NLRP3炎癥小體的研究現(xiàn)狀

韓浩賢綜述，王虹艷審校，董 昕

（1.天津醫(yī)科大學(xué)護(hù)理學(xué)院，天津300071；2.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，遼寧大連116027）

NLRP3炎癥小體的研究現(xiàn)狀

韓浩賢1綜述，王虹艷2審校，董 昕1

（1.天津醫(yī)科大學(xué)護(hù)理學(xué)院，天津300071；2.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，遼寧大連116027）

炎癥； 環(huán)層小體； NLRP3； 炎癥因子； 聯(lián)合刺激； 綜述

Ross等[1]研究把高膽固醇血癥、高血壓、感染、自身免疫等各種危險(xiǎn)因素視為致炎因素，通過(guò)炎性介質(zhì)的分泌及炎性細(xì)胞的活化，促使動(dòng)脈粥樣硬化（AS）病變形成。2001年，Hansson等[2]對(duì)免疫在AS形成過(guò)程中的重要作用作了評(píng)述，他認(rèn)為在AS病變中，抗原抗體反應(yīng)引起血管壁破壞貫穿始終。機(jī)體主要是通過(guò)模式識(shí)別受體（PRRs）來(lái)識(shí)別病原相關(guān)分子模式（PAMP），然后才能做出防御性反應(yīng)。哺乳動(dòng)物的PRRs主要有兩類：膜結(jié)合受體（如TLRs）及細(xì)胞內(nèi)模式識(shí)別受體[如NOD樣受體（NLRs）]。近年來(lái)的研究表明，NOD2與TLR4有著相似的功能：一方面激活共同的核因子-κB（NF-κB）經(jīng)典信號(hào)通路；另一方面也啟動(dòng)特異性信號(hào)。單核/巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和肥大細(xì)胞等大量免疫細(xì)胞可產(chǎn)生多種炎癥細(xì)胞因子如IL-1β、TNF、IL-18、單核細(xì)胞趨化因子-1（MCP-1）等，進(jìn)而加強(qiáng)免疫反應(yīng)，推動(dòng)AS進(jìn)程。本文介紹了NLRP3炎癥小體（inflammasome）的研究現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，提出了炎癥因子聯(lián)合刺激細(xì)胞對(duì)炎性體影響的探討。

1 NLRP3炎癥小體的研究現(xiàn)狀

1.1 NLRP3炎癥小體與炎性體的關(guān)系 至今所發(fā)現(xiàn)的炎性體主要分4種：NLRP1炎性體、NLRP3炎性體、AIM2炎性體及IPAF炎性體。而不同炎性體的形成取決于不同的刺激體（稱為炎性體配體）。炎性體是一個(gè)多組分的蛋白復(fù)合物。NLRP3炎癥小體是炎性體的一種，也是NALPs蛋白家族中的一個(gè)典型代表，主要表達(dá)于嗜中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞。NLRP3主要分布于胞間質(zhì)及胞膜中，可參與多種宿主免疫和炎性反應(yīng)，其激活半胱氨酸蛋白酶-1（caspase-1）是通過(guò)感受外界信號(hào)刺激后完成的。NLRP3是細(xì)胞內(nèi)的一類多蛋白復(fù)合物。NLRP3（也稱為CIAS1、cryopyrin或NALP3）不僅是細(xì)胞溶質(zhì)蛋白復(fù)合物中的一部分（細(xì)胞溶質(zhì)復(fù)合物也可稱為inflammasome），也是一種很重要的宿主介質(zhì)，負(fù)責(zé)某類病原菌誘導(dǎo)壞死性細(xì)胞的死亡，其活化需要局部區(qū)域性復(fù)發(fā)結(jié)構(gòu)域結(jié)合被應(yīng)激細(xì)胞激活或釋放后的因子，并依次打開(kāi)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，暴露嘧啶核苷（PYD），結(jié)合凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白（ASC），通過(guò)PYD-PYD之間的相互作用，再由ASCcaspase募集（CARD）結(jié)構(gòu)域招募無(wú)活性的酶原形式（pro-caspase-1β），最后炎癥小體生成，并對(duì)caspase-1進(jìn)行自身激活，活化后的caspase-1將對(duì)pro-IL-1β等底物進(jìn)行切割，以促進(jìn)IL-1β和 IL-18的成熟及分泌[3-4]。NLRP3擔(dān)負(fù)著將caspase-1加工成為激活型的重任，從而引發(fā)成熟IL-1β的生成[5]。

1.2 NLRP3與腺苷三磷酸（ATP）的關(guān)系 ATP是生命活動(dòng)能量的直接來(lái)源。研究表明，NLRP3炎癥復(fù)合體激活的重要機(jī)制是胞外ATP刺激P2X7嘌呤受體后引起胞內(nèi)鉀離子水平的突然降低，ATP刺激P2X7受體活化后不僅可以誘導(dǎo)鉀選擇性通道的快速開(kāi)放，而且活化的P2X7受體還可招募pannexin-1，最后由pannexin-1介導(dǎo)形成漸次開(kāi)放的更大的膜通透孔[6]。

1.3 NF-κB

1.3.1 NF-κB的結(jié)構(gòu)和功能 NF-κB在天然免疫、獲得性免疫應(yīng)答、細(xì)胞凋亡、應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞增殖及分化的基因表達(dá)中起主要調(diào)節(jié)作用，是一種廣泛表達(dá)的二聚體轉(zhuǎn)錄因子，存在于機(jī)體各組織細(xì)胞。在靜息細(xì)胞的胞質(zhì)中存在著緊密結(jié)合的NF-κB二聚體與其抑制蛋白IκB。IκB的降解主要是被TNF-α、LPS等外源性信號(hào)誘導(dǎo)后引起IκB酶（Iκκ）的磷酸化后產(chǎn)生。隨之分離后的NF-κB、IκB迅速與NF-κB靶基因的啟動(dòng)子在細(xì)胞核內(nèi)結(jié)合[7-9]。NF-κB的過(guò)度激活將會(huì)導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、趨化因子、轉(zhuǎn)錄因子、免疫受體、黏附分子、氧化應(yīng)激等相關(guān)基因的高表達(dá)，且會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)環(huán)境的紊亂而致病。

1.3.2 胞壁酰二肽（MDP）、NOD2、NF-κB的關(guān)系 NLRs是非常重要的一類模式識(shí)別受體，也是冠心病的炎性反應(yīng)機(jī)制中研究的熱點(diǎn)。NOD2是最具代表性的NODs蛋白家族成員，能識(shí)別胞壁酰二肽（MDP），研究顯示其主要存在于單核細(xì)胞，T、B淋巴細(xì)胞，巨噬細(xì)胞及上皮細(xì)胞。Carvalho等[10]研究結(jié)果證明，NF-κB對(duì)上游因子NOD2具有正調(diào)控作用，使其基因表達(dá)增加，二者可形成正反饋環(huán)路。有研究表明，在腸上皮細(xì)胞中NOD2需要定位于細(xì)胞膜這種膜靶向定位實(shí)現(xiàn)對(duì)MDP的識(shí)別功能，對(duì)于MDP激活NF-κB的過(guò)程須由NOD2 C端的一個(gè)含色氨酸的模體和2個(gè)亮氨酸殘基所介導(dǎo)[11-12]。Ohnishi等[13]指出，膜結(jié)合的NOD2可激活NF-κB途徑。

1.4 caspase-1與細(xì)胞炎性反應(yīng)的關(guān)系 caspase-1相對(duì)分子質(zhì)量為4.5×104，主要參與細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎性反應(yīng)。用ATP或過(guò)量?jī)?nèi)素毒素刺激單核細(xì)胞，可以通過(guò)活化caspase-1增加IL-1β的分泌，并可同時(shí)刺激促進(jìn)細(xì)胞凋亡。在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，caspase-1主要通過(guò)pro-caspase-1形式存在。細(xì)胞招募pro-caspase-1，然后形成相對(duì)局部高濃度的pro-caspase-1，主要是由于受到各種胞內(nèi)危險(xiǎn)信號(hào)或胞外病原體的刺激，然后再形成局部相對(duì)高濃度的procaspase-1，酶原水解，產(chǎn)生2個(gè)亞基 p20及 p10，形成p20/p10異二聚體后進(jìn)一步形成四聚體，最后成為有活性的caspase-1。

1.5 IL-1β、IL-18與AS的關(guān)系 IL-1β可以對(duì)細(xì)菌、病毒及其他炎癥刺激起反應(yīng)，是一種強(qiáng)有效的炎癥細(xì)胞因子，在之前眾多的文獻(xiàn)研究中已經(jīng)證明了其與AS的發(fā)病存在密切關(guān)系[5]。IL-1β的激活和釋放需要2個(gè)不同的（特異）信號(hào)：一是需要NLRP3炎癥小體的激活，二是需要轉(zhuǎn)錄上調(diào)和pro-IL-1β的綜合體，因此，IL-1β也稱為NLRP3炎癥小體感應(yīng)的指示器。IL-18也是重要的炎癥因子，IL-18在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病的發(fā)生、發(fā)展及粥樣斑塊破裂的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。IL-18與IL-18R結(jié)合可以導(dǎo)致多種和AS相關(guān)的細(xì)胞因子如IL-6、IL-8、多種基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）和細(xì)胞黏附分子-1的分泌增加，其是AS明確的危險(xiǎn)因素。

2 NLRP3炎癥小體國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 NLRP3與NF-κB關(guān)系 馬金柱等[14]研究證明，調(diào)控NLRP3炎癥小體活化的關(guān)鍵信號(hào)來(lái)源于線粒體活性氧（ROS），同時(shí)也發(fā)現(xiàn)線粒體的數(shù)量由自噬及其線粒體自噬來(lái)調(diào)控，這種調(diào)控減少了受損線粒體的數(shù)目，可防止ROS所誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體活化。NLRP3炎癥小體活化主要是因?yàn)橐种屏司€粒體自噬，其活化程度的加劇主要是由于自噬缺失細(xì)胞的存在，其受抑制也是由于抑制了電壓依賴型陰離子通道蛋白（VDAC）表達(dá)。不過(guò)近期《Nature Cell Biology》雜志中的一篇高引用率的文章證明線粒體自噬的負(fù)調(diào)控蛋白是VDAC1[15]，說(shuō)明減少線粒體自噬的發(fā)生是因?yàn)橐种屏薞DAC的表達(dá)，由此可知有關(guān)NLRP3炎癥小體的調(diào)控在理論上是矛盾的。Toll樣受體家族（TLRs）是一類先天性固有免疫識(shí)別受體，可直接識(shí)別并結(jié)合一些病原體或其產(chǎn)物等所特有的、高度保守的且共有的特定分子結(jié)構(gòu)（稱為病原相關(guān)模式），然后進(jìn)一步激活絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路（P38MAPK）和NF-κB最終導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子基因表達(dá)的激活[16]。目前關(guān)于NLRP3受其蛋白分子調(diào)控的過(guò)程還不十分清楚，NF-κB在其中是否起著決定性的作用鮮有明確報(bào)道。

2.2 脂多糖（LPS）、ATP與NLRP3 ATP又稱鉀外排劑，可觸發(fā)和激活NLRP3炎癥小體對(duì)PAMPs的應(yīng)答并促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)caspase-1的激活和IL-1β的分泌且產(chǎn)生炎性反應(yīng)[17]。ATP、CPDD和MSU是由壞死或損傷細(xì)胞釋放的內(nèi)源性信號(hào)，這些信號(hào)的刺激可被NLRP3炎癥小體感知，從而使先天免疫系統(tǒng)激活，并通過(guò)炎癥因子的分泌修補(bǔ)損傷組織[18]。Kanneganti等[5]用ATP及LPS+ATP刺激巨噬細(xì)胞后證實(shí)了caspase-1的激活及IL-1B的分泌均需要pannexin-1的參與及調(diào)控，但是caspase-1的激活與TLR4無(wú)關(guān)，pro-caspase-1的分泌需要TLR4的參與。據(jù)報(bào)道，NLRP3在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)識(shí)別TLRs配體LPS，主要由pannexin-1參與及介導(dǎo)，然后通過(guò)一種不依賴TLR信號(hào)途徑的方式激活 caspase-1并引起 IL-1釋放[19]。LPS誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的激活主要通過(guò)脂質(zhì)體或成孔蛋白的胞內(nèi)傳遞，NLRP3可識(shí)別多種內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)及病原體，近年來(lái)的研究證實(shí)，LPS、脂磷酸、類脂A、dsRNA及脂蛋白等活化caspase-1均依賴于NLRP3，當(dāng)用LPS刺激C3H/HeN小鼠可誘發(fā)炎性反應(yīng)，結(jié)果顯示，LPS刺激48 h后，檢測(cè)到小鼠眼部組織NLRP3、IL-18、IL-1β、ASC及caspase-1等含量明顯增加，但未檢測(cè)到NALP1b的表達(dá)，這提示了NLRP3（而非NALP1）炎癥復(fù)合體參與了 LPS所誘導(dǎo)的眼部炎性反應(yīng)的發(fā)生[20]。NALP3炎癥復(fù)合體在巨噬細(xì)胞胞內(nèi)腺病毒DNA激活caspase-1并誘導(dǎo)IL-1的成熟過(guò)程中起著必要的作用，并在革蘭陰性桿菌感染及誘caspase-1的活化中也起著不可替代的作用。

2.3 MDP、NOD2及NF-κB Barnich等[21]研究表明，MDPLD轉(zhuǎn)運(yùn)跨膜過(guò)程中被NOD2識(shí)別。對(duì)于MDP誘導(dǎo)的NF-κB活化，NOD2的膜靶向定位是必需的。NOD2 C端的 1個(gè)含色氨酸的模體和 2個(gè)亮氨酸殘基可介導(dǎo)NOD2的膜靶向定位及隨后的NF-κB活化。正常情況下，NOD2蛋白處于失活狀態(tài)是通過(guò)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的自我抑制方式，當(dāng)細(xì)菌成分MDP與NOD2 C端的LRR結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，NOD2引起RICK活化，繼而位于激酶域之間的中央?yún)^(qū)域與RICK的CARD域聯(lián)合形成結(jié)合體，后者將Iκκβ磷酸化，隨之NF-κB被激活[22-23]。

2.4 NOD2與caspase-1關(guān)系 以往有報(bào)道稱，NOD2依賴于NALP1激活caspase-1[24]。最近研究發(fā)現(xiàn)，NOD2直接活化caspase-1是通過(guò)caspase-1的CARD域與其N端CARD域發(fā)生結(jié)合的結(jié)果[25]。Rosenzweig等[26]研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β經(jīng)NOD2誘導(dǎo)生成進(jìn)而引起小鼠眼睛發(fā)炎是通過(guò)caspase-1活化實(shí)現(xiàn)的，而這種炎癥并不是由IL-1β的信號(hào)途徑引起的，此研究表明NOD2可激活caspase-1而非NLRP3的作用。

3 展 望

盡管研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體能夠被許多內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)與PAMP活化，但是對(duì)其具體調(diào)控過(guò)程仍然不十分清楚。研究證明，MDP刺激單核細(xì)胞后可產(chǎn)生NOD2，并可激活NF-κB信號(hào)通路及caspase-1，NF-κB能夠促使其啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄，表達(dá)及釋放pro-IL-1β。NLRP3形成蛋白復(fù)合物“炎癥小體”是通過(guò)自身被激活之后與ASC相互作用進(jìn)而活化caspase-1的結(jié)果。caspase-1活化后可以對(duì)pro-IL-1β等底物進(jìn)行切割使其成熟并釋放到胞外發(fā)揮功能，由此可以推測(cè)NOD2通過(guò)某種通路或者因子的介導(dǎo)在NLRP3炎癥小體所介導(dǎo)的單核細(xì)胞炎性反應(yīng)中發(fā)揮一定的作用。炎癥學(xué)說(shuō)強(qiáng)調(diào)了炎性介質(zhì)在AS的病理變化過(guò)程中的重要地位，貫穿了每一個(gè)發(fā)病環(huán)節(jié)，尤其在動(dòng)脈粥樣斑塊破裂引起的急性臨床事件中。目前許多學(xué)者接受了炎癥學(xué)說(shuō)，拓寬了AS的研究領(lǐng)域，促進(jìn)了動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病預(yù)防和治療的策略及措施的完善。但是，目前對(duì)炎癥學(xué)說(shuō)所致的發(fā)病部位及具體機(jī)制尚未完全熟悉，一些簡(jiǎn)單的消炎措施是否可以防止AS病變有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.19.016

A

1009-5519（2015）19-2934-03

2015-07-21）

韓浩賢（1983-），女，河北邯鄲人，碩士研究生，主要從事心血管病研究；E-mail：hanhaoxian1206@163.com。

王虹艷（E-mail：wanghongyan1967@aliyun.com）。