核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3與牙髓炎的關(guān)系及作用機制研究進展

胡景昱 ，吳 昊，劉利軍

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院口腔科，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

牙髓炎是一種發(fā)生在牙體髓腔內(nèi)的炎癥性疾病，主要由感染、化學(xué)刺激、物理損傷等因素引起，常表現(xiàn)為一種劇烈的、難以忍受的疼痛，夜間加重，受到溫度刺激時疼痛也會加劇。由于髓腔具有特殊的生理結(jié)構(gòu)特點，其處于四壁堅硬的牙髓腔中，只能通過細小的根尖孔進行血液循環(huán)，因此牙髓自愈能力較差，一旦發(fā)生感染，滲出物不易引流，常常以慢性炎癥狀態(tài)持續(xù)存在，炎癥不易治愈，進而導(dǎo)致牙髓組織發(fā)生壞死或退行性變，甚至引發(fā)根尖周炎繼發(fā)病變、牙齒缺失或牙槽骨缺損等，因此有效控制髓腔內(nèi)的感染和炎癥反應(yīng)至關(guān)重要。牙髓炎的發(fā)病機制非常復(fù)雜，在其發(fā)病過程中，多種細胞因子、細胞黏附分子均參與其中[1]。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NLRP3）是一種多聚體蛋白，位于細胞質(zhì)內(nèi)，是炎癥小體的組成成分之一[2]。NLRP3 炎癥小體是一種能夠誘導(dǎo)細胞凋亡和促炎癥反應(yīng)的分子復(fù)合體，它的激活會引起促炎因子的產(chǎn)生，如白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-18（IL-18）等[3]。NLRP3 炎癥小體與風(fēng)濕性疾病、腸道性疾病等多種炎性疾病有關(guān)，但對牙髓組織中的NLRP3 的研究則相對較少。有研究表明，在牙髓炎組織中，NLRP3 炎癥小體被激活，其表達水平明顯增加，與牙髓炎的發(fā)病和炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[4]。因此，研究NLRP3炎癥小體在牙髓炎中的作用及其調(diào)節(jié)機制，對于揭示牙髓炎的發(fā)病機制和尋找治療牙髓炎的新靶點具有重要意義。現(xiàn)就牙髓炎的病理生理機制、 NLRP3 的基本概念和生物學(xué)功能、NLRP3 與牙髓炎的炎癥反應(yīng)關(guān)系、NLRP3 在牙髓炎中的細胞信號傳遞機制、NLRP3 在牙髓炎治療中的應(yīng)用作如下綜述。

1 牙髓炎的病理生理機制

牙齒具有獨特的結(jié)構(gòu)特征，牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)及牙骨質(zhì)等3 種鈣化的硬組織構(gòu)成牙齒堅硬的外殼，牙齒內(nèi)部的牙髓腔內(nèi)則容納牙髓組織，牙髓組織是疏松的結(jié)締組織，由神經(jīng)、細胞、血管以及豐富的膠原纖維組成。口腔為多種微生物提供棲息地，形成口腔微生態(tài)系統(tǒng)，生理狀態(tài)下口腔常駐微生物保持動態(tài)平衡。而內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡則可導(dǎo)致牙髓炎的發(fā)生、發(fā)展，細菌及其代謝產(chǎn)物滲透至牙髓，則引起炎癥反應(yīng)，其發(fā)病機制和病理生理學(xué)特性較為復(fù)雜[5]。牙髓炎的發(fā)生多由細菌感染牙髓引起，牙髓感染通常繼發(fā)于齲病、牙體手術(shù)操作或創(chuàng)傷等，當(dāng)牙釉質(zhì)遭到破壞，牙本質(zhì)暴露于口腔內(nèi)的多種細菌中，一旦細菌侵入至牙髓，將激活牙髓的免疫并誘導(dǎo)牙髓和根尖周炎癥反應(yīng)[6]。在細菌感染過程中，宿主細胞釋放細胞因子和趨化因子，這些因子會吸引單核細胞、中性粒細胞、淋巴細胞等免疫細胞進入感染部位，并啟動炎癥反應(yīng)[7]。此外，牙髓細胞在感染或刺激后也會釋放炎癥介質(zhì)，如白細胞介素-6（IL-6）、IL-1β、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等，這些介質(zhì)會促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生，并參與調(diào)節(jié)細胞凋亡、增殖和分化等生理過程[8]。同時，炎癥反應(yīng)會引起細胞和分子的損傷和改變，從而導(dǎo)致牙髓細胞凋亡和功能障礙。隨著炎癥的發(fā)展，牙髓組織的細胞凋亡和壞死會加劇，導(dǎo)致組織壞死和分解[9]。在壞死組織周圍，常常會有成纖維細胞增生和骨質(zhì)破壞的表現(xiàn)。在近年來的研究中，人們發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎癥小體在牙髓炎中也起著重要作用[10]。因此探究NLRP3 炎癥小體在牙髓炎發(fā)生發(fā)展過程的作用及其機制，有利于為拓展牙髓炎的干預(yù)提供新的思路。

2 NLRP3 的基本概念和生物學(xué)功能

2.1 NLRP3 的結(jié)構(gòu)和功能特點模式識別受體是啟動固有免疫應(yīng)答的關(guān)鍵，其可識別病原微生物表面的病原相關(guān)分子模式，傳遞感染信號，從而激活機體的免疫反應(yīng)，進而對機體內(nèi)病原微生物進行清除，并誘導(dǎo)程序性細胞死亡，是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分[11]。 NLRP3炎癥小體是一種模式識別受體，與多種炎性疾病以及自身免疫性疾病相關(guān)。 NLRP3 是目前研究最廣泛的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體（NLR）家族成員之一，由核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NACHT）、羧基端的富含亮氨酸的重復(fù)序列（LRR）和氨基端的熱蛋白結(jié)構(gòu)域（PYD）3 個結(jié)構(gòu)域組成，其中NACHT 負責(zé)介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和炎癥體形成；LRR 主要負責(zé)識別配體；PYD 通過與程序性細胞死亡相關(guān)斑點樣蛋白（ASC）中的PYD 相關(guān)作用，參與炎癥小體的裝配形成[12]。 NLRP3 的功能是調(diào)控炎癥和免疫反應(yīng)，其主要作用是在細胞內(nèi)感知外界的病原體、細胞損傷、代謝產(chǎn)物等多種刺激因子，進而引發(fā)炎癥反應(yīng)[13]。當(dāng)NLRP3 感知到刺激因子時，其結(jié)構(gòu)域會發(fā)生構(gòu)象變化， NLRP3 依次經(jīng)歷LRR 結(jié)構(gòu)域識別配體和NACHT 結(jié)構(gòu)域依賴腺苷三磷酸（ATP）寡聚化，然后通過PYD 與ASC 的PYD 的相互作用而結(jié)合，之后ASC 通過其羧基端的半胱氨酸蛋白酶(caspase)活化募集結(jié)構(gòu)域（CARD）募集半胱氨酸蛋白酶-1 前體蛋白（pro-caspase-1）進而聚集成NLRP3 炎癥小體[14]。

2.2 NLRP3 與炎癥反應(yīng)的關(guān)系炎癥反應(yīng)是人體一種重要的免疫防御機制，當(dāng)組織受到毒素或細菌的破壞或感染，或其他原因的傷害時，就會進入正常的自我保護和損傷修復(fù)狀態(tài)，機體會釋放出一系列的細胞因子，將免疫細胞吸引到感染位點并引起炎癥，但當(dāng)炎癥反應(yīng)過度或長期持續(xù)時，會引發(fā)多種炎癥性疾病[15]。 NLRP3 炎癥小體是識別危險信號的多蛋白復(fù)合物，其能被各種類型的分子、細菌或病毒所激活，激活的NLRP3 炎癥小體將激活半胱氨酸蛋白酶-1（caspase-1），繼而促使IL-1β、IL-18 等炎癥因子分泌，以及介導(dǎo)特殊的程序性細胞死亡[16]。這些炎癥因子將引發(fā)炎癥反應(yīng)，包括血管擴張、滲透性增加、白細胞浸潤等一系列生理反應(yīng)，以清除病原體，避免組織的結(jié)構(gòu)和功能受到損傷[17]。其中IL-1β 在炎癥發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，其產(chǎn)生于損傷或免疫應(yīng)激部位，刺激炎癥和引起自身免疫性疾病相關(guān)基因的表達，誘導(dǎo)干擾素γ、環(huán)氧化酶2 及黏附分子等效應(yīng)蛋白的表達，促進炎癥進程[18]。

3 NLRP3 與牙髓炎的關(guān)系及其作用機制

3.1 NLRP3 在牙髓炎中的分布和表達牙髓腔是一種相對封閉的解剖結(jié)構(gòu)，僅通過根尖孔與外界相通。牙髓組織中的成牙本質(zhì)細胞及成纖維細胞參與牙髓組織的免疫防御反應(yīng)，前者位于牙髓組織最外層，最早接觸侵入牙本質(zhì)小管中的細菌、細菌分解產(chǎn)物，而成纖維細胞是牙髓中的主要細胞，表面有多種Toll 樣受體（TLRs）表達，可對病原體進行識別，同時分泌促炎因子[19]。 NLRP3 表達于牙齦成纖維細胞、成骨細胞、淋巴細胞、單核 - 巨噬細胞、粒細胞等，在先天免疫和炎癥相關(guān)的疾病發(fā)生過程中具有重要作用。NLRP3 在牙髓炎中的表達方式有兩種，一種是在發(fā)生炎癥的牙髓細胞內(nèi)部表達，損害牙髓內(nèi)部組織，加劇炎癥反應(yīng)；另一種是游離至細胞外表達后，侵襲損害牙髓周圍組織[20]。SONG 等[21]的免疫組織化學(xué)染色結(jié)果證明，NLRP3 在正常人牙髓組織中有所表達，正常牙髓組織中NLRP3 在成牙本質(zhì)細胞中強陽性，牙髓血管內(nèi)皮細胞中可見NLRP3 染色，牙髓成纖維細胞中未見明顯染色；而發(fā)生牙髓炎時， NLRP3 強表達，且牙髓成纖維細胞中可見NLRP3 染色，提示NLRP3 可能參與了牙髓炎的炎癥反應(yīng)。

3.2 NLRP3 與牙髓炎的炎癥反應(yīng)關(guān)系當(dāng)機體受到外來微生物感染或來自本身的損傷信號刺激時，便會啟動先天性免疫系統(tǒng)，借助種系編碼的模式識別受體能夠有效識別內(nèi)源性和外源性危險信號。 NLRP3 炎癥小體活化可介導(dǎo)促炎因子產(chǎn)生與細胞凋亡，從而抵御病原微生物感染、維持自身穩(wěn)態(tài)，這是機體的一種自我保護性措施，而炎癥細胞因子過度分泌會致使細胞凋亡，使組織損傷加重，使得炎癥相關(guān)性疾病發(fā)生、發(fā)展[22]。病原微生物感染、牙本質(zhì)缺損、蛋白質(zhì)酶水解產(chǎn)物及氧化應(yīng)激等刺激能夠激活NLRP3 炎癥小體，NLRP3 炎癥小體的激活能夠引發(fā)細胞內(nèi)的炎癥反應(yīng)，促進炎性細胞因子釋放，從而促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展，導(dǎo)致細胞凋亡和壞死，加劇牙髓組織的損傷[23]。 ZHANG 等[24]的研究表明，發(fā)生牙髓炎時，牙髓成纖維細胞和成牙本質(zhì)細胞中NLRP3 的表達量明顯升高，表明NLRP3 介導(dǎo)的信號通路在牙髓成牙本質(zhì)復(fù)合體免疫防御中起重要作用。胡樂等[25]的研究也表明，牙髓炎組NLRP3 表達明顯強于正常組，且牙髓炎組IL-1β 信使核糖核酸（mRNA）和蛋白相對表達量均明顯高于正常組，表明NLRP3 在牙髓炎組織中高表達，參與了牙髓的炎癥反應(yīng)。此外，NLRP3 的激活還可影響一系列與炎癥反應(yīng)相關(guān)的信號通路，包括核因子-κB（NF-κB）通路和線粒體通路等。NLRP3 通路的激活可以引起NF-κB 的激活和線粒體功能的紊亂，進而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的進一步加劇[26]。

3.3 NLRP3 在牙髓炎中的細胞信號傳遞機制NLRP3 在牙髓炎中的作用是通過多種信號通路參與炎癥反應(yīng)的調(diào)控，影響炎癥介質(zhì)的釋放、細胞凋亡、神經(jīng)元的活動等多個方面，進一步促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展，NLRP3 在牙髓炎中的細胞信號傳遞機制主要包括以下幾個方面。

3.3.1 激活NLRP3 炎癥小體的信號通路 在牙髓炎的炎癥反應(yīng)過程中，一些刺激物質(zhì)可以激活細胞內(nèi)的NLRP3炎癥小體，從而引發(fā)炎癥反應(yīng)。這一過程主要包括兩個步驟：第一步是NLRP3 激活，需要與刺激物結(jié)合；第二步是ASC 和前炎癥因子，如白細胞介素-1β 前體（pro-IL-1β）和白細胞介素-18 前體（pro-IL-18）聚合成炎癥小體。在這一過程中，NLRP3 的激活與多種細胞信號通路密切相關(guān)，第一種激活途徑為鉀離子外流，當(dāng)細胞內(nèi)的鉀離子外流至細胞外時，細胞膜上會形成孔隙，NLRP3炎癥小體的活化物質(zhì)可通過這些孔隙進入細胞內(nèi)，從而使NLRP3 炎癥小體被激活；第二種為線粒體來源的活性氧（ROS），細胞內(nèi)ROS 可隨著病原體相關(guān)的分子模式（PAMPs）或損傷相關(guān)的分子模式（DAMPs）的侵入而被刺激生成，產(chǎn)生的ROS 和硫氧還蛋白互作蛋白（TXNIP）發(fā)生反應(yīng)，然后從硫氧還蛋白（TRX）釋放，進而激活NLRP3 炎癥小體；第三種為溶酶體損傷，當(dāng)一些源于細胞外的大顆粒物質(zhì)被細胞吞噬掉后，會損傷細胞內(nèi)的溶酶體，致使大量溶酶體內(nèi)容物被釋放出來，導(dǎo)致NLRP3 炎癥小體以直接或間接的方式被激活[27]。此外，細胞內(nèi)鈣離子增加可誘導(dǎo)線粒體損傷，引起線粒體功能紊亂，從而激活NLRP3 炎癥小體[28]。

3.3.2 促炎癥因子的表達和分泌 被激活的NLRP3 炎癥小體可促使ASC 將pro-caspase-1 切割成具有活性的caspase-1， caspase-1 被激活后，會將無活性的促炎細胞因子pro-IL-1β 和pro-IL-18 切割成成熟的IL-1β 和IL-18，從而誘導(dǎo)炎癥，進一步加劇了牙髓炎的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致疾病嚴(yán)重程度加重[29]。

3.3.3 誘導(dǎo)細胞凋亡 NLRP3 炎癥小體的激活還能夠誘導(dǎo)細胞凋亡，這可能是牙髓炎病變組織中細胞死亡的重要機制之一。研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3 炎癥小體激活后會導(dǎo)致細胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生， ROS 進一步激活caspase-1 家族酶的級聯(lián)反應(yīng)，引發(fā)牙髓細胞凋亡，導(dǎo)致牙髓組織壞死，進一步促使疾病進展[30]。

4 NLRP3 在牙髓炎治療中的應(yīng)用

根管治療是牙髓炎的首選治療方法，分成清除牙髓、根管塑形預(yù)備、根管充填3 個步驟，其通過機械清創(chuàng)和化學(xué)消毒制備根管，徹底清除髓腔中的感染性物質(zhì)，并將其緊密填充以防止再感染。此外，小范圍、可逆的根尖周病可考慮藥物治療，主要針對是感染、疼痛癥狀的治療。深入理解炎癥反應(yīng)的生理、病理過程，并根據(jù)其激活途徑探尋新靶點、高選擇性的抑制劑可為治療牙髓炎提供全新的干預(yù)思路。近年來，隨著對NLRP3 的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)針對NLRP3 的治療策略可能成為牙髓炎的一種新的治療手段。

4.1 抗炎藥物非甾體類抗炎藥、激素、解熱鎮(zhèn)痛劑等藥物可以通過抑制炎癥反應(yīng)和抑制細胞凋亡等方式來減輕牙髓炎的癥狀。同時，這些藥物也可以通過抑制NLRP3炎癥小體的形成和功能，減少炎癥反應(yīng)和細胞損傷。有研究表明，非甾體類抗炎藥物，如阿司匹林，可以通過抑制NLRP3 炎癥小體的形成和促炎因子IL-1β 的分泌，減輕炎癥反應(yīng)和疼痛程度[31]。

4.2 NLRP3 炎癥小體抑制劑NLRP3 的激活因子多種多樣，該通路與眾多疑難疾病發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，探索新型的NLRP3 抑制劑已成為前沿?zé)狳c，也具有廣泛的應(yīng)用前景，可為治療重大炎癥相關(guān)疾病提供全新的思路，如抑制NLRP3 炎癥小體活性可顯著減輕急性肺損傷[32]。小分子抑制劑MCC950 證實可直接抑制NLRP3 炎癥小體的信號通路，受到重點關(guān)注[33]。有研究表明，針對NLRP3 信號通路的干擾劑可能具有治療牙髓炎的潛力，微小RNA-22（miR-22）作為一種協(xié)同負調(diào)控因子，可通過靶向NLRP3 和低氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1α），參與控制NLRP3/caspase-1 炎癥小體途徑介導(dǎo)的促炎細胞因子的分泌[34]。這些結(jié)果提供了miR-22-HIF-1α-NLRP3 信號傳導(dǎo)在控制促炎細胞因子分泌中的新功能和機制，從而為未來的牙髓炎靶向治療藥物的開發(fā)提供了新的治療策略。

5 小結(jié)與展望

NLRP3 炎癥小體活化可導(dǎo)致caspase-1 自身裂解和活化，從而促進IL-1β 和IL-18 成熟和分泌，介導(dǎo)免疫炎癥反應(yīng)。但炎癥因子過度分泌可導(dǎo)致過度的炎癥反應(yīng)，對宿主組織造成損傷。NLRP3 在牙髓炎的發(fā)病機制和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，因此深入研究NLRP3 在牙髓炎中的作用機制將有助于揭示牙髓炎的發(fā)病機制，并且針對NLRP3 信號通路的干擾劑可能具有治療牙髓炎的潛力。但是，目前關(guān)于NLRP3在牙髓防御和炎癥中的激活機制及激活后的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和相互作用的分子的研究尚不充分，NLRP3 炎癥小體抑制劑治療牙髓炎的相關(guān)研究還比較少，關(guān)于NLRP3在牙髓炎治療中的應(yīng)用還需要進一步研究和探索。