NLRP3炎癥體在缺血再灌注損傷中的相關(guān)研究

吳文軍 賴應(yīng)龍

【摘 要】缺血再灌注損傷（IRI）是導(dǎo)致多種疾病發(fā)生甚至死亡的主要原因。近年來，越來越多的研究表明，先天免疫通過模式識別受體（PRRs）在缺血再灌注損傷中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[1]。其中NLRP3炎性小體作為重要的PRRs參與了缺血再灌注的炎性損傷，進(jìn)而導(dǎo)致組織損傷。目前它已被證明可導(dǎo)致各種疾病的炎癥損傷。該文將介紹NLRP3炎癥體在主要臟器IRI的相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】缺血再灌注損傷;炎性小體;NLRP3

【中圖分類號】R363 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-6851（2020）12--01

1 炎癥小體概述

炎癥小體是由核苷酸劑結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體（NLRs）家族組成的一種多蛋白水解復(fù)合物。由NLRs組成的炎癥小體可分為4種，分別為NLRP1、NLRP3、 NLRC4和AIM2炎癥小體。近年來，有研究表明炎性小體的活化在炎癥反應(yīng)過程中起著非常重要的作用。其中，NLRP3是目前被證實(shí)參與炎癥通路最多的炎癥小體。

1.1 NLRP3炎癥小體

NLRP3炎癥小體是近幾年研究最為廣泛的活化炎癥小體，由NLRP3受體、凋亡相關(guān)微粒蛋白（ASC）及效應(yīng)蛋白半胱天冬酶-1（caspase-1）前體組成。當(dāng)NLRP3炎癥小體活化后，可通過絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子κB（NF-κB）信號通路裂解前體caspase-1為成熟的caspase-1，進(jìn)而裂解下游的前體白細(xì)胞介素1β、白細(xì)胞介素18為成熟的IL-1B與IL-18，引起一系列炎癥的病理生理過程的發(fā)生。

1.2 NLRP3炎癥小體激活

NLRP3炎性小體主要通過炎癥刺激，激活后存在于免疫和炎癥細(xì)胞中。NLRP3炎性體的活化存在兩個步驟，第一步涉及引發(fā)或啟動信號，其中許多病原體相關(guān)分子模式（PAMPs）或損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）被細(xì)胞膜上的Toll樣受體（TLR）識別，從而導(dǎo)致NF-κB介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)被激活，繼而上調(diào)了炎性體相關(guān)成分的轉(zhuǎn)錄，包括未激活NLRP3，proIL-1β和proIL-18。第二步是NLRP3的寡聚化，然后將NLRP3，ASC和procaspase-1組裝成復(fù)合物。這會觸發(fā)procaspase-1向caspase-1的轉(zhuǎn)化，以及成熟IL-1β和IL-18的產(chǎn)生和分泌。

1.3NLRP3炎癥小體抑制劑

最近，一些研究表明，NLRP3炎性小體參與細(xì)胞損傷并介導(dǎo)無菌組織損傷的炎癥反應(yīng)。更重要的是，在多種水平上阻斷或抑制NLRP3炎性小體，例如其表達(dá)，組裝和活性，可能為挽救缺血再灌注提供實(shí)質(zhì)性希望。目前治療NLRP3相關(guān)疾病主要是針對產(chǎn)物IL-1β的抑制，而且IL-1β受體拮抗劑在臨床上已經(jīng)取得了很好的效果，由于IL-1β抑制存在許多限制，NLRP3炎癥小體抑制劑成為治療NLRP3 相關(guān)疾病的新思路，并且已經(jīng)取得了很好的效果，在相關(guān)疾病動物模型上表現(xiàn)出良好的預(yù)防或治療效果，可以成為治療NLRP3相關(guān)疾病的候選藥物[2]。

2 NLRP3炎癥體參與臟器的缺血再灌注

2.1 NLRP3炎癥體參與腦缺血再灌注

缺血性卒中是卒中最常見的形式，約占所有卒中的80%。相關(guān)研究表明NLRP3炎癥小體的激活可誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生，并且細(xì)胞焦亡與腦缺血再灌注損傷密切相關(guān)。Hong等[3]2018年通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)顯示MCC950（特異性分子NLRP3抑制劑）組腦缺血再灌注后24h的神經(jīng)功能缺損評分降低，并提高糖尿病小鼠腦缺血再灌注損傷的28天生存率。此外，還發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注損傷的糖尿病小鼠核心缺血區(qū)NLRP3，IL-1β和caspase-1的mRNA表達(dá)水平顯著增加，而MCC950預(yù)處理后這種現(xiàn)象明顯減弱。證實(shí)了NLRP3炎癥通路參與腦缺血再灌注，并通過對NLRP3炎癥體的抑制減輕了腦損傷，得到更好的腦保護(hù)。

2.2 NLRP3炎癥體參與肺缺血再灌注

肺缺血再灌注損傷最常見于心臟體外循環(huán)術(shù)后。Wang等[4]通過用或不用臭氧（OzoneOP）處理大鼠，經(jīng)過1小時(shí)的肺缺血，然后再灌注2 h，持續(xù)10天。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，假手術(shù)組僅輕度肺損傷。然而，I/R 組的所有大鼠均出現(xiàn)明顯的水腫、出血和肺泡空間完整性喪失表現(xiàn)出嚴(yán)重的肺損傷。 但是，與I/R組相比，臭氧預(yù)處理組在I/R引起的肺部病理學(xué)改變中顯示出明顯的減弱。而且，與對照大鼠相比，臭氧處理的大鼠中 Nrf2 蛋白的水平增加。此外，與假手術(shù)大鼠相比，接受I/R組的大鼠中NLRP3、ASC、procaspase-1、caspase-1和IL-1β蛋白的水平顯著增加。 但是，與I/R 組相比，OzoneOP 組蛋白水平降低。 此實(shí)驗(yàn)證實(shí)了PIRI 觸發(fā)了 NLRP3 炎性小體的激活，NLRP3炎性體的激活導(dǎo)致caspase-1激活，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因 IL-1 的成熟和分泌。臭氧療法顯著降低了大鼠肺中這些蛋白質(zhì)的水平，并改善了PIRI引起的肺形態(tài)變化。

2.3NLRP3炎癥體參與肝臟缺血再灌注

肝移植術(shù)、肝部分切除術(shù)、上消化道大出血以及在器官移植前的冷保存過程中肝臟缺血再灌注損傷是不可避免的問題。2015年，Kim等[5]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在缺血小鼠中，ASC、NLRP3、IL-1β蛋白在缺血后1h表達(dá)水平增加，在缺血后6h顯著升高。此外，在再灌注1h后ASC、NLRP3蛋白有上升趨勢，并在6 h時(shí)顯著升高。抑制組用三氯化釓（GdCl3）處理可減輕再灌注后6h血清的IL-1β蛋白質(zhì)水平的升高。NLRP3炎性小體的激活在HIRI誘導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷中起重要作用，而三氯化釓減弱了HIRI誘導(dǎo)的炎癥小體活化和肝損傷。得出結(jié)論HIRI可引起NLRP3表達(dá)增加，通過抑制NLRP3的表達(dá)后，HIRI的程度相對減輕。

2.4 NLRP3炎癥體參與心肌缺血再灌注

心肌缺血再灌注損傷常常會引起心肌組織損傷和功能障礙，導(dǎo)致心肌收縮力降低。Toldo等[6]在小鼠心臟I/R模型研究中發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注后1、3、24h小鼠心肌梗死面積逐漸增加，而且NLRP3表達(dá)量同樣明顯升高，腹腔注射NLRP3炎性體抑制劑能夠減少缺血再灌注24h后的梗死面積。ASC-/-和caspase-1-/-小鼠心肌經(jīng)歷I/R后，炎性反應(yīng)程度較WT組明顯減輕，炎癥細(xì)胞浸潤和炎性表達(dá)產(chǎn)物減少，心肌細(xì)胞損傷以及心肌重塑明顯減輕。證實(shí)NLRP3炎癥小體抑制劑可明顯減輕再灌注過程中心肌組織的炎癥反應(yīng)和損傷，提高心肌收縮功能。

2.4 NLRP3炎癥體參與腎臟缺血再灌注

急性缺血性腎損傷是AKI的主要原因，臨床上以缺血再灌注腎損傷多見。腎臟的血液循環(huán)十分豐富，所以腎臟對缺血比較敏感。2018年MeiBo等[7]通過建立犬腎上腺缺血再灌注模型，在早期炎癥反應(yīng)期間，CPB 組的腎上腺淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤很明顯。活化的淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞分泌IL-1β、IL-6和TNF-a。此外，在CPB 組的腎上腺中，NLRP3mRNA和NLRP3 以及IL-1β蛋白高表達(dá)。證實(shí)了NLRP3炎癥通路參與了腎上腺IRI。

Mathison JC等[8]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)得出，WT小鼠和NLRP3缺乏組小鼠之間觀察到NLRP3缺乏組小鼠腎小管壞死的顯著減少，且IL-18和IL-1β的產(chǎn)生顯著少于WT小鼠。而WT小鼠與ASC缺乏組小鼠差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。進(jìn)而證實(shí)了NLRP3缺乏提供了比與NLRP3缺乏組協(xié)同形成炎癥小體的ASC缺乏更好的腎臟保護(hù)作用。同時(shí)也證實(shí)了NLRP3可以獨(dú)立于炎癥小體發(fā)出信號，因此沒有通過caspase-1的缺失來保護(hù)腎臟IRI。這一事實(shí)證實(shí)了NLRP3對炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生是必需的。此研究繼續(xù)使用IL-1受體拮抗劑（IL-1ra）對野生型小鼠進(jìn)行了預(yù)處理。研究結(jié)果證實(shí)，與用IL-1Ra Anakinra處理的WT小鼠相比，未操作的WT小鼠的腎臟IRI后肌酐水平無顯著差異。比較和對比了大量的Anakinra劑量，以及任何測試劑量的Anakinra均未提供腎臟保護(hù)作用。與未操作的WT小鼠相比，注意到IL-1R缺乏組小鼠的腎損傷略有減少，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。我們得出的結(jié)論是，NLRP3通過對腎小管上皮的直接作用而有助于腎臟IRI，并且這種作用獨(dú)立于炎癥小體誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。IL-1和IL-18的阻滯作用對腎損傷反應(yīng)無明顯影響。

3 總結(jié)與展望

缺血再灌注損傷已被證實(shí)發(fā)生在多個重要器官的損傷中，相關(guān)臟器的損傷嚴(yán)重影響到患者疾病的預(yù)后及生活質(zhì)量。而NLRP3炎性小體的激活在相關(guān)臟器缺血再灌注損傷中，起著至關(guān)重要的作用。對于臨床醫(yī)師，如何預(yù)防及減少缺血再灌注損傷，是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。從前文的總結(jié)，我們大致了解了NLRP3炎性通路的激活方式及作用特點(diǎn)。NLRP3抑制劑是目前比較熱門的治療方式，且在動物實(shí)驗(yàn)上取得了較好的效果。所以NLRP3抑制劑的進(jìn)一步研究并投入臨床使用，這將是減少缺血再灌注損傷的重要方式。目前某些重要器官的NLRP3炎性通路研究尚不完整，有待進(jìn)一步研究。且相關(guān)NLRP3抑制劑靶受體的選擇及治療效果有待進(jìn)一步證實(shí)。

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