炎癥及NLRP3炎性小體在肺動脈高壓中的作用研究進展

周聲志，陳建英

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是一種慢性致命性疾病，靜息狀態下平均肺動脈壓（mPAP）≥25 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），主要影響肺動脈遠端，是一種罕見且無法治愈的肺血管病變，其可導致進行性肺動脈重構，致使右心室壓力負荷增加，最終導致右心衰竭甚至死亡。研究表明，PAH患者1年病死率約為33.9%，5年病死率約為50.0%［1］。目前基于抗肺血管內皮功能障礙，舒張血管并不能明顯提高患者遠期存活率，因此亟須一種新的治療策略。近年炎癥性質逐漸得到醫學界的廣泛重視，美國國立衛生研究院（NIH）指出，炎癥是判斷PAH的新指標［2］。歐洲心臟病學會和歐洲呼吸學會指出，C反應蛋白、白介素6（IL-6）等炎性因子是判斷PAH嚴重程度的生物標志物［3］，推測炎癥可能為PAH認識和診療提供新思路。本文就炎癥及NLRP3炎性小體在PAH中的作用展開綜述。

1 治療與困境

目前，臨床治療PAH的關鍵在于肺動脈內皮功能障礙，采用5型磷酸二酯酶（PDE5）抑制劑、可溶性鳥苷酸環化酶激動劑Riociguat、內皮素1受體拮抗劑、前列環素等藥物治療可有效緩解患者呼吸困難、增加其運動功能，在一定程度上改善患者的生活質量，其中PDE5抑制劑禁忌證較多，適用群體較少，存在心瓣膜損傷等潛在風險；Riociguat于2013年被批準用于治療不明原因PAH或術后栓塞性PAH，但于2016年被報道可導致嚴重不良事件和高病死率［4］；高達26%的內皮素1受體拮抗劑用藥者出現明顯外周性水腫［5］；前列環素類靜脈注射效果佳，口服及吸入有效性未知，依從性差；該四類藥物對降低肺動脈壓（PAP）的整體有效率僅約為10%，在肺動脈血管重構獲益上并不明顯［6］，可見其并不能降低患者遠期病死率。

2 炎癥在PAH中的作用

PAH患者血漿白介素1（IL-1）、IL-6水平高于健康人群［7］。一項前瞻性研究和回顧性研究表明，高水平炎性遞質預示PAH患者預后不良［8］。PAH患者肺血管周圍有大量巨噬細胞、單核細胞和淋巴細胞等炎性細胞浸潤，而高水平腫瘤壞死因子α（TNF-α）可誘導18種細胞因子/趨化因子表達，其中IL-6、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）、瘦素（Ob）可調控肺動脈平滑肌細胞（PASMC）的增殖與凋亡［9］，因此炎性因子在PAH發生、發展中具有一定作用。

首先，在介導炎性反應的補體系統中，BMPR2變異等因素可增強GM-CSF表達上調、促使GM-CSF依賴性補體系統的激活，致使巨噬細胞等炎性細胞大量聚集在肺血管周圍，募集的巨噬細胞表達有血小板反應蛋白1（TSP-1），其可激活轉化生長因子β（TGF-β）并增強Rho激酶信號，從而導致血管收縮［10-11］。另外，通過代謝重編程可驅動持續的炎癥狀態，導致病理性血管生成和纖維化［12］。此外，巨噬細胞可通過C-C趨化因子受體2型（CCR2）和C-C趨化因子受體5型（CCR5）相互傳遞作用而加重PASMC的遷移和增殖［13］，導致PAH進行性加重。

募集的巨噬細胞是細胞因子及其他遞質的重要來源。缺氧環境可導致缺氧誘導分子1α（HIF-1α）堆積，有氧代謝失調，而后升高的核因子κB（NF-κB）可誘導NLRP3上調并激活及募集銜接分子凋亡相關斑點樣蛋白（ASC），促進含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1（caspase-1）前體水解，而水解后有活性的caspase-1可生成并釋放白介素1β（IL-1β）、白介素18（IL-18），進而加重炎性反應［14］。此外，轉錄因子信號轉導與轉錄激活因子1（STAT1）轉錄后修飾，該修飾可上調肺動脈平滑肌內程序性死亡配體1（PD-L1）表達并導致細胞凋亡，以細胞程序性死亡形式釋放與生成大量的炎性因子并放大級聯反應［15］。而且，這并不是局限性的，細胞中膜受炎癥刺激后可引起PASMC增殖及抗凋亡，巨噬細胞在細胞外膜中的蓄積和激活也受IL-6、IL-1β、IL-18旁分泌的影響。因此，缺氧環境引起的缺氧信號可觸發PAH的炎性信號。

缺氧信號觸發的炎性因子參與了PAH患者代謝紊亂。NLRP3炎性小體的激活及IL-1β的釋放可通過PFKFB3調節糖酵解［16］，內皮細胞中PFKFB3可通過提高糖酵解水平而促進代謝產物丙酮酸產生，而丙酮酸堆積可增強機體對脯氨酰羥化酶結構域蛋白（PHDs）的抑制能力，減少細胞中HIF-1α降解，促使炎性因子〔包括IL-1β、趨化因子配體12（CXCL12）〕、生長因子〔包括血小板源性生長因子B（PDGFB）、成纖維細胞生長因子2（FGF2）〕和細胞黏附因子表達升高，最終致使PASMC異常增殖、遷移［17］。另外，隨著PASMC中PFKFB3水平的升高，糖酵解的代謝產物乳酸含量也增加，致使鈣蛋白酶2（calpain-2）磷酸化激活，引起PASMC中骨膠原合成增加，細胞增殖加快，進而促進肺血管重構［18］。

值得注意的是，在代謝紊亂中，重度PAH患者體內Ob上升的同時伴隨炎性因子水平升高。研究表明，血Ob水平與PAH患者預后密切相關［19］，而Ob主要在脂肪組織中合成［20］。脂肪組織是炎性遞質和血管生成促進劑的重要來源，即炎性因子水平與Ob共同作用的“結果”。伴有此類代謝綜合征的PAH患者機體肺血管周圍巨噬細胞聚集和IL-6產生增加，信號轉導與轉錄激活因子3（STAT3）被IL-6激活，進而誘導PASMC 增殖［21］。

在諸多發病機制中，炎癥參與PAH尤其是導致巨噬細胞聚集，但各種炎癥的啟動因素及作用機制錯綜復雜，目前尚未形成一個系統的整體認識。NLRP3炎性小體被認為是炎癥性疾病的明星蛋白復合物，有望能對PAH的炎癥性質進行系統的解釋。

3 NLRP3炎性小體在PAH中的作用

炎性小體是由NLRP3、ASC及效應蛋白caspase-1組成的一種多蛋白復合體，是巨噬細胞介導的免疫和炎癥重要調節因子的關鍵組分，也是啟動固有免疫應答的關鍵炎性信號平臺，能對各種刺激產生反應，在固有免疫中具有不可或缺的作用［22］。當損傷相關分子模式受刺激后，細胞膜上的模式識別受體（PRRs）可通過誘導細胞核內NF-κB信號傳導，促進NLRP3及IL-1β前體（pro-IL-1β）表達，NLRP3募集銜接分子ASC，該蛋白將NLRP3連接到caspase-1前體，caspase-1前體通過自身蛋白水解酶活性異四聚體的形成而被激活成有活性的caspase-1，其可將下游的pro-IL-1β及pro-IL-18分別切割生成有活性的IL-1β、IL-18以促進炎性反應。

血管中NLRP3炎性小體的激活是炎癥性疾病發生、發展的基礎。最新CANTOS研究證實，拮抗IL-1β可降低15%的非致死性血管事件［23］。MULLARD［24］研究表明，NLRP3炎性小體是最有前景的炎癥靶點。

巨噬細胞是PAH發病機制的主要參與者，可促進PASMC增殖，而NLRP3炎性小體主要存在于巨噬細胞中。VILLEGAS等［25］首次證實PAH中NLRP3炎性小體被激活，因此抑制體內NLRP3炎性小體激活可降低肺部炎癥程度而改善PAH。研究表明，NLRP3炎性小體被激活后，需通過銜接ASC而增加caspase-1水平［26］。內皮細胞作為血管疾病的起始環節，其可因caspase-1表達上調而觸發細胞程序性死亡，進而導致血管內皮功能障礙［27］。已有研究表明，PASMC增殖能力可因caspase-1敲除而明顯下降［15］。UDJUS等［28］研究表明，caspase-1主要通過IL-18、IL-6等途徑誘導PASMC增殖，進而導致缺氧性PAH。

caspase-1的成熟觸發可將白介素前體剪切成有生物活性的IL-1β、IL-18。在PAH中，肺動脈內皮細胞釋放的損傷信號分子可生成IL-1β，IL-1β與IL-1受體1（IL-1R1）結合后，可導致NK-κB活化并合成IL-6和TNF-α，有效促進PASMC增殖［29］、激活信號轉導途徑及改變氧化還原穩態導致的高內皮細胞壞死率［30］，導致男性PAH患者預后差。研究表明，在敲除IL-1R1后，IL-1β介導的PASMC增殖受到明顯抑制［31］。拮抗IL-1可有效降低血管炎癥的同時明顯減緩肺血管重構［32］。因此，IL-1β參與PAH患者肺血管周圍巨噬細胞、內皮細胞和PASMC。臨床上，阿那白滯素和卡那奴單抗已被批準用于人體以拮抗IL-1β帶來的不良影響，其中心力衰竭患者在長期使用IL-1受體拮抗劑中獲益［33］。有研究對7例PAH合并右心衰竭的患者進行阿那白滯素治療結果顯示，雖然患者2周內心肺運動測試和超聲心動圖測量的右心室功能指標并沒有明顯變化，但其超敏C反應蛋白、IL-6水平降低所致的肺換氣效率有所提高、運動能力有所增強［34-35］。目前臨床上長時間應用阿那白滯素是否會對肺動脈內皮功能、血管重構及其他并發感染造成影響尚不完全明確。

IL-18作用于肺動脈及微血管內皮細胞受體，而刺激黏附分子〔包括細胞間黏附分子1（ICAM-1）、血管細胞黏附分子1（VCAM-1）〕、淋巴細胞功能相關抗原1（LFA-1）、極晚期抗原4（VLA-4）可在活化的單核細胞上表達并牢固地黏附在血管壁上，致使P38MAPK激活，導致內皮功能損傷［36］。同時，IL-18以自分泌/旁分泌的方式作用于PASMC上的IL-18受體，上調基質金屬蛋白酶（MMP）表達，進而干擾細胞外基質并促進PASMC增殖，進而出現中層血管壁增厚的病理改變。另外，IL-18還可作用于單核細胞，促使這些細胞釋放其他細胞因子，如IL-1、TNF-α和IL-12；IL-12將導致T細胞表達干擾素γ（IFN-γ），引起單核吞噬細胞釋放趨化因子配體10（CXCL10），而CXCL10募集富含CXCR3的單核細胞，其可釋放大量IFN-γ，進而致使更多的單核細胞表達CXCL10，形成一個正反饋回路，從而放大細胞因子-趨化因子-生長因子風暴，最終導致血管病變［37］。所以，可采用這些細胞因子譜判斷其臨床風險［38］。拮抗IL-18具有明顯降低肺動脈壓、抑制PASMC表型轉化及抑制血管重構等切實作用，但單純拮抗IL-18對改善PAH所引起的右心室肥厚效果不佳，可能是由于拮抗IL-18后引起了其他補償性平行炎癥途徑上調所致［39］。

4 小結

目前臨床藥物治療PAH僅可改善患者臨床癥狀，對提高遠期存活率效果欠佳。PAH中，炎性細胞募集可與血管壁細胞直接作用，也可釋放細胞因子增強炎性信號而導致代謝紊亂，各種因素疊加最終導致PAH。PAH發病機制相互影響但不孤立存在，且均有炎癥參與其中。在PAH中，NLRP3炎性小體被激活，作為微粒危險信號釋放并刺激胞內外caspase-1，從而放大級聯反應，加快炎癥發展。在動物實驗中，針對NLRP3炎性小體各組分的研究比較成熟，臨床試驗主要圍繞對IL-1β或IL-18的拮抗而開展，短期內確實能增加患者運動耐量，但遠期影響尚不明確。

作者貢獻：陳建英進行文章的構思與設計；周聲志進行文獻/資料收集、整理，撰寫論文，進行論文的修訂，并對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。