NLRP3炎癥小體調節創傷后炎癥反應的作用

李冬冬，周敏杰，朱曉光，仲偉喜，封啟明

(上海交通大學附屬第六人民醫院急診醫學科，上海 200233)

·綜 述·

NLRP3炎癥小體調節創傷后炎癥反應的作用

李冬冬，周敏杰，朱曉光，仲偉喜，封啟明

(上海交通大學附屬第六人民醫院急診醫學科，上海 200233)

創傷在造成機體原發損傷的同時，誘發炎癥反應，對機體產生繼發性損傷。炎癥小體通過影響促炎細胞因子的裂解及其成熟、釋放來調節炎癥反應。NLRP3炎癥小體能活化半胱氨酸天冬氨酸酶-1(Caspase-1)，并引起白細胞介素(IL-1β、IL-18)等促炎細胞因子的分泌，參與機體抵抗病原體的免疫應答。本文就NLRP3炎癥小體在創傷誘發的炎癥反應中的作用的研究進展做一綜述。

NLRP3；炎癥小體；創傷

創傷是45歲以下人群的首要死因。WHO報告2000年創傷造成的死亡人數約500萬，約占全球死亡總人口的9%[1]。創傷誘發機體釋放多種炎癥介質，引起炎癥反應[2]。正常的炎癥反應有利于組織修復，過度的炎癥反應可導致器官衰竭、組織損傷和全身灌注不足。過度的炎癥反應通過釋放大量的活性氧、趨化因子和促炎因子(IL-6、IL-12、IL-18等)引起機體繼發性損傷[3]。

2002年，Martinon發現了能夠影響炎癥反應狀態的蛋白復合體，并命名為炎癥小體[4]。炎癥小體由受體蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白ASC和效應分子前半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶1(pro-caspase-1)三部分構成。炎癥小體的受體蛋白包括NOD樣受體家族的NLRP1、NLRP3、IPAF及HIN-200家族的細胞質DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子2(AIM2)。NLRP3炎癥小體是NOD樣受體家族中的一種炎癥小體，NLRP3炎癥小體是目前研究最熱的炎癥小體。

1 NLRP3炎癥小體的組成

NLRP3炎癥小體由NOD樣受體家族中的NLRP3受體蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白ASC和效應分子前半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶1(pro-caspase-1)三部分構成[5]。NLRs是位于細胞質中的一種模式識別受體(PRRs)，能夠識別微生物保守序列即病原相關分子模式(PAMPs)[6]。NOD樣受體蛋白(NLRPs)在人類中已發現22種分子，然而小鼠的受體蛋白種類比人類還要多，小鼠中至少有34種分子[7]。NLRPs的結構由三部分組成，C端富含亮氨酸重復序列(LRRs結構)，在配體識別中起重要作用。中間是NOD結構域，在受體蛋白激活過程中介導自身寡聚化；N末端是效應結構域，已知主要存在四種N端結構域，即CARD結構域、PYD結構域、BIR結構域和轉錄激活結構域[8]。

2 NLRP3炎癥小體的激活

NLRP3炎癥小體在許多疾病中發揮著重要作用,例如Ⅱ型糖尿病、動脈粥樣硬化癥、阿爾海默茨病等。IL-1β是NLRP3炎癥小體介導的Ⅱ型糖尿病的重要致病因子。糖尿病患者NLRP3炎癥小體的激活以及循環系統中炎癥因子IL-1β、IL-18升高，提示NLRP3炎癥小體是Ⅱ型糖尿病發生發展的危險因素[9-10]。雖然動脈粥樣硬化癥[11]和阿爾海默茨等[12]疾病分屬于不同的病種，但是NLRP3炎癥小體導致這些疾病的共同通路就是炎癥反應。目前已經明確NLRP3炎癥小體的激活需要兩類信號：第一類信號是通過相互作用的各種損傷相關分子模式/病原相關分子模式和細胞因子，如TNF-α的Toll樣受體，導致IL-1β和IL-18前體和炎性組件轉錄上調，并形成正反饋[13]；第二類信號可以由大量高度多樣化的分子提供，并導致炎性組件的組裝，其中包括細胞內蛋白質凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis associated speck Eke protein，ASC)、caspase-1和NALP[14]。通過激活多個信號通路活化NLRP3炎癥小體。NLRP3炎癥小體的激活導致了蛋白酶Caspase1的裂解和激活，隨后IL-1β和IL-18前體裂解為成熟的IL-1β和IL-18并分泌出細胞。這些細胞因子在炎癥級聯反應的相對早期，導致干擾素α(TNFα)和干擾素γ(IFNγ)的產生。因此，作為炎癥反應的核心，NLRP3炎癥小體可能為多種炎癥性疾病的治療提供新的靶點。

3 NLRP3炎癥小體在創傷誘發的炎癥反應中的作用

在急診急救中，機械通氣是最常應用的搶救措施。由此導致的肺創傷依然存在。研究發現實驗鼠基因表達的改變與NLRP3炎癥小體具有相關性。在體外模型中，IL-1α、IL-1的受體在基因表達上發生顯著改變。并且在體內模型中，IL-18、IL-1的受體以及IL-1β都發現有顯著性改變[15]。這些基因表達的改變證實了NLRP3炎癥小體在肺創傷導致的炎癥反應中發揮作用。此外，有研究已經證實機械通氣能激活NLRP3炎癥小體，依靠Caspase-1和TLR4機制引起小鼠肺泡中巨噬細胞增加并釋放IL-1β，在巨噬細胞中NLRP3炎癥小體能促進IL-18成熟和分泌。肺泡中巨噬細胞的增加和IL-1β、IL-18的成熟和分泌，進一步說明了NLRP3炎癥小體在機械通氣性肺創傷導致的炎癥反應中發揮重要作用[16]。與此同時Xiang等[17]研究發現創傷后的缺血性休克可致肺血管內皮細胞損傷。HMGB1作用于TLR4和TLR2以及RAGE受體激活內皮細胞NAD(P)H氧化酶，產生活性氧，致使肺血管內皮細胞產生炎癥反應。通過反饋調節作用，活性氧可促進硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)與NLRP3相互作用，從而激活炎癥小體和促進IL-1的釋放。因此NLRP3炎癥小體可能在肺創傷的炎癥反應中起著至關重要的作用。

肝臟遭受創傷后，不可避免的導致肝組織缺血再灌注。缺血再灌注導致肝損傷包含兩個階段。首先缺血引起氧化應激反應導致肝細胞處于亞致死狀態，其次炎癥反應的擴散能加劇肝組織再灌注導致的損傷。研究人員敲除了小鼠的NLRP3和Caspase-1基因，實驗組小鼠IL-1β的表達較對照組明顯減少，并且肝組織得到了顯著的保護[18]。肝組織缺血再灌注后，激活了NLRP3炎癥小體，NLRP3炎癥小體的活化導致了Caspase-1的激活從而促進IL-1β和IL-18的成熟和釋放。另一項研究也發現NLRP3、Caspase-1缺乏的小鼠和應用了Caspase-1抑制劑的小鼠中IL-1β和 IL-18的水平低于對照組。與此同時在實驗鼠中通過RNA發夾沉默NLRP3基因，沉默NLRP3基因后NLRP3炎癥小體無法被激活，從而減少IL-1β、IL-18、TNF-α、IL-6的釋放，對肝組織起到保護作用[19]。然而Sun等[20]研究發現缺血性休克復蘇時，Caspase-1的激活對肝臟起保護作用，并通過調節beclin 1抑制劑的表達來控制氧化應激反應。筆者認為可能由于創傷后檢測時間上的差異，導致實驗結果的不同。

腦是機體生命活動的控制中心，顱腦創傷對機體的損傷更為嚴重。實驗發現顱腦損傷后可激活NLRP3炎癥小體，從而增加IL-1的表達，加劇了顱腦損傷后的炎癥反應[21]。同樣地Liu等[22]檢測到在顱腦創傷模型兔中，隨著時間推移，ASC和Caspase 1以及IL-1β、IL-18表達逐漸增加，這些數據進一步證實了顱腦創傷后，有NLRP3炎癥小體的表達，促進了顱腦創傷后的炎癥反應。顱腦損傷后不可控的炎癥反應可造成腦缺血，進而發生腦壞死。

4 NLRP3炎癥小體在創傷后繼發性炎癥反應中的作用

隨著急救系統的大幅度完善，創傷后死亡率得到了明顯的降低，然而入院后創傷并發癥如血栓、膿毒血癥、多器官功能衰竭(MODS)等，已成為創傷患者中最常見和最嚴重的并發癥[23]。

Gao等[24]研究發現機體創傷后發生膿毒血癥時，Sirt1可以抑制NLRP3炎癥小體激活，抑制肺組織和腎組織產生炎癥，從而減輕機體的炎癥反應，避免發生多器官功能衰竭。Wang等[25]研究證實通過CORM-2釋放的CO能抑制NLRP3炎癥小體的激活，從而減輕膿毒血癥導致的急性腎損傷。但是CO抑制創傷后炎癥小體活性的機制有待于進一步研究。在創傷小鼠模型中，NO可以抑制NLRP3炎癥小體的激活，避免發生膿毒血癥和感染性休克，從而減輕炎癥反應。Mao等[23]證實NO不但抑制小鼠巨噬細胞中NLRP3炎癥小體的激活，而且人外周血巨噬細胞和單核細胞中的NLRP3炎癥小體也可以被抑制。機體創傷后組蛋白顯著增加，細胞外的組蛋白能夠激活T樣受體和NLRP3炎癥小體從而促進血栓的形成[26]。

綜上所述，炎癥小體在機體創傷后的原發損傷及其繼發性損傷的炎癥反應中起著重要作用。同時這也為我們在創傷后控制炎癥反應開啟了一條新思路。盡管NLRP3炎癥小體的聚集和激活機制還不是十分的完善，但是已經有充分的證據表明NLRP3炎癥小體在機體創傷后的原發損傷及其繼發性損傷的炎癥反應中發揮著重要的作用。如果能準確把握時機給予正確的處理措施，阻斷NLRP3炎癥小體激活，從而避免過量細胞因子的產生，將可達到減輕炎癥反應、遏制惡性循環的目的，有望為機體創傷后的治療提供新方法。雖然我們對NLRP3炎癥小體已經有了初步的理解和認識，但是未來的研究和學習方向更應該著重于三個方面：NLRP3炎癥小體的聚集和激活機制，NLRP3炎癥小體在炎癥反應中的作用以及機體創傷后原發損傷及其繼發性損傷的治療和預后。

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Role of NLRP3 inflammasome in regulating inflammation after injury.

LI Dong-dong,ZHOU Min-jie,ZHU Xiao-guang,ZHONG Wei-xi,FENG Qi-ming.Department of Emergency Medicine,Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital,Shanghai200233,CHINA

Trauma can notonly cause primary damage to the injured body,but also resultin the secondary damnification to the same body by inducing the inflammatory response.The inflammasome can regulate inflammation by influencing the lysis and releases of proinflammatory cytokines.The NOD-,LRR,and pyrin domain-containing 3(NLRP3)inflammasome activates the cysteine aspartase-1(Caspase-1),causes the secretion of proinflammatory cytokines, such as interleukin(IL-1β,and IL-18),which involved in the immune response to resist pathogens in the body.Here we review the role of the NLRP3 inflammasome in inflammation after injury.

NOD-,LRR,and pyrin domain-containing 3(NLRP3);Inflammasome;Trauma

R641

A

1003—6350（2017）09—1455—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.09.028

2016-07-29)

國家臨床重點?？平ㄔO項目基金（編號：2013-554）

封啟明。E-mail：fengqiming04@126.com