NOD樣受體蛋白3在動脈粥樣硬化血管損傷中的作用及中醫藥干預相關進展

王玉玨，柳思源，陳 瑜，張 騰

2020年美國心臟病學會發表《全球心血管疾病和危險因素負擔1990—2019》顯示，過去30年內，全球心血管疾病的患病率和病死率快速且顯著增加[1]。目前，心血管疾病(CVD)是全球死亡的主要原因，動脈粥樣硬化導致的死亡占心血管疾病總死亡的3/4[1]。動脈粥樣硬化性心血管疾病(ASCVD)嚴重威脅人類健康。臨床實踐中，ASCVD的治療主要集中在調脂固斑、抗血小板聚集、溶栓抗凝等方面，但這些治療措施仍存在局限性。近年來，卡納單抗抗炎性血栓形成結果研究(Canakinumab Anti-inflammatory Thrombosis Outcomes Study，CANTOS)[2]和秋水仙堿心血管結局試驗(Colchicine Cardiovascular Outcomes Trial， COLCOT)[3]這兩項針對心肌梗死急性期抗感染治療的成功表明靶向炎癥或可改善心血管疾病病人預后。NOD樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體信號通路介導炎癥反應，在動脈粥樣硬化斑塊的進展過程中發揮重要作用[4]。

1 動脈粥樣硬化形成的炎癥機制

1856年Rudolph Virchow提出動脈粥樣硬化是一種以炎癥反應為基礎的病理改變[5]；但此后很長一段時間內，大量研究側重于驗證膽固醇與動脈粥樣硬化之間的關系。直至20世紀80年代，Russell Ross提出內皮損傷-反應學說，其在1999年再次強調動脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病[5]。近年來，炎癥在動脈粥樣硬化發展中扮演的角色又開始引起人們重視。2017年CANTOS研究對心肌梗死后存在殘余炎癥風險的病人(血漿超敏C反應蛋白>2 mg/L)給予白介素-1β(interleukin-1β， IL-1β)抑制劑卡納單抗治療，發現卡納單抗可使心肌梗死后卒中、心肌梗死及心血管死亡等主要終點降低15%[2]；2019年COLCOT研究發現0.5 mg/d秋水仙堿可使心肌梗死后主要終點降低23%[3]，因此，加強炎癥管理或可獲得更大心血管受益。對CANTOS研究進一步分析發現，卡納單抗抑制IL-1β后，仍存在白介素-18和白介素-6等殘留的炎癥風險，研究者認為對抗單一細胞因子治療抗炎效果不佳，而NLRP3作為白介素-1β和白介素-18的共同上游信號，或可成為冠心病抗炎治療的潛在靶點[6]。

2 NLRP3炎癥小體

2.1 NLRP3炎癥小體的功能和結構 NLRP3炎癥小體能夠識別病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)和損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)，是介導固有免疫的重要參與者。PAMPs主要包括細菌、病毒等外源性危險信號；DAMPs是細胞釋放的內源性危險信號，主要包括高遷移率族蛋白B1、熱休克蛋白、尿酸結晶、透明質酸等。NLRP3炎癥小體是由NLRP3作為受體蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)作為接頭蛋白，半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)作為效應蛋白而組裝的多蛋白復合物，其中NLRP3受體蛋白具有3個結構域：C端為富含亮氨酸的重復序列(leucine-rich repeat，LRR)，負責識別和結合PAMPs和DAMPs；中間為核苷酸結合寡聚化結構域(NOD)，負責介導核酸連接、蛋白寡聚化等；N端為效應結構域，由熱蛋白結構域(pyrin domain，PYD)等組成，負責向下游傳遞信號[4]。

2.2 NLRP3炎性小體信號傳導通路及生理病理學意義 經典的炎癥小體活化是雙重信號模型。初級信號為啟動信號，細胞膜上Toll 樣受體 4(TLR4)等識別危險信號后激活核轉錄因子-κB(NF-κB)，誘導核內NLRP3轉錄增加。次級信號為激活信號，由ATP、成孔毒素、病毒RNA和顆粒物質等觸發，引起K+外流、Ca2+信號傳導、線粒體釋放活性氧和溶酶體損傷等分子細胞事件，進而刺激炎癥小體組裝[4]：當NOD樣受體識別激活信號后，暴露NOD結構域寡聚化，募集ASC，ASC募集Caspase-1的前體(pro-caspase-1)，形成含有NLRP3、ASC和pro-caspase-1的炎癥小體。pro-caspase-1可剪切為p20和p10片段變成活性Caspase-1，它能裂解白介素-1β前體和白介素-18前體產生成熟的細胞因子白介素-1β和白介素-18，介導下游炎癥級聯反應；還能切割消皮素D(Gasdermin-D)，使之在細胞膜上成孔，誘導細胞腫脹破裂發生焦亡。

3 NLRP3炎癥小體信號通路介導動脈粥樣硬化相關血管損傷

2019美國《ACC/AHA心血管疾病一級預防指南》提出“ABCDE”方案[7]，指出心血管疾病的一級預防包括嚴格控制膽固醇、高血壓、糖尿病、煙草和體重等危險因素，這些都是影響動脈粥樣硬化預后的重要因素。心血管各種危險信號可激活NLRP3通路誘導細胞凋亡釋放炎性因子，介導單核巨噬細胞炎癥，加速內皮細胞損傷，促進平滑肌細胞增殖和表型轉化，導致血管炎癥及血管重構，促進動脈疾病的發生和發展。

3.1 脂質誘導血管損傷與NLRP3炎癥小體 動脈粥樣硬化斑塊中的脂質主要以膽固醇結晶和氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein， oxLDL)的形式存在。膽固醇結晶存在于晚期斑塊的壞死核心中，還存在于早期病變的內皮下區域；膽固醇結晶被巨噬細胞吞噬后引起溶酶體破裂和組織蛋白酶B釋放等細胞事件誘導NLRP3炎癥小體組裝[8]；膽固醇結晶還可使中性粒細胞產生細胞外誘捕網(neutrophil extracellular traps， NETs)，NETs使巨噬細胞通過NLRP3途徑釋放內皮素-1β等細胞因子，激活T輔助細胞17，增強動脈粥樣硬化斑塊中的免疫細胞募集[9]。oxLDL除了形成膽固醇結晶來激活炎癥小體以外，還可與其抗體形成免疫復合物(immune complexes， ICs)，oxLDL免疫復合物可以作為炎癥小體組裝的啟動信號，促進骨髓源性樹突狀細胞分泌內皮素-1β增加[10]。因此，膽固醇結晶和oxLDL可通過NLRP3途徑促進炎癥，加重斑塊不穩定性。

3.2 高血壓相關血管損傷與NLRP3炎癥小體 高血壓是動脈粥樣硬化重要的危險因素，高血壓存在慢性低度炎癥狀態，內皮損傷和血管重構是高血壓最常見的血管病理改變。研究發現，自發性高血壓大鼠(SHR)的主動脈血管平滑肌細胞(VSMC)中存在NLRP3炎癥小體激活，NLRP3敲減可抑制VSMC的增殖及表型轉化，減少血管炎癥[11]。血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)可誘導VSMC中鈣敏感受體(calcium-sensing receptor， CaSR)和NLRP3水平升高，鈣敏感受體可激活NLRP3釋放炎性因子，并參與高血壓的主動脈纖維化過程[12]。MCC950是NLRP3特異性抑制劑，Krishnan 等[13]發現MCC950可以降低血壓并改善腎臟炎癥與纖維化，因此，NLRP3可能是改善血管損傷、降低血壓的一個潛在靶點。

3.3 血流動力學紊亂相關血管損傷與NLRP3炎癥小體 動脈粥樣硬化多見于血管分支及彎曲處，血管形狀改變或局部狹窄可產生湍流和切應力變化，內皮細胞暴露于血流環境中，血流動力學的改變可直接對內皮產生損傷。震蕩剪切流可增加內皮細胞對膽固醇的合成和攝取，通過上調膽固醇調節元件結合蛋白2(sterol-regulatory element binding proteins， SREBP2)促進內皮細胞中NADPH氧化酶2(NADPH oxidase 2， NOX2)增加和NLRP3炎癥小體組裝，加重內皮氧化應激和炎癥[14]。

3.4 高血糖誘導的血管損傷與NLRP3炎癥小體 高血糖可通過NLRP3途徑促進內皮功能障礙、加重血管炎癥。高血糖狀態可上調內皮細胞E74樣因子3 (E74-like ETS transcription factor 3， ELF3)的表達從而激活NLRP3炎癥小體[15]。NLRP3抑制劑MCC950能夠降低糖尿病小鼠血漿中的內皮素-1β，部分恢復乙酰膽堿誘導的血管舒張，減輕糖尿病相關血管功能障礙[16]。因此，靶向NLRP3可能是改善糖尿病相關動脈粥樣硬化的一種新的治療策略。

3.5 尼古丁誘導血管損傷與NLRP3炎癥小體 尼古丁是心血管疾病確切的危險因素，能夠引起內皮氧化應激和炎癥[17]。尼古丁可通過誘導內皮細胞線粒體釋放活性氧增加、溶酶體功能障礙等事件激活NLRP3，促進下游釋放高遷移率族蛋白1 (HMGB1)，破壞內皮細胞緊密連接，導致內皮通透性增加[18]；還能促進內皮細胞和平滑肌細胞的焦亡[19]，加重血管炎癥。

3.6 尿酸誘導血管損傷與NLRP3炎癥小體 高尿酸血癥和痛風性關節炎是心肌梗死的獨立危險因素[20]。尿酸可從受損細胞中釋放出來形成尿酸鹽晶體，與膽固醇結晶類似，諸如尿酸鹽、磷酸鈣等晶體和顆粒物都可以導致內皮細胞溶酶體破裂，誘導NLRP3炎癥小體活化[21]；可溶性尿酸鹽濃度增加也可激活NLRP3炎性小體[22]。有研究發現，MCC950能夠減少尿酸刺激血管平滑肌細胞中的NLRP3水平，減少內皮素-1β和內皮素-18的表達，可能在尿酸誘導的血管炎癥中發揮作用[23]。

4 以NLRP3為靶點的動脈粥樣硬化抗感染治療

4.1 西藥治療 針對NLRP3炎癥小體相關抑制劑包括NLRP3抑制劑、Caspase-1抑制劑、內皮素-1β的單克隆抗體卡納單抗等。MCC950特異性靶向NLRP3蛋白，MCC950能減少高脂喂養ApoE-/-小鼠斑塊區域的巨噬細胞浸潤，但對膠原蛋白含量及壞死核心大小沒有影響[24]；MCC950還能減輕心肌梗死后心肌纖維化，改善心臟重構[25]，通過多種途徑發揮心血管保護效應。Caspase-1抑制劑VX-765可抑制oxLDL誘導的血管平滑肌凋亡，減輕高脂喂養ApoE-/-小鼠的動脈粥樣硬化病變[26]。經CANTOS研究證實，卡納單抗通過阻斷內皮素-1β介導的炎癥反應，減輕了急性心肌梗死的殘留炎癥風險，為動脈粥樣硬化抗感染治療提供了臨床依據[2]。另外，常見藥物如格列苯脲[27]、他汀類[28]也對NLRP3信號通路發揮間接的抑制作用。

4.2 中醫藥治療 中醫學古籍中并無動脈粥樣硬化的病名，根據臨床表現，動脈粥樣硬化可屬于“胸痹心痛”“心悸”“中風”“脈痹”等范疇，治療上針對氣滯、血瘀、寒凝、痰濁等病機分別側重理氣、活血、溫通、化痰，尤其側重活血化瘀與理氣化痰。中藥復方或單體在調控動脈粥樣硬化相關病理損傷過程中也與NLRP3信號通路有關。

4.2.1 復方治療 陳可冀院士認為動脈粥樣硬化的病機為正氣內虛，痰瘀交阻，瘀毒致變，并提出“毒瘀致易損斑塊”的觀點，擬用愈梗通瘀湯治療急性冠脈綜合征[29]；清心解瘀方由愈梗通瘀湯精簡化裁而來，由黃芪、丹參、川芎、藿香、黃連組成，具有益氣、活血、化濁、解毒的功效，鞠建慶[29]等發現清心解瘀方可以減輕NLRP3炎癥小體介導的巨噬細胞焦亡和炎癥級聯反應，穩定動脈粥樣硬化易損斑塊。

三黃瀉心湯由黃連、黃芩和大黃組成，具有燥濕泄熱、瀉火解毒的功效，林逸科等[30]發現三黃瀉心湯可抑制NLRP3介導的一氧化氮信號通路，改善內皮功能，恢復內皮依賴性的血管舒張功能。

4.2.2 中藥單體 多種中藥成分對血管相關細胞炎癥小體通路具有調控作用。冬凌草素是NLRP3特異性共價抑制劑，與NACHT結構域形成共價鍵，直接抑制NLRP3炎癥小體組裝[31]。姜黃素可抑制SHR大鼠NLRP3介導信號通路，抑制VSMC遷移，減輕炎癥和血管重構[32]；芹菜素可減少暴露于三甲胺-N-氧化的人內皮細胞中NLRP3表達，減少白細胞黏附、減輕內皮功能障礙[33]；丹參酚酸可抑制糖尿病肥胖大鼠主動脈NLRP3活化，減輕血管炎癥，改善早期動脈粥樣硬化的發展[34]。

5 小結與展望

目前基于動脈粥樣硬化炎癥理論的研究主要停留在實驗水平，以冠心病抗感染治療為思路的臨床試驗成功為冠心病二級預防治療帶來了新的線索，內皮素-1β和NLRP3有望成為動脈粥樣硬化性疾病的治療新靶點。單一抗內皮素-1β療法存在炎癥殘留、免疫抑制和價格昂貴等缺點。內皮素-1β具有促進晚期斑塊向外重塑的保護作用，阻斷內皮素-1β后斑塊纖維帽變得更加薄弱，或可加重破裂風險[35]。

中醫藥復方多組分具有調脂、抗炎、抗氧化應激、保護內皮細胞、改善心肌重構等心血管多效性。以NLRP3為靶點的中藥活性成分具有廣泛的開發前景對抗動脈粥樣硬化過程中的急慢性炎癥是一種病因性和多用途的治療策略，但相關藥物的開發及治療方案的臨床轉化仍需漫長的探索過程。