NLRP3炎癥小體與心房顫動的研究進(jìn)展

吳小寒，劉長樂

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是臨床上最常見的心律失常之一，與腦卒中和心力衰竭風(fēng)險增加密切相關(guān)，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢［1］。臨床上對AF的預(yù)防和治療手段仍存在很大的局限性，其根本原因是AF 發(fā)生的確切分子機(jī)制尚未完全闡明。有研究表明，心房炎癥反應(yīng)增強(qiáng)與心房重構(gòu)導(dǎo)致AF發(fā)生的病理生理過程相關(guān)［2-3］。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域受體蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體能夠識別內(nèi)源性危險信號，激活半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspase）-1，繼而活化白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β 和IL-18 等細(xì)胞因子，參與糖尿病等諸多慢性疾病的非感染性炎性反應(yīng)。目前國內(nèi)外對NLRP3 炎癥小體和AF 相關(guān)性的研究報道鮮見，本文就兩者的最新研究進(jìn)展綜述如下。

1 NLRP3炎癥小體概述

2002年Tschopp 團(tuán)隊(duì)首次提出炎癥小體的概念，將其定義為caspase 的激活復(fù)合物［4］。caspase-1通常以無活性的pro-caspase-l形式存在。炎癥小體激活時，通過銜接蛋白凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）招募效應(yīng)蛋白pro-caspase-1，裝配形成炎癥小體。炎癥小體自我激活使pro-caspase-1（45 ku）發(fā)生水解（生成10、20 ku片段），成為具有活性的caspase-1。caspase-1 再進(jìn)一步切割pro-IL-1β 和pro-IL-18，生成具有活性的IL-1β 和IL-18 等促進(jìn)炎癥反應(yīng)［5］。此外，炎癥小體激活還能介導(dǎo)一種程序性細(xì)胞死亡——細(xì)胞焦亡（pyroptosis）［6］。細(xì)胞焦亡是一種高炎癥狀態(tài)的細(xì)胞死亡，細(xì)胞發(fā)生焦亡后會釋放出更多的炎癥小體，進(jìn)一步加深機(jī)體的炎癥程度。有研究證明焦亡依賴于caspase-1的活性［7］，包括細(xì)胞焦亡的經(jīng)典途徑及非經(jīng)典途徑，因此炎癥小體在機(jī)體固有免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)中均發(fā)揮著重要作用。Liu 等［8］通過建立小鼠心肌炎模型研究發(fā)現(xiàn)，1，25-二羥基維生素D3能抑制心肌細(xì)胞焦亡信號通路，從而阻止心肌細(xì)胞的死亡。Jeyabal 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，高血糖環(huán)境下miRNA-9 可直接作用于ELAV 樣蛋白1（ELAV-like protein 1，ELAVL-1），抑制ELAVL-1 的表達(dá)，繼而抑制NLRP3、caspase-1 及IL-1β 在心臟及心肌細(xì)胞中的表達(dá)，阻遏高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞焦亡。

NLRP3炎癥小體是最具特征且目前研究最為廣泛的炎癥小體，是由NLRP3、ASC 以及caspase-1 組成的高分子量蛋白復(fù)合物［10］。在外界刺激條件下，NLRP3炎癥小體的3個部分組裝成穩(wěn)定復(fù)合體激活下游分子，再剪切激活相應(yīng)炎癥因子最終引發(fā)炎癥反應(yīng)。

2 NLRP3炎癥小體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

Jo 等［11］的研究發(fā)現(xiàn)NLRP3 炎癥小體的激活與多種自身炎癥、自身免疫性疾病和代謝疾病的發(fā)病相關(guān)。NLRP3炎癥小體的激活被認(rèn)為是在轉(zhuǎn)錄和翻譯后的水平上調(diào)節(jié)的，主要需要2 個信號：第1 個信號是由Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）/核因子（nuclear factor，NF）-κB 通路誘導(dǎo)的啟動信號，通過啟動編碼炎癥小體形成的基因或脫輔基酶（deubiquitinating enzyme） BRCC3 激活來上調(diào)NLRP3 的表達(dá)［12］；第2 個信號由多種病原體相關(guān)的分子模式和損傷相關(guān)分子模式（pathogen/damageassociated molecular patterns，PAMP/DAMP）介導(dǎo)，通過啟動由NLRP3、適配蛋白ASC和pro-caspase-1組成的多蛋白復(fù)合物來激活炎癥反應(yīng)［13］。目前有許多機(jī)制被認(rèn)為與NLRP3的激活相關(guān)，主要有：（1）離子通道模式。 胞外的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）激活細(xì)胞表面的ATP 門控的離子通道 P2X7（modulating purinergic receptor P2X ligand-gated ion channel 7）引起鉀離子外流，活化的P2X7R 激活NLRP3。（2）活性氧（Reactive oxygen species，ROS）模式。ROS 水平升高，誘導(dǎo)硫氧還蛋白（thioredoxin，TXN）解離出硫氧還蛋白作用蛋白（thioredoxin-interacting protein，TXNIP），TXNIP 激活NLRP3。（3）溶酶體機(jī)制。巨噬細(xì)胞中的溶酶體失穩(wěn)，釋放蛋白酶以激活NLRP3［14］。以上機(jī)制可單獨(dú)或共同作用激活NLRP3炎癥小體，最終誘發(fā)炎癥的生成。其中線粒體產(chǎn)生ROS在巨噬細(xì)胞內(nèi)被脂多糖（LPS）刺激是觸發(fā)激活NLRP3 炎癥小體的主要機(jī)制［15］。此外Spindel 等［16］研究發(fā)現(xiàn)，ROS 可促使TXNIP與TXN結(jié)合，關(guān)閉TXN的抗氧化活性。

3 NLRP3炎癥小體與AF

3.1 臨床研究 炎癥反應(yīng)的增強(qiáng)常與AF的發(fā)生發(fā)展相關(guān)聯(lián)，其證據(jù)包括AF患者血清和心臟組織的炎癥標(biāo)志物水平升高，AF動物模型中炎癥標(biāo)志物表達(dá)升高以及抗炎藥物有益于AF 治療等［17］。本課題組前期研究已證實(shí)激活過氧化物酶活化受體-γ（peroxisome proliferator-actiated receptor γ，PPARγ）-TLR4-腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）靶向路徑可增加心房肌炎癥反應(yīng)并提高氧化應(yīng)激水平，進(jìn)而使AF誘發(fā)率提高［18］。許鍵等［19］研究發(fā)現(xiàn)AF 患者外周血單核細(xì)胞（peripheral blood monouclear cells，PBMCs）中NLRP3表達(dá)水平高于正常對照組，同時其下游因子IL-1β及其相關(guān)炎癥因子IL-6、C 反應(yīng)蛋白（C reactive protein，CRP）平均高于正常對照組。AF患者PBMCs中NLRP3 水平與左心房內(nèi)徑（LAD）呈正相關(guān)，而與左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）呈負(fù)相關(guān)，提示NLRP3參與的炎癥反應(yīng)可以引發(fā)心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)或電重構(gòu)，從而誘發(fā)AF 的產(chǎn)生及持續(xù)存在。Yao 等［20］研究發(fā)現(xiàn)在陣發(fā)性和持續(xù)性AF患者的心肌細(xì)胞中，NLRP3炎癥小體的活性增強(qiáng)。陣發(fā)性AF患者的心房肌細(xì)胞中，caspase-1-p20蛋白表達(dá)水平顯著增加，而NLRP3及pro-caspase-1 的蛋白水平未見明顯變化，反映了此時NLRP3 激活的主要機(jī)制是蛋白裝配（“觸發(fā)”）增強(qiáng)。而在持續(xù)性AF 患者的心房肌細(xì)胞中，NLRP3、ASC及caspase-1-p20的蛋白水平較對照組（無房顫史的竇律患者）均有升高，表明隨著AF 由陣發(fā)性進(jìn)展到持續(xù)性，NLRP3激活不僅有“觸發(fā)”增強(qiáng)，還有信號“啟動”的增強(qiáng)，主要證據(jù)來源于持續(xù)性AF 患者NF-κB 的磷酸化表達(dá)增強(qiáng)。此研究首次驗(yàn)證NLRP3 炎癥小體與AF 的病理生理學(xué)機(jī)制存在因果關(guān)系，證實(shí)NLRP3 在陣發(fā)性和持續(xù)性AF 患者的非免疫心肌細(xì)胞中表達(dá)增強(qiáng)，且其在心肌細(xì)胞中的活性形式與AF向更持久的形式進(jìn)展密切相關(guān)。

3.2 基礎(chǔ)研究 Yao 等［20］通過Myh6Cre小鼠與Nlrp3A350VneoR小鼠雜交獲得表達(dá)NLRP3結(jié)構(gòu)活性的心肌細(xì)胞特異性敲入（CM-specific knock-in，CM-KI）小鼠（Myh6Cre：Nlrp3A350V/+）模型發(fā)現(xiàn)，相對于野生型和Myh6Cre小鼠，CM-KI 小鼠存在更為頻繁的異位電活動，且重復(fù)性起搏所致AF的誘發(fā)率明顯增高。這些發(fā)現(xiàn)表明CM-KI 小鼠有著更易發(fā)生AF的基礎(chǔ)。特異性NLRP3-炎癥抑制劑MCC 950可抑制CM-KI小鼠自發(fā)性房性期前收縮及誘發(fā)陣發(fā)性AF 的發(fā)生。此外，研究者利用腺相關(guān)病毒9 型（adeno-associated virus type 9，AAV9）介導(dǎo)的一種短發(fā)夾RNA（shorthairpin RNA，shRNA）的基因轉(zhuǎn)移抑制CM-KI 小鼠的NLRP3 基因表達(dá)，降低了AF 的誘發(fā)率。該研究還證實(shí)NLRP3 在心肌細(xì)胞中的特異性激活引起蘭尼堿2 型受體（ryanodine receptor type-2，RyR2）上調(diào)，引發(fā)肌漿網(wǎng)Ca2+異常釋放和電重構(gòu)，以促進(jìn)心肌結(jié)構(gòu)重構(gòu)。

3.3 NLRP3 與心肌纖維化 NLRP3 亦存在于心肌成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblasts，CFs）中，而CFs 與心房纖維化密切相關(guān)［21］。Wan等［22］研究表明黃芪甲苷（AST）及其活性皂甙元環(huán)黃芪酚（CAG）對異丙腎上腺素（isoprenaline，ISO）誘導(dǎo)的心肌纖維化具有抑制作用，其機(jī)制可能為抑制NLRP3炎癥小體傳導(dǎo)通路而實(shí)現(xiàn)抗纖維化的效果。Shen 等［23］研究表明，小鼠心房肌細(xì)胞中半乳糖凝集素-3（galectin-3，gal-3）的表達(dá)上調(diào)可激活CFs中的轉(zhuǎn)化生長因子-β1/α-平滑肌肌動蛋白/Ⅰ型膠原（TGF-β1/SMA/Col Ⅰ）通路，從而加重心房纖維化。Yao 等［20］研究也證實(shí)，NLRP3可通過作用于caspase-1介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，誘發(fā)CFs 中g(shù)al-3 的上調(diào)引起心房纖維化。但CFs 中的NLRP3引發(fā)AF的病理生理學(xué)機(jī)制尚未闡明，或可成為未來重要的研究方向。

4 展望

目前AF的治療手段仍存在許多局限之處，如易出現(xiàn)心律失常并發(fā)癥、有效治療手段不足、耐藥性AF 遠(yuǎn)期進(jìn)展不佳等［24］。新近證據(jù)表明NLRP3 炎癥小體與AF 的發(fā)生存在密切關(guān)聯(lián)，以NLRP3 炎癥小體為靶點(diǎn)或可為AF提供新的治療思路。此外，拮抗NLRP3炎癥小體激活的下游因子如IL-1β、caspase-1 及gal-3［25］也可能對AF 的治療具有價值。除了作為治療靶點(diǎn)，NLRP3、IL-1β 等炎癥因子亦有可能作為預(yù)測AF 或判斷AF 進(jìn)展的生理性指標(biāo)應(yīng)用于臨床。因此繼續(xù)深入研究NLRP3 炎癥小體的活化和調(diào)控機(jī)制，探究NLRP3 參與AF 的誘發(fā)機(jī)制，研發(fā)NLRP3 炎癥小體靶向活性藥物并應(yīng)用于臨床，可能會為AF的上游治療提供新的途徑。