及腎臟疾病中的表達仍不清楚。Lech等[25]對人類及小鼠固體器官中NLR基因的表達進行測定發現，除NLRP2和NLRP10外，大部分炎癥小體相關分子mRNA在腎臟中的表達低于脾臟。相反，除外NAIP和NLRP3，大部分NLR基因在小鼠腎臟中的表達高于脾臟。然而，腎臟組織中何種細胞表達炎癥小體仍不明了，僅有數個實驗證實小管上皮細胞及樹突狀細胞能夠激活NLRP3-ASC-caspase-1軸，分泌成熟IL-1β和IL-18[26]。

4 炎癥小體在腎臟疾病中的作用

Akosua等[27]分析43例非糖尿病腎病患者腎活檢組織中NLRP3mRNA的表達，包括IgA腎病、微小病變腎病、膜性腎病、FAGS、狼瘡性腎炎、高血壓腎病、新月體腎炎及急性腎小管壞死，發現正常組織腎臟組織中NLRP3少量表達，在腎臟疾病中NLRP3表達顯著上調，且表達量與患者血肌酐水平呈正相關，提示炎癥小體在急慢性腎臟疾病中作用顯著。

4.1 炎癥小體與小管間質性腎損傷

NLRP3炎癥小體在小管間質性腎損傷中的重要作用受到廣泛關注。大量人類及動物小管間質性腎損傷模型（包括缺血再灌注損傷模型、鉑類所致啃齒類動物腎小管損傷模型及UUO模型）中NLRP3-ASC-caspase-1-IL-1β-IL-18軸的相關分子水平顯著升高。在腎臟缺血-再灌注( I /R) 模型中，Iyer等[28]發現與野生型小鼠相比，NALP3-/-和ASC-/-小鼠腎組織中性粒細胞侵潤和腎功能損傷明顯減輕，小鼠死亡率顯著降低。在鉑類所致急性腎損傷模型中，caspase-1(-/-)小鼠能夠顯著減少腎組織中性粒細胞浸潤，明顯減輕腎功能損傷及腎小管壞死[29]。在單側輸尿管梗阻（UUO）模型中，Akosua等[27]通過觀察在UUO后3d、7d、14d 3個時間段，野生型小鼠、NLRP3+/-小鼠和NLRP3-/-小鼠腎組織炎癥、腎小管損傷和腎間質纖維化等指標的變化，發現野生型小鼠和NLRP3+/-小鼠NLRP3 mRNA表達、IL-18顯著上調且表達量隨時間增加，并伴有嚴重腎小管壞死，腎組織炎癥細胞浸潤、細胞凋亡，腎間質纖維化，及腎臟HMGB1、caspase-1、IL-1β水平顯著上升。與之相反，NALP3-/-小鼠能夠明顯延緩UUO后腎小管損傷，腎組織炎癥反應和腎間質纖維化，并顯著減輕其嚴重水平。說明NALP3炎性體在非免疫介導的小管間質性腎損傷進展中具有重要的作用。這些發現更加有力的證實了炎癥小體在急性小管間質性腎損傷中的作用。

4.2 炎癥小體與腎小球疾病

NLRP3炎癥小體及caspase-1在缺血后及梗阻后小管間質炎癥反應中作用顯著，但在腎小球炎癥中的作用還有待研究。Lich等[30]發現，在大鼠抗基底膜腎炎模型中，腎組織中pro-IL-1β、caspase-1、NLRP3 mRNA水平上調，并且導致顯著局灶節段性腎小球壞死、新月體形成及腎小管萎縮。但NLRP3-/-、ASC-/-、caspase-1-/-大鼠與野生型相比，腎臟組織病理、腎功能損傷等指標的差異無統計學意義，說明GBM抗血清所致新月體腎小球腎炎與NLRP3炎癥小體及ASC相關的caspase-1活化過程無關。體外培養的腎小球組織經LPS/ATP刺激后，并不能導致caspase-1活化及成熟IL-1β分泌，而進一步用LPS/ATP分別刺激足細胞、基質細胞、腎小球內皮細胞及樹突狀細胞，發現僅后者能夠活化caspase-1并分泌成熟IL-1β，說明腎組織中的免疫細胞，如CD11c+樹突狀細胞可以激活炎癥小體，但由于腎小球固有細胞不能誘導pro-IL-1β，使該作用在腎小球內不能發揮。分別檢測NLRP3-ASC-caspase-1軸相關基因在微小病變腎病、IgA腎病、膜性腎病、急進型腎小球腎炎、狼瘡性腎炎患者的腎小球及小管間質中的表達，發現與MCD患者及健康對照相比，進展性腎小球腎炎患者僅在小管間質組織中存在炎癥小體相關基因表達顯著上調，表明由于能夠引起小管間質炎癥反應，進展性腎小球疾病存在炎癥小體激活。

5 展望

炎癥小體作為胞內模式識別受體，在激發和調節長期免疫及炎癥反應中起著重要的調控作用。不斷更新的數據表明，NLRP3-ASC-caspase-1軸參與了腎臟急、慢性炎癥反應及組織重塑。然而，NALP3 炎性體的激活途徑及其與腎臟疾病關系的研究目前尚未深入，進一步研究其激活機制和調控機制，將為治療相關炎性疾病提供新的思路與治療手段。

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