NLRP3與心血管系統疾病相關性的研究

杜清　孫經武　蔣雙強

【摘要】心血管疾病（cardiovascular diseases，CVD）是世界范圍內的主要死亡原因，在工業化國家發病率很高，已經嚴重威脅到人類的身體健康，有研究表明，炎癥反應和自身免疫在心血管疾病中起到非常重要的作用[1]。NLRP3作為目前結構和功能最明確的炎癥體，是炎性體的核心炎性小體，其活化后可促進IL-1β及IL-18等分泌，從而導致多種心血管系統疾病的發生。本綜述探討NLRP3炎性小體的激活及與動脈粥樣硬化、心力衰竭、心臟缺血再灌注的關聯性，從而為心血管系統疾病的治療提出新的靶點與思路。

【關鍵詞】NLRP3炎性小體；動脈粥樣硬化；心力衰竭；心臟缺血再灌注

【中圖分類號】R541 【文獻標識碼】A 【文章編號】ISSN.2095.6681.2018.32..02

【Abstract】Cardiovascular diseases （cardiovascular diseases， CVD） are the main causes of death worldwide. The incidence of cardiovascular diseases is very high in industrialized countries， which has seriously threatened human health. Some studies have shown that inflammatory reactions and autoimmunity play a very important role in cardiovascular diseases[1].NLRP3，as the most clearly defined inflammatory body in its structure and function， is the core inflammasome of the inflammatory body. After its activation， it can promote the secretion of IL-1β and IL-18， thus leading to a variety of cardiovascular diseases. This review examines the activation of NLRP3 inflammasome and its association with atherosclerosis， heart failure，and ischemia reperfusion，thus providing new targets and ideas for the treatment of cardiovascular diseases.

【Key words】NLRP3 inflammasomes； atherosclerosis；Heart failure；Cardiac ischemia reperfusion

1 NLRP3炎性小體的概述

1.1 NLRP3炎性小體的構成

NLRP炎癥小體亞家族有NLRP1-NLRP14共計14個成員。主要有NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2和BIG-I等炎癥小體。NLRP3作為NLR家族的核心小體，它由NOD樣受體蛋白3（Nod-likereceptor protein，NLRP3）凋亡相關微粒蛋白（Apoptosis-associat speck-like protein containing CARD，ASC）和caspase-1組成的高分子蛋白復合物[2]。其結構主要由三部分構成：（1）C端亮氨酸重復結構域（leucine-rich repeats，LRRs），其作用是識別PAMP（病原相關分子模式）和DAMP（危險相關分子模式），其為NLRP3的功能調節發揮重要作用。（2）N端熱蛋白結構域（包括PYD、CARD、BIR），其能夠介導下游信號傳導；（3）中心核苷酸寡聚結構域（nucleoside triphosphatase do-main，NACHT），此為NLR家族的核心結構域[3]。

1.2 NLRP3的激活途徑

NLRP3在正常靜息狀態具有自我調節功能。當機體受到細菌、病毒及真菌核酸，膽固醇、尿酸鹽等晶體物質，ATP及β-淀粉樣蛋白等多種內源性及外源性的信號刺激時，此時NLRP3可被激活，激活后的NLRP3氨基端熱蛋白結構域與ASC互相作用，ASC的CARD募集形成Caspase-1的前體[4]。這些相互作用可使caspase-1的前體剪切和活化，變成有活性的Caspase-1，Caspase-1又被稱作白介素細胞轉化酶（interleukin converting enzyme，ICE），隨之即可酶解IL-1β等促炎細胞因子轉化為有活性的炎癥細胞因子，引起機體炎癥反應[5]。

目前公認的NLRP3激活途徑有3種：（1）鉀離子流出機制：胞外ATP與細胞膜的P2X7嘌呤受體結合后，引起鉀離子外流、pannexin-1膜孔聚集，使相關NLRP3激動劑進入胞內，從而激活NLRP3[6]。（2）溶酶體損傷機制：晶體或顆粒物質等被細胞吞噬后可導致溶酶體的破裂，從而釋放caphepsin-β，導致NLRP3炎性小體的活化[7]。（3）活性氧基團產物模型：NLRP3炎性小體的激活過程需要激動劑的參與，其激活過程均可產生活性氧，并參與NLRP3炎性小體的激活過程，目前機制尚不明確[8]。

NLRP3炎性體具體激活機制目前尚不清楚。有證據表明，腫瘤、類風濕性關節炎、痛風、多發性硬化、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、腎病綜合征、肝纖維化和肝硬化、2型糖尿病等多種疾病均與NLRP3炎性體與有關。且有報道指出，膽固醇結晶可以激活NLRP3從而促進IL-1b的釋放，導致血管炎性反應，最終導致動脈粥樣硬化的發生。因此，NLRP3炎性體在AS及相關疾病研究中引起廣泛關注。

2 NLRP3與AS的關系

2018年世界衛生組織的統計結果表明，全球主要的致死病為心血管疾病，而動脈粥樣硬化已成為心血管疾病最大的原因[9]。動脈粥樣硬化（atheroscrosis，AS）實質上為血管受損后發生的一種炎癥過程[10]，變質、滲出和增生等作為炎癥的基本特征，在脂質條紋、粥樣斑塊、纖維斑塊、不穩定性斑塊破裂和血栓形成過程中都有大量炎性細胞和炎性因子的參與[11]。其主要的危險因素有高血脂、高血壓、糖尿病、吸煙、感染、自身免疫病等[12-14]。有研究表明NLRP3炎性小體參與了AS的病理進程。有研究表明，通過抽取冠心病患者的血液與正常人患者的血液，測血液中NLRP3的表達量，發現冠心病患者血液中的NLRP3含量遠遠高于正常人血液中NLRP3的含量[15]，且血液中NLRP3的含量與冠狀動脈的嚴重程度程正相關[16]。Zheng[17]等收集患有冠狀動脈粥樣硬化（需冠脈搭橋）患者的升主動脈及與/腎臟捐贈的健康者的腎動脈分別作為實驗組和對照組，測得在冠狀動脈粥樣硬化（需冠脈搭橋）患者中NLRP3的表達量很高，相反，在腎臟捐贈的健康者的腎動脈組中出現低表達。并且發現升主動脈的狹窄程度及患者的危險因素與NLRP3的表達量的多少有密切的關系。

最近研究發現，動脈病變早期即有膽固醇結晶的出現，且與炎性細胞的聚集幾乎同時出現。內皮細胞和巨噬細胞通過攝取膽固醇形成微小膽固醇結晶，并猜測其參與了動脈粥樣硬化的發生與發展，在此過程中炎性體的介導起重要作用[18]。Duewell[19]等發現，用膽固醇結晶刺激人外周血單核細胞或注射入小鼠巨噬細胞后發現，NLRP3炎性小體可被膽固醇激活，并且促進IL-1β的大量釋放，促進動脈粥樣硬化的形成。

3 NLRP3與心力衰竭的關系

心力衰竭（heart failere，HF）是在持續異常神經激素、壓力應激等多種因素作用下導致心臟功能衰竭的過程，其主要機制就是心肌在氧化應激等多種因素下發生心肌重構，主要是從基因、細胞、分子、組織器官等多個層面發生改變。有研究表明，心力衰竭的病理生理過程與炎癥反應密切相關[20]。目前NLRP3炎性小體主要通過對IL-1β、IL-18介導從而影響心力衰竭的發展。在動物實驗中發現，IL-1Rα注射及IL-1β基因敲除對Apo-E基因敲除動脈粥樣硬化易感小鼠具有保護作用；相反，IL-1Rα基因敲除具有促進動脈粥樣斑塊形成的作用[21]。人體試驗中亦發現，給予心力衰竭患者為期2周的阿那白滯素（IL-1拮抗劑）的注射治療，患者的IL-1β水平明顯下降[22]。

有證據表明，心力衰竭后，可由于強烈的炎性反應使心臟出現進一步損傷和心臟收縮及擴張功能障礙。組織損傷期間的細胞碎片（如細胞外ATP）釋放對NLRP3炎性小體的構想有重要意義。

4 NLRP3與心臟缺血再灌注損傷的關系

在缺血基礎上恢復血流后組織損傷反而加重，甚至發生不可逆性損傷的現象稱為缺血再灌注損傷（ischaemia-reperfusion injury，I/R）。其是一個炎癥反應的級聯過程，包括血管微循環的破壞、炎性細胞的激活、活性氧及有關炎癥介質（如IL-1β、IL-18）的釋放，最終導致細胞的壞死凋亡及器官功能障礙。因此及時有效的血運重建，可以挽救心肌，減少心肌的梗死面積。心臟的I/R損傷過程存在無菌炎癥反應，且由NLRP3炎性小體介導。Sandanger[23]等以小鼠和大鼠為例建立永久性心肌梗死模型，發現NLRP3、IL-1β、IL-18表達量在心肌缺血處冠狀動脈血管明顯增加。而在NLRP3缺陷的小鼠和大鼠中，其心臟的功能、缺氧程度在心臟缺血再灌注后都明顯改善。Liu[24]等在小鼠身上建立心臟缺血再灌注模型，將 NLRP3炎性體抑制劑注射入冠心病小鼠心肌或腹腔內，發現心肌細胞中巨噬細胞和中性粒細胞的浸潤明顯減少，同時發現心肌細胞的凋亡和梗死面積與NLRP3有關。Marchetti[25]等通過建立小鼠心肌缺血再灌注模型，發現缺血再灌注小鼠的心臟梗死面積顯著減少，血清心肌肌鈣蛋白I水平下降。說明在一定程度上小鼠心肌細胞死亡可被NLRP3炎性小體抑制劑阻止。此外，體外實驗證明心肌成纖維細胞主要介導炎癥的活化，占心肌組織細胞的2/3，剩余1/3為心肌細胞。心肌缺血再灌注后心肌成纖維細胞表達明顯上調，IL-1β、IL-18表達明顯增高[26]，NLRP3炎性小體可被受損的心肌細胞通過釋放ATP激活，進而釋放IL-1β、IL-18，引發炎癥反應[27]。炎癥反應進一步誘發其他相關細胞因子的釋放，從而導致缺血心肌炎性細胞的浸潤，加重心肌損傷。此外，參與心肌損傷的過程也包括死亡的炎性細胞。

越來越多的研究表明，天然免疫在缺血再灌注的炎性損傷中發揮關鍵作用，先天免疫通過模式識別受體（pathogen-recog-nition receptors，PRRs）識別在缺血再灌注損傷中受損細胞釋放的損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）從而引發炎癥趨化及損傷。其中 NLRP3在缺血再灌注損傷中發揮重要作用，并且是重要的模式識別受體。

5 結語

NLRP3炎性小體作為目前研究最多的炎性小體，與多種炎性疾病的發生發展有密切關系，在激發和調節固有免疫及炎癥反應中發揮重要作用。盡管研究證實NLRP3 炎性小體被激活，隨之即可產生IL-1β 等細胞因子，在促動脈粥樣硬化、心力衰竭、心臟缺血再灌注損傷中發揮作用。故阻斷或抑制NLRP3的活化可能成為新的靶點。但NLRP3炎性小體在不同生理條件下的結構和作用機制尚不清楚。要想充分了解炎癥疾病的發生發展過程及對炎癥疾病進行有針對性的治療，對于炎性小體的研究必將成為不可缺少的一部分。可以預計，NLRP3 炎性小體在體內的表達水平及其在人體不同疾病狀態中的研究將可能成為國內外關注的熱點。

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本文編輯：趙小龍