NLRP3炎癥小體與經皮冠脈介入術后支架內再狹窄的研究進展

白津宇，孫敏潔，黃 帥，周 靜，高 峰

目前心血管疾病作為我國各地區病死的主要原因已受到社會及人們廣泛關注，預計在未來相當長的時間內，其患病率與病死率將持續增長[1]。在心血管疾病中，冠脈疾病(cardiovascular disease, CAD)存在較高病死風險，而經皮冠脈介入(percutancous coronary interventio, PCI)已成為治療冠心病(coronary heart disease, CHD)的最佳方案，術后血供可重新恢復，對挽救患者生命及改善生活質量具有重大意義，但冠脈再發動脈硬化的影響因素仍未徹底解決。隨著藥物洗脫支架及新型抗凝藥物的不斷更新與發展，支架內再狹窄(in-stent restenosis, ISR)的發生率明顯減少，但仍有10%的患者出現ISR[2]。有研究表明，在ISR發病機制中，低度慢性炎癥反應可能起關鍵作用[3]。有文獻報道，炎癥小體作為天然免疫系統的組成部分之一，在炎癥反應中發揮核心作用，同時在心血管疾病的發生、發展中也具有重要作用，其中NOD樣受體蛋白3(NLRP3)為最常見的炎癥小體，是先天免疫反應的關鍵參與者，參與啟動和激活炎癥信號[4]。此外，NLRP3炎癥小體可通過誘導促炎細胞因子分泌而發揮炎癥反應，或以半胱天冬酶-1依賴性方式引起一種新的程序性細胞死亡。本文分析NLRP3炎癥小體與PCI術后ISR的相關性，現綜述如下。

1 NLRP3炎癥小體概述

NLRP3炎癥小體是一個產生白細胞介素-1β(IL-1β)和白細胞介素-18(IL-18)的平臺，是NLR家族的一員[5]，最具特征性的炎癥小體是在NLRP3周圍形成的，是一種主要由NLRP3、凋亡相關微粒蛋白(ASC)和半胱天冬酶前體-1(Caspase-1)組成的多蛋白、大細胞質復合體。NLRP3有識別配體的富含亮氨酸的C末端重復結構域，亦有結合核苷酸及寡聚化位點的中央核苷酸結構域和N末端效應器域，是炎癥小體的核心區域[6]。當機體受到外界刺激時，NLRP3與ASC的N末端吡啶結構域(PYD)進行相互作用，進而與Caspase-1結合，進一步激活下游促炎細胞因子(IL-1β和IL-18)，從而引起炎癥反應，進而觸發細胞死亡[7]。

先天免疫系統是人體的第1道防線，可對感染、細胞釋放的危險信號等刺激給予反應。NLRP3炎癥小體及其產物被觸發以防御病原體入侵。目前炎癥小體、半胱天冬酶-1的研究是關于其在機體對微生物分子(細菌、真菌或病毒)反應中的作用，發現微生物分子具有一種病原體相關分子模式(PAMPs)結構[8]。此外，NLRP3炎癥小體還可感應來自一種內源性(非微生物)危險信號的壓力，而危險信號中存在危險相關分子模式(DAMPs)結構，其可能在感染、損傷等情況下出現。DAMPs包括活性氧(ROS)、ATP、低滲應力、尿酸晶體或有害的外部因素(如環境影響、石棉和紫外線輻射)。炎癥小體的激活是一個連續過程，即第1步PAMPs或PAMPs激活Toll樣受體以誘導非活性NLRP3、IL-1β和IL-18的表達，后炎性細胞傳感器蛋白檢測到細菌毒素或宿主代謝物，引發NLRP3和ASC的PYD相互作用，導致原蛋白酶-1自切至活性半胱天冬酶-1，進而將活性促炎細胞因子IL-1β、IL-18和白細胞介素-33加工成活性形式以發揮炎癥反應及細胞失調作用[9]。NLRP3能夠通過廣泛刺激變得活躍，主要包括PAMPs、DAMPs、吞噬顆粒和結晶部分引起的溶酶體失穩、細胞內K+外流引起的線粒體損傷和Ca2+活化及線粒體和NLRP3活化劑誘導的ROS[10]。鑒于NLRP3炎癥小體的激活對炎癥反應的重要性，可以預料出復雜的激活機制和調節過程。

2 NLRP3炎癥小體與動脈粥樣硬化(atherosclerosis, AS)

AS是一種慢性進行性疾病，特點是大動脈中脂質沉積異常，血流受阻，隨后可能出現斑塊破裂，進而導致腦、心臟和腎臟等重要器官受損[5]。有研究表明，炎癥反應以關鍵的方式參與并促進AS的病理過程[11]。目前關于炎癥反應作用機制替代膽固醇學說的觀點亦被相關學者證實，即在促炎細胞因子的作用下，AS斑塊發生破裂，甚至栓塞，表明其可能是炎癥反應的非病理過程[12]。當冠脈發生栓塞時，患者很可能因血供中斷而心臟病發作。有研究顯示，在心肌缺血和缺血再灌注過程中，炎癥反應也起到相當復雜的作用[13]。

NLRP3炎癥小體不僅存在于巨噬細胞中，亦可存在于內皮細胞中。當心血管受到損傷及其完整性遭到破壞時，相較于炎癥細胞的浸潤，內皮細胞可能更早地出現在AS發生、發展過程中。有學者闡明了NLRP3炎癥小體促進AS的分子機制，即首先低密度脂蛋白膽固醇的氧化形式(Ox-LDL)作為一種AS斑塊形成的關鍵分子，能夠促進ROS形成和NLRP3、Caspase-1直接驅動激活ROS，從而導致巨噬細胞的熱下垂和AS病變的不穩定性[14]；其次，AS血流刺激內皮細胞，甾醇調節因子結合蛋白2(SREBP2)表達上調，加之SREBP2是膽固醇生物合成的主要調節因子，通過對NADPH氧化酶2和NLRP3表達轉錄的誘導，使IL-1β高水平表達，并且激活內皮細胞炎癥反應的發生[15]，推測內皮細胞的激活可能對NLRP3炎癥小體在炎癥反應中的表達及作用產生影響。

有文獻報道，NLRP3和促炎細胞因子可作為預測心血管疾病發生風險的生物標志物，且IL-1β和IL-18均是NLRP3產物[16]。國外學者采用低密度脂蛋白受體缺陷小鼠，均具有野生型骨髓或NLRP3-/-、ASC-/-和白細胞介素-1α(IL-1α)/β-骨髓，在高脂飲食8周后，于NLRP3-/-、ASC-/-和IL-1α/β-骨髓組中發現較低水平的IL-18，證明了NLRP3炎癥小體在AS中起關鍵作用，同時高脂飲食喂養的低密度脂蛋白膽固醇受體缺陷的小鼠骨髓Caspase-1/11的缺失也顯示AS斑塊減少[17]。Shi等[18]在人體頸動脈病變組織中發現NLRP3炎癥小體及下游分子表達水平升高，并且相關物質在不穩定斑塊中的表達更明顯。上述研究提示對NLRP3炎癥小體進行控制可能會減輕炎癥反應和AS。

3 NLRP3炎癥小體與ISR

在CAD的發生、發展過程中，炎癥反應起到一定作用。PCI是目前治療CHD的手段之一，但術后ISR等問題仍不可忽視[19]。若出現ISR，患者心肌再發供血不足，可能導致不可逆性損傷[20]。有研究表明，血管重構、血管內膜增生、局部炎癥反應等因素均可相互作用導致ISR，且炎癥反應參與ISR[20]。羅彤等[21]發現PCI術后血管壁炎癥面積與新生內膜面積存在相關性，提示炎癥反應參與并促進了新生內膜增生、ISR。有研究顯示，使用他汀洗脫支架后，其對早期炎癥反應有抑制作用，顯著減少了新生內膜增生，表明炎癥反應參與新生內膜的形成[22]。有研究報道，血管內膜在受到冠脈支架的直接機械刺激后，可導致內膜損傷，進而激活破損血管級聯式炎癥反應，形成網絡狀炎癥微環境，并且在ISR的各個階段均能觀察到炎性細胞的活動，說明炎癥反應增加了術后血栓形成和ISR的發生風險[23]。

胡龍江等[24]通過測定并對比了健康人群及CHD組外周血中NLRP3炎癥小體水平，發現CHD組NLRP3炎癥小體及其下游分子的蛋白表達均與IL-18呈正相關。曹運蘭[25]收集并測定了外周血中NLRP3炎癥小體各組件mRNA轉錄及蛋白表達情況，發現實驗組NLRP3炎癥小體的表達水平均高于對照組，并且下游炎性因子IL-1β、IL-18均與NLRP3炎癥小體各組件mRNA轉錄及蛋白表達水平有一定的相關性，提示NLRP3炎癥小體不僅參與CHD的發生，同時可能以NLRP3-ASC-Caspase-1-IL-1β/IL-18信號通路的形式參與CHD的發生、發展。嚴文華[26]通過體外模擬冠脈支架植入，觀察支架植入后炎癥環境下血管平滑肌細胞肥大和增殖水平，發現支架植入后周期性周向應力消失且與平滑肌細胞增殖、肥大呈正相關。IL-18由多種細胞產生，尤其是巨噬細胞，可促發炎癥反應。有研究顯示，在發生損傷的粥樣斑塊中，存在著大量富含Ox-LDL的巨噬細胞，而巨噬細胞又可大量產生IL-18，從而AS患者可以檢測到巨噬細胞、IL-18水平均明顯升高且呈正相關，進而使支架內的炎癥反應加劇，促使ISR形成[27]。喬興科等[28]研究顯示，PCI術后ISR組與非再狹窄組血清IL-18水平均較術前升高，提示在ISR的形成過程中，IL-18可能作為一種炎性因子參與其中。李猛等[29]觀察急診PCI術后ISR患者血清IL-18、Ox-LDL水平變化，發現ISR組明顯高于對照組，提示PCI術后ISR的發生與IL-18、Ox-LDL水平升高密切相關。毛慶錄等[30]研究顯示，PCI術后血清IL-18水平較術前升高，且PCI術后24、48 h維持高水平IL-18、超敏C-反應蛋白的急性冠脈綜合征患者更易出現早期心血管并發癥，說明炎癥反應在PCI術后短期內已觸發，且對于急性冠脈綜合征患者而言，PCI術后及早進行抗感染治療可有效減少術后并發癥，表明IL-18與ISR發生有關。

支架植入術后可造成血管損傷，且IL-1β作為血管平滑肌細胞的化學引誘物和促細胞分裂劑在血管損傷后細胞增殖、遷移活躍的區域均過度表達。有研究發現，急性冠脈綜合征支架植入術后1 h內白細胞介素-1Ra(IL-1Ra)水平升高，且術后1 h后IL-1Ra仍有繼續升高的趨勢，同時女性患者表現更加明顯，表明IL-1Ra可能參與了支架植入術后的炎癥反應[31]。有學者報道，金屬裸支架組和藥物洗脫支架組PCI術后20 min IL-lβ水平均明顯升高，表明支架植入術后促炎細胞因子的局部釋放可能與手術過程中斑塊破裂及內皮細胞損傷有關[32]。Sherman等[33]將81例穩定性CAD合并嚴重心外膜冠脈狹窄的患者隨機分為使用具有抗炎作用的西羅莫司洗脫支架組和使用純金屬支架組，發現兩組術后24 h血清IL-1β、白細胞介素-6、C-反應蛋白水平均較術前升高，提示IL-1β、白細胞介素-6、C-反應蛋白參與了支架植入早期炎癥反應。鄒國輝等[34]發現PCI術后炎性因子表達水平較治療前升高，而使用解毒活血方對PCI術后IL-1β等炎性因子進行干預的實驗組炎性因子水平降低且ISR的發生率下降，提示解毒活血方可能通過降低血清IL-1β等表達水平，從而降低ISR發生率，進一步表明支架植入后早期炎癥反應與IL-1β等炎性因子有關。上述研究說明IL-18、IL-1β等炎性因子在PCI術后ISR的形成過程中發揮重要作用。

4 小結

ISR的形成與炎癥反應有一定的相關性，血管內膜在受到冠脈支架直接的機械刺激后，導致內皮損傷處的細胞分泌腫瘤壞死因子、炎性因子(白細胞介素-8、IL-18)等，進而對中性粒細胞激活、細胞黏附分子表達等起到促進作用，并且中性粒細胞的激活也可以通過氧化爆發產生氧自由基以損傷血管內皮，加之腫瘤壞死因子、炎性因子等通過刺激血管平滑肌細胞，使平滑肌細胞增殖及遷移，同時促進細胞外基質沉積，導致內膜增生和血管重塑，最終導致ISR。雖然臨床已有針對ISR的抗炎防治手段，但治療效果有限。NLRP3炎癥小體在多種疾病中表達，如類風濕關節炎、肥胖、2型糖尿病和AS等，且在NLRP3-ASC-Caspase-1-IL-1β/IL-18軸系統中，NLRP3炎癥小體作為白細胞介素-8、IL-18等上游核心啟動分子，可能進一步促使炎性因子參與ISR的發生、發展，推測NLRP3炎癥小體可作為新發現的心血管疾病的重要炎癥指標。因此，進一步明確NLRP3炎癥小體的產生、激活及致病機制也可能為ISR診斷、預后評估和治療提供新的線索，相信隨著研究的不斷深入和完善，可為包括ISR在內的臨床疾病的診治帶來新的思路。