Nupr1/ERS/NLRP3炎性小體在甲基苯丙胺誘導的神經(jīng)毒性中的作用

楊根夢，曾曉鋒，張冬先，洪仕君，李利華

(昆明醫(yī)科大學法醫(yī)學院，云南 昆明 650500)

甲基苯丙胺(methamphetamine，METH)屬于苯丙胺類興奮劑，俗稱“冰毒”，具有神經(jīng)毒性大、依賴性強、復吸率高等特點[1]，我國最新毒品報告顯示，METH已取代海洛因成為我國濫用最多的毒品。長期濫用METH對中樞神經(jīng)系統(tǒng)可產(chǎn)生明顯的毒性作用。METH毒性作用可能與氧化應激、神經(jīng)細胞凋亡和自噬[2]、膠質(zhì)細胞激活[3]以及炎癥反應[4]等有關(guān)。但截至目前為止，METH誘導神經(jīng)毒性作用和成癮機制尚不清楚。有研究表明Nupr1核蛋白1(nuclear protein 1，Nupr1)可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress, ERS)途徑介導METH誘導的神經(jīng)細胞凋亡和自噬[5]。Nupr1作為應激蛋白，可通過線粒體經(jīng)典途徑在METH誘導內(nèi)皮細胞凋亡中發(fā)揮重要作用[6]。并且ERS可參與METH誘導血腦屏障損傷過程[7]。此外，ERS可激活NLRP3 炎性小體，并參與認知功能障礙和抑郁樣表現(xiàn)[8]。METH濫用可激活小膠質(zhì)細胞NLRP3炎性小體[9],NLRP3 炎性小體可活化caspase-1來誘導IL-1β和IL-18前體的成熟并釋放IL-1β和IL-18，從而引起炎性反應。本文通過對Nupr1、ERS和NLRP3 炎性小體與METH神經(jīng)毒性的相關(guān)研究進行總結(jié)，旨在為進一步研究METH神經(jīng)毒性作用機制提供參考。

1 Nupr1與METH神經(jīng)毒性作用

Nupr1可參與多種病理生理過程，尤其是對腫瘤的調(diào)節(jié)具有雙重作用,Nupr1即能促進腫瘤的生長和進展,又具有抗腫瘤活性。正常情況下，Nupr1表達水平很低，但在缺氧、氧化應激、DNA損傷和其他應激條件下，Nupr1可被誘導并發(fā)揮相應的作用。研究發(fā)現(xiàn)，Nupr1在METH誘導神經(jīng)細胞毒性作用中發(fā)揮重要作用。METH對大鼠，PC12細胞和原代大鼠皮質(zhì)和紋狀體神經(jīng)細胞產(chǎn)生的毒性作用(主要表現(xiàn)為凋亡和自噬)具有METH濃度和時間依賴性，同時Nupr1的表達水平也明顯升高。沉默Nupr1基因后，凋亡和自噬相關(guān)蛋白表達水平不同程度的降低，說明Nupr1參與調(diào)節(jié)METH誘導的神經(jīng)細胞毒性作用[5]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，METH給藥后，人臍靜脈和大鼠心臟微血管內(nèi)皮細胞Nupr1表達水平具有METH濃度和時間依賴性，同時內(nèi)皮細胞發(fā)生明顯凋亡。通過沉默Nupr1基因證實Nupr1的激活是METH誘導內(nèi)皮細胞凋亡所必需的[6]。上述研究說明Nupr1參與METH誘導神經(jīng)毒性作用的調(diào)節(jié)。

2 ERS與METH神經(jīng)毒性作用

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成、加工和運輸?shù)闹饕獔鏊Ｍ饨缫蛩氐拇碳た梢饍?nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)錯誤折疊蛋白增加和未折疊蛋白聚集等，該過程稱為ERS。正常情況下，細胞會通過誘導未折疊蛋白反應(unfolded protein response，UPR)來減輕ERS對細胞的損傷。而長時間ERS會破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的保護能力而導致促神經(jīng)毒性的炎癥反應和凋亡程序的激活[10]。并且長時間ERS會導致慢性和持續(xù)的UPR，而UPR會通過上調(diào)激活轉(zhuǎn)錄因子4激活細胞凋亡通路而導致細胞死亡[11]。研究表明，ERS參與毒品濫用誘導的神經(jīng)毒性作用。如可卡因可通過ERS激活自噬而誘導星形膠質(zhì)細胞發(fā)生炎癥反應[12]，通過ERS-自噬通路和ROS-ERS-ATF4-TLR2通路激活小膠質(zhì)細胞而誘導神經(jīng)毒性作用[13,14]。METH可通過激活氧化應激和ERS促進細胞死亡[15]。應用C57BL/6J小鼠和BMVEC細胞進行研究發(fā)現(xiàn)，METH可通過損傷BMVEC細胞的血腦屏障，導致細胞凋亡從而降低細胞的存活率，同時，ERS相關(guān)蛋白p-PERK ,p-IRE1α,ATF6,和GRP78/BIP的表達水平和CHOP表達水平明顯升高。說明METH可激活ERS,并上調(diào)促凋亡蛋白CHOP的表達，而CHOP是ERS的主要調(diào)節(jié)者，同時也是細胞凋亡的執(zhí)行者。因此，METH可通過激活ERS誘導內(nèi)皮細胞血腦屏障損傷而引起細胞凋亡。此外，METH可誘導大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤(C6)細胞表達ERS相關(guān)蛋白明顯升高，METH激活ERS后細胞存活率隨著METH濃度的增加逐漸降低[16]。Shah等[17]應用SVGA細胞和人胎兒星形膠質(zhì)細胞為研究對象，發(fā)現(xiàn)METH可通過ATF6,IRE1α和PERK途徑激活ERS而誘導星形膠質(zhì)細胞發(fā)生Ⅰ型程序性細胞死亡。且METH可通過多巴胺Ⅰ受體激活ERS而誘導大鼠紋狀體神經(jīng)細胞凋亡[18]。上述研究均說明METH激活ERS與其誘導的神經(jīng)毒性作用密切相關(guān)。

3 NLRP3 炎性小體與METH神經(jīng)毒性作用

NLRP3炎性小體由NLRP3蛋白本身、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白和半胱天冬酶-1前體(pro-caspase-1)組成。pro-caspase-1經(jīng)加工形成具有活性的caspase-1，隨后切割I(lǐng)L-1β和IL-18的前體，最終分泌成熟的IL-1β和IL-18[19]。NLRP3 炎性小體是神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應的核心。在病理狀態(tài)下，線粒體-ROS-NLRP3炎性小體,ROS-NF-κB-NLRP3炎性小體和自噬-NLRP3炎性小體通路對機體的調(diào)節(jié)具有較為重要的作用[20]。NLRP3炎性小體的激活參與了藥物濫用如酒精、可卡因、嗎啡和METH濫用等的調(diào)節(jié)[19]。METH可明顯降低大鼠海馬CA1區(qū)星形膠質(zhì)細胞抗氧化酶SOD和GSH的表達水平，同時誘導MDA、TNF-α、GFAP和caspase-3的表達水平明顯升高。說明METH通過激活氧化應激和炎癥反應誘導神經(jīng)細胞凋亡[21]。IL-1β是中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應中較為重要的細胞因子，可增加藥物依賴的風險。研究表明，IL-β基因多態(tài)性與阿片類藥物和酒精依賴有關(guān)，位于511和31位點的IL-1β單核苷酸可明顯增加IL-1β的釋放，隨后可激活谷氨酸受體、NMDA受體和多巴胺受體，最終引起藥物依賴[22]。METH可激活NLRP3 炎性小體并對脂多糖誘導小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生和釋放IL-1β具有明顯的增強作用。METH激活NLRP3 炎性小體具有時間和濃度依賴性。且METH通過刺激線粒體產(chǎn)生大量ROS和破壞溶酶體的通透性來激活炎性小體，從而促進IL-1β的成熟和分泌，最終加重小膠質(zhì)細胞的神經(jīng)毒性作用[23]。此外，Du等[9]以C57BL/6J野生型小鼠和BV2 細胞為研究對象，結(jié)果表明，METH可激活NLRP3炎性小體，同時誘導iNOS表達水平明顯升高，同時發(fā)現(xiàn)METH可通過MiR-143 /PUMA軸激活NLRP3炎性小體。

總之，NLRP3炎性小體的激活在METH濫用中發(fā)揮重要作用，首先METH濫用可刺激神經(jīng)細胞釋放一些危險相關(guān)因子如細胞因子、內(nèi)毒素和神經(jīng)毒性有關(guān)因子等；其次METH濫用可破壞血腦屏障，上述與神經(jīng)毒性有關(guān)的因子可通過血腦屏障，從而激活小膠質(zhì)細胞和誘導IL-1β和IL-18前體明顯增多，并激活NLRP3炎性小體。再者METH濫用可激活小膠質(zhì)細胞釋放大量鉀離子，ROS和激發(fā)ERS,從而促進IL-1β和IL-18的成熟和釋放。IL-1β的過量釋放可引起明顯神經(jīng)元炎性反應而導致神經(jīng)元損傷[19]。上述研究均說明NLRP3可作為抗神經(jīng)炎癥治療的新靶點。

4 Nupr1、ERS和NLRP3炎性小體之間的關(guān)系

Nupr1可通過CHOP-Trib3介導的ERS信號通路調(diào)節(jié)METH誘導神經(jīng)細胞凋亡和自噬，通過沉默Nupr1基因，發(fā)現(xiàn)ERS相關(guān)蛋白(CHOP/Trib3)表達水平明顯降低，同時METH誘導的神經(jīng)細胞凋亡和自噬水平有所下降。而沉默ERS相關(guān)蛋白(CHOP/Trib3)之后，Nupr1表達水平不受影響，而METH誘導的神經(jīng)細胞凋亡和自噬水平有所下降，說明Nupr1作為ERS的上游，而神經(jīng)細胞凋亡和自噬作為ERS的下游[5]。此外，METH可激活Nupr1-Chop/p53-PUMA/Beclin1途徑誘導線粒體介導的內(nèi)皮細胞凋亡。該研究也說明Nupr1與ERS密切相關(guān)，且Nupr1作為ERS的上游[6]。作為ERS感受器的IRE1α可通過介導NLRP3的激活誘導線粒體功能障礙，而激活I(lǐng)RE1α可使線粒體釋放大量ROS，并增強NLRP3與線粒體之間的關(guān)聯(lián)性。IRE1α是通過NLRP3、caspase-2和Bid相互作用誘導線粒體功能障礙，同時ERS通過NLRP3-caspase-2 軸激活NLRP3炎性小體并釋放大量的IL-1β[24]。上述研究均說明Nupr1、ERS和NLRP3炎性小體三者之間存在著相互作用關(guān)系。

5 總結(jié)與展望

總之，大量研究表明，Nupr1、ERS和NLRP3 炎性小體均參與了METH誘導的神經(jīng)毒性作用，但具體作用機制及信號通路尚不清楚。且截至目前為止，尚未有公認的有效藥物可以治療毒品成癮。因此，研究METH誘導神經(jīng)毒性作用和成癮機制以及尋找有效干預治療藥物將會是今后該領(lǐng)域研究的重點和最終目標。