NLRP3炎癥小體與眼科疾病的研究進展

楊延婷　趙越　吳麗潔　張霽　張丹　吳丹艷　馬曉芃，

上海中醫藥大學（上海 201210）；上海市針灸經絡研究所（上海 200030）

先天免疫系統中核苷酸結合寡聚化結構域NOD樣受體（NLRs）可以通過寡聚體化形成一個多亞基的復合體——炎癥小體，進而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（cas?pases 1），將酶原形式的caspase快速轉化為活性蛋白酶，最終促進炎癥因子白介素1β（IL?1β）和IL?18成熟和分泌，引起炎癥反應甚至導致細胞凋亡［1］。近幾年研究發現NL?RP3與眼科常見疾病有密切聯系。本研究就NLRP3炎癥小體的活化信號、激活通路及與眼科疾病相關的近期研究作一綜述。

1　NLRP3炎癥小體的激活和調控

NLRP3是最具有特征性的一類炎癥小體，由胞質模式識別受體、蛋白酶caspase 1和一個促進兩者相互結合的適應性分子ASC三部分構成。啟動信號由核轉錄因子κB（NF?κB）上調NLRP3和IL?1β前體的表達，隨后的激活信號由各種NLRP3?活化劑提供以促進炎性體復合物的形成［2］。

目前認為NLRP3炎癥小體可能的激活機制有4種：（1）致病微生物細胞外的ATP激活表面受體P2X7，打開離子通道以介導細胞內K+外流，并且使半通道蛋白Pannexin?1在細胞膜上形成小孔，從而使胞外的配體進入細胞中而導致了NLRP3炎癥小體的激活［3］；（2）溶酶體遭到破壞，進而誘導組織蛋白酶B等釋放到胞漿中，通過直接或間接的方式激活NLRP3炎癥小體［4］；（3）損傷的線粒體所釋放的活性氧（reactive oxygen species，ROS）被認為是細胞應激反應的關鍵，而ROS可以作為共同的信號來激活NLRP3炎癥小體［5］；（4）Ca2+依賴性信號觸發了NLRP3炎癥細胞的組裝［6］。

3　NLRP3炎癥小體與眼科疾病

3.1NLRP3與黃斑變性年齡相關性黃斑變性（age?related macular degeneration，AMD）是中老年人常見的致盲性眼病，早期視力喪失不明顯，僅以玻璃疣數量和大小作為疾病進展的標志，晚期以視網膜色素上皮的萎縮、光感受器變性為特點。該病發病與衰老、營養失衡和遺傳等多種因素參與發病有關，并且氧化應激和炎癥在其發病中發揮作用［7］。

視網膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）細胞對維持視細胞功能具有重要意義，并且與黃斑變性的發生密切相關。在兩種類型AMD的進展期中均可發現RPE細胞中NLRP3的上調。對RPE細胞中NLRP3的激活物的研究發現：RPE細胞內溶酶體不穩定會引發NLRP3炎癥小體的激活，進而導致AMD病理中前炎性細胞因子IL?1β的釋放［8］。此外，RPE細胞功能發生障礙，或代謝產物排出障礙使RPE細胞發生腫脹、空泡變性等改變時，變性的RPE細胞會成為局部的炎性刺激，不但能激活NLRP3炎癥小體，還可分泌某些細胞因子并啟動新生血管生長的過程［9］。

視網膜可以通過調控補體激活的程度來形成內穩態環境，當慢性持續病理刺激導致補體系統處于超負荷工作狀態時，會導致大量激活的補體因子形成膜攻擊復合物（membrane attack complex，MAC）［10］。插入細胞膜的MAC通過破壞局部磷脂雙層結構形成穿膜的親水性孔道，最終導致細胞崩解。其作為年齡相關性黃斑變性發病的關鍵因素之一，也是NLRP3炎癥小體潛在激活體［11］。研究發現抑制RPE和脈絡膜中MAC的形成和繼發的NLRP3炎癥小體的激活可以減少外層視網膜中與IL?18和IL?1β有關的慢性炎癥［12］。在病理情況下IL?18可以阻止視網膜、脈絡膜和角膜新血管生成，這一過程與巨噬細胞中的NLRP3炎癥小體滲透至Bruch′s膜并分泌大量IL?18，從而在各種血管床發揮抑制血管生成的作用有關［13］。血管內皮生長因子A（VEGF?A）增加會導致氧化損傷和NLRP3炎癥小體及下游的IL?1β的更高表達，從而引起新生血管和非滲出性AMD樣病理改變［14-16］。臨床研究中發現AMD患者的玻璃體內和血清中NLRP3炎癥小體激活并釋放IL?1β和IL?18增加［15］。利用可以抑制核轉錄因子NF?κB活性的藥物長春西汀來阻斷視網膜色素上皮細胞NLRP3的啟動，結果提示NF?κB抑制劑可能是改善AMD的發展過程中慢性炎性環境的一個有效方法［16］。

3.2NLRP3與急性青光眼急性青光眼以眼壓突然大幅上升和隨后的視網膜神經節細胞（retinal ganglion cell，RGC）死亡為特征，并被公認是永久性的視力喪失和導致不可逆失明的重要原因之一［17］。對導致眼壓迅速升高的原因和RGC死亡具體機制的研究越來越受到重視。研究發現RGC死亡的信號通路，與toll樣受體4（TLR4）和NLRP3介導的IL?1β有密切的聯系。

通過小鼠的高眼壓模型發現急性青光眼眼壓升高會觸發TLR4的表達增加，繼而啟動caspase?8和NLRP3的表達并促進IL?1β的激活、釋放。抑制TLR4或caspase?8的信號會明顯減少IL?1β的產生并減輕視網膜的缺血性損傷［18］。針對RGC死亡的研究發現，NLRP3在視神經壓迫損傷后的視網膜小神經膠質細胞中上調，從損傷部位到視神經頭，可在一天發展到整個視網膜［19］。通過下調NLRP3的表達進而抑caspase?8的激活，可以明顯使RGC死亡數目變少，同時揭示了caspase?8在TLR4介導的炎癥小體激活及caspase?1依賴的NLRP3炎癥小體信號轉導途徑在介異急性青光眼中的關鍵作用［18］。以往的研究表明NLRP3可以通過促進人高遷移率族蛋白B1的釋放參與缺血再灌注損傷［20］。急性青光眼形成和發展中存在一個新穎的信號通路，即高遷移率族蛋白B1對急性升高的眼內壓做出反應，激活典型的NLRP3和非典型的caspase?8炎癥小體，繼而釋放IL?1β［21］。這些結果有助于對急性青光眼發病過程中固有免疫的作用提供新的思路，同時也為急性青光眼視力保護提供了一個在潛在的治療策略。

3.3NLRP3與干眼癥干眼癥是指任何原因造成的淚液質或量異常或動力學異常，導致淚膜穩定性下降，并伴有眼部不適和（或）眼表組織病變特征的多種疾病的總稱［22］。角結膜作為眼部面對不同感染源的第一道防線，面臨著各種環境問題。如暴露于低濕度、高風速環境，或長時間注視視頻顯示終端，可能會增加淚液蒸發，減少淚液體積。對干燥環境的應激反應、淚液滲透壓升高、多原因引起的淚腺釋放促炎癥反應細胞因子、瞬目異常等均可引起眼表炎癥反應。在干眼癥的臨床和動物實驗研究中，干燥應激引起的IL?1β成熟和釋放是致病的關鍵［23］。干眼癥發生、發展的一些危險因素，如年齡、干燥環境和佩戴角膜接觸鏡等因素均有可能引起NLRP3炎癥小體的表達，在干眼癥中NLRP3在不同環境中如低濕度及滲透壓改變等情況下被激活的機制仍有待闡明。

干眼癥患者及干眼小鼠模型在氧化應激及活性氧刺激下會引發NLRP3炎癥小體激活［24-25］。研究發現潛在NLRP3激活信號通路，即環境應激會通過活性氧誘導的氧化損傷和BRCC36去泛素酶激活NLRP3炎癥小體并引起炎癥［26］。環境應激與上皮細胞在先天免疫反應中的直接聯系在很大程度上是未知的，探索NLRP3炎癥小體與干眼癥的關系能使疾病過程中的相關因素更加明確，并且可以提高靶向治療的發展。所以進一步研究應該關注干眼炎癥NLRP3相關信號通路的調控機制及 caspase?1、IL?1β和IL?18在干眼癥發病中的具體作用，探究抑制炎癥小體形成是否可以作為一個治療干眼癥的可行目標。

3.4NLRP3與其他疾病NLRP3基因敲除小鼠比野生型小鼠基質角膜炎出現時間更早并且更嚴重，血管生成分數也相對較高。角膜伴有更高水平的趨化因子和細胞因子如IL?1β、IL?18，中性粒細胞水平也隨之增高［27］。提示NLRP3炎癥小體對皰疹性角膜基質炎的發病具有調控作用。此外有研究顯示在金黃色葡萄球菌感染的結膜上皮細胞中也存在激活的炎癥小體［28］。在高血壓和高脂飲食誘導視網膜氧化和炎癥反應中，NLRP3炎癥小體的活化劑硫氧還蛋白相互作用蛋白表達顯著升高，并認為它是高脂飲食誘導的NLRP3的激活和內皮細胞釋放IL?1β所必須的物質［29］。

4　小結

NLRP3炎癥小體在調節先天和適應性免疫反應中起著至關重要的作用。許多有價值的研究已經證實它在炎癥相關疾病發生和發展中的重要性。眼科炎癥性病變給患者帶來極大的痛苦，例如各種角膜炎、虹膜睫狀體炎、眼瞼炎等等，而NLRP3炎癥小體是危險信號誘導眼科炎癥性疾病發生發展的中心環節。眼表由于特殊的屏障結構，內外危險信號及病原體可以激活NLRP3炎癥小體，促進IL?1β和IL?18成熟分泌，進而加速疾病進展。因此，進一步研究NLRP3在眼病中的生物學特性及調節機制，應用相關生物制劑或生物學方法阻斷NLRP3激動信號通路可發揮對疾病的治療作用，對開辟眼病治療的分子生物學途徑具有重要的意義。

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