NLRP3炎癥小體在白塞綜合征中的研究進(jìn)展

侯成成， 管劍龍

復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，上海 200040

白塞綜合征(Beh?et’s syndrome，BS)也稱為白塞病(Beh?et disease，BD)，是一種以變異型血管炎為基本病理表現(xiàn)的慢性、復(fù)發(fā)性、全身性疾病，以反復(fù)發(fā)作的口腔和生殖器潰瘍、眼炎及皮膚損害為主要臨床特征，并可累及關(guān)節(jié)、血管、消化道、神經(jīng)等多個(gè)系統(tǒng)，嚴(yán)重者可威脅生命[1-2]。BS的發(fā)病具有明顯的地域特點(diǎn)，主要好發(fā)于絲綢之路沿線地區(qū)，故又稱“絲綢之路”病，中國(guó)的發(fā)病率約14/10萬[3]。但是，目前BS的病因和發(fā)病機(jī)制尚不明確，可能是遺傳易感個(gè)體在某些感染或環(huán)境等因素下觸發(fā)的自身免疫過程[3]。大量研究[4-5]發(fā)現(xiàn)，Th1、Th17、Treg細(xì)胞的失衡及各類細(xì)胞因子的異常與BS發(fā)病相關(guān)，故認(rèn)為該病既是自身免疫性疾病，又是自身炎癥性疾病。

炎癥小體是一組能識(shí)別各種應(yīng)激、外源微生物和內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)的胞質(zhì)內(nèi)蛋白復(fù)合物，其激活后可誘導(dǎo)IL-1β、IL-18的產(chǎn)生，并引發(fā)下游的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞焦亡[6]。其中，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3, NLRP3)炎癥小體是目前研究最多、熱度最高的炎癥小體。大量研究[7]發(fā)現(xiàn)，其可表達(dá)于許多免疫細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等)和非免疫細(xì)胞(如成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、滑膜細(xì)胞、成纖維/纖維細(xì)胞等)。近年來，研究[8]發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體在多種自身免疫性疾病的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，例如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性硬化和炎癥性腸病。

本文將對(duì)NLRP3炎癥小體的結(jié)構(gòu)和功能及NLRP3炎癥小體在BS中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為BS的發(fā)病機(jī)制研究提供新的思路，并為其臨床診治提供一定的理論依據(jù)。

1 NLRP3炎癥小體

1.1 NLRP3炎癥小體的結(jié)構(gòu) NLRP3炎癥小體是個(gè)復(fù)合體，由三部分組成，包含1個(gè)感受器即NLRP3受體分子、1個(gè)適配器即凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein，ASC，也稱PYCARD)和1個(gè)效應(yīng)分子即半胱-天冬氨酸特異性蛋白酶-1(cysteine aspartic acid specific protease-1, caspase-1)[6-9]。

1.2 NLRP3炎癥小體的激活 NLRP3炎癥小體通過固有免疫，在宿主抵抗細(xì)菌、病毒等感染的免疫防御中起重要作用，此外還與幾種炎癥疾病(如阿爾茨海默癥、糖尿病、痛風(fēng)、自身免疫性疾病等)密切相關(guān)，在炎癥反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用[11-13]。關(guān)于NLRP3炎癥小體的激活模式尚未完全明確，目前公認(rèn)的一種激活模式主要是雙信號(hào)模式：第一信號(hào)即預(yù)刺激信號(hào)，主要由一些微生物成分或某些內(nèi)源性細(xì)胞因子提供，介導(dǎo)激活NF-κB信號(hào)，進(jìn)而誘導(dǎo)NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平上調(diào)；第二信號(hào)即激活信號(hào)，主要由多種刺激物提供，包括胞外的ATP、成孔毒素、RNA病毒及顆粒物質(zhì)等，這些刺激物可以觸發(fā)caspase-1激活，促進(jìn)NLRP3炎癥小體聚集激活[7]。此外NLRP3的激活還包括多種上游信號(hào)，包括鉀離子或氯離子外流、鈣離子通量、溶酶體破裂、線粒體功能障礙、代謝的改變?nèi)缁钚匝躅?reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生、跨高爾基體的裂解等[7,13]。盡管NLRP3炎癥小體的具體激活模式尚未達(dá)成共識(shí)，但上述模式可能有所重疊或相互關(guān)聯(lián)，在其激活中均發(fā)揮作用。

1.3 NLRP3炎癥小體的免疫學(xué)功能 NLRP3炎癥小體在宿主識(shí)別病原微生物感染和誘導(dǎo)自身免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。NLRP3炎癥小體的3個(gè)結(jié)構(gòu)分別具有不同的功能，NLRP3受體分子為核心蛋白，由C端11個(gè)富亮氨酸重復(fù)序列(leucine-rich repeats，LRR)、NACHT的結(jié)構(gòu)域和N端的Pyrin結(jié)構(gòu)域(PYD)組成，是固有免疫模式識(shí)別受體NOD樣受體家族的重要成員之一，主要功能是識(shí)別宿主接收的上游激活信號(hào)，包括病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)和損害相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，聚集下游的ASC形成“ASC斑點(diǎn)”即焦亡小體，進(jìn)而招募caspase-1聚集，三者組裝成具有一定空間線性的結(jié)構(gòu)，即NLRP3炎癥小體[7,9]。隨后，激活的效應(yīng)分子caspase-1(即IL-1β轉(zhuǎn)化酶)可以切割焦亡效應(yīng)分子GSDMD(gasdermin D)，進(jìn)而引起細(xì)胞焦亡，同時(shí)還可以剪切IL-1家族成員即成熟無活性的pro-IL-1β和pro-IL-18轉(zhuǎn)化為有活性的IL-1β和IL-18，引發(fā)下游炎癥風(fēng)暴[10]。有研究[14]發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體激活可促進(jìn)Th17細(xì)胞的分化。NLRP3炎癥小體激活后產(chǎn)生的IL-1β可作用于淋巴細(xì)胞，上調(diào)IL-2受體，延長(zhǎng)T細(xì)胞生存周期，促進(jìn)B細(xì)胞增殖及抗體的產(chǎn)生[15]。另有研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β和IL-18可促進(jìn)Th17和Th1細(xì)胞的分化，減少Treg細(xì)胞[16]，增加淋巴細(xì)胞上IL-2受體的表達(dá)[15]，是炎癥風(fēng)暴中的主要激動(dòng)因子。

此外，NLRP3炎癥小體還具有調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡的功能，其激活后可通過GSDMD介導(dǎo)細(xì)胞焦亡。細(xì)胞焦亡是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的程序性細(xì)胞死亡方式，其具體機(jī)制與凋亡(apoptosis)和壞死有所區(qū)別，經(jīng)典途徑即依賴caspase-1激活后通過GSDMD蛋白的氮端寡聚化并與脂類相結(jié)合，在細(xì)胞膜上形成孔洞，進(jìn)而引起細(xì)胞膨脹、破裂，并可導(dǎo)致大量細(xì)胞內(nèi)炎性物質(zhì)釋放到細(xì)胞外引起炎癥風(fēng)暴，已有許多研究[17-18]發(fā)現(xiàn)，炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡可能參與感染性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病和痛風(fēng)等的發(fā)生發(fā)展，并發(fā)揮重要作用。

2 NLRP3炎癥小體與BS發(fā)病機(jī)制

2.1 NLRP3炎癥小體在BS中的相關(guān)研究 盡管NLRP3炎癥小體在自身免疫性疾病中越來越受關(guān)注，但有關(guān)NLRP3炎癥小體與BS的研究尚處于初步探討階段。有關(guān)NLRP3的基因多態(tài)性在BS中的研究結(jié)果尚存在一定爭(zhēng)議。Yohei等[19]通過GWAS研究對(duì)日本和土耳其的BS患者和健康人的NLRP3基因多態(tài)性進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)差異。Burillo-Sanz等[20]對(duì)西班牙BS患者的NLRP3基因多態(tài)性進(jìn)行分析也沒有發(fā)現(xiàn)差異。Yüksel等[21]在土耳其的BS患者中發(fā)現(xiàn)了NLRP3基因存在V200M和T195M突變，ASC基因未發(fā)現(xiàn)突變，其中NLRP3的V200M突變型可以誘導(dǎo)IL-1β分泌，此外通過體外細(xì)胞過表達(dá)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)V200M和T195M的細(xì)胞較野生型細(xì)胞相比，并不能促進(jìn)ASC斑點(diǎn)形成，過表達(dá)T195M的細(xì)胞較野生型細(xì)胞產(chǎn)生的ASC斑點(diǎn)更少，這些結(jié)果提示V200M和T195突變型表達(dá)的NLRP3蛋白對(duì)ASC低聚反應(yīng)并沒有顯著的正向效應(yīng)。此外，我國(guó)學(xué)者[22]對(duì)中國(guó)漢族BS患者的NLRP3基因多態(tài)性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其與健康對(duì)照組沒有差異。近來日本研究者[23]探討了皮膚黏膜型為主要癥狀的BS患者外周血單個(gè)核細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體在蛋白和mRNA水平均表達(dá)上調(diào)，其活檢皮膚的免疫組化中NLRP3、ASC蛋白分子的染色亦較結(jié)節(jié)紅斑的患者明顯，體外培養(yǎng)外周血單個(gè)核細(xì)胞中加入LPS或聯(lián)合ATP刺激后可誘導(dǎo)IL-1β分泌，而加入caspase-1抑制劑后IL-1β分泌減少。最近還有學(xué)者[24]在神經(jīng)白塞病患者中發(fā)現(xiàn)，NLRP3 mRNA水平較對(duì)照組明顯升高，提示其可能是BS神經(jīng)受累的一種生物標(biāo)志物。

2.2 NLRP3相關(guān)細(xì)胞因子在BS中的研究 細(xì)胞因子在BS病理過程中起著關(guān)鍵作用。近年來研究[25]報(bào)道，趨化因子(如CXCL8，MPC-1)、促炎因子(如IL-1β、TNF-α)和免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子(Th細(xì)胞分化驅(qū)動(dòng)的標(biāo)志分子)參與了BS的發(fā)病及進(jìn)展。NLRP3炎癥小體激活后分泌的IL-1β和IL-18，在BS的發(fā)病中研究較多，但尚停留在基因多態(tài)性及蛋白表達(dá)水平研究，有關(guān)分子機(jī)制的研究較少。

IL-1β是自身免疫疾病和自身炎癥疾病中的重要細(xì)胞因子。有研究[26]發(fā)現(xiàn)，IL-1β的基因多態(tài)性與BS的口腔潰瘍表現(xiàn)相關(guān)；本課題組的一項(xiàng)IL-1β基因多態(tài)性的meta分析結(jié)果[27]提示，IL-1β+3962 C, IL-1β+3962 T, IL-1β+3962 CC, IL-1β+3962 CT可能與土耳其人群BS易感性相關(guān)。Chekaoui等[28]發(fā)現(xiàn)，IL-1β在BS患者血清中表達(dá)水平升高。近年來一項(xiàng)研究[29]還發(fā)現(xiàn)，IL-1β可能促進(jìn)了BS患者Th17細(xì)胞的增殖。IL-1β的激活可誘導(dǎo)局部黏膜免疫反應(yīng)，刺激T細(xì)胞增殖，直接趨化中性粒細(xì)胞到感染或損傷的部位，并可以激活NF-κB和MAPK通路，導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子(如IL-6、IL-8和TNF-α等)釋放。除此之外，IL-1β可上調(diào)IL-2受體，延長(zhǎng)T細(xì)胞生存周期，促進(jìn)B細(xì)胞增殖及抗體的產(chǎn)生[15]。Liang等[30]發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)性眼BS患者單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞加入肽聚糖或脂多糖后產(chǎn)生的IL-1β和ROS較非活動(dòng)性眼BS患者和健康志愿者均明顯升高，MAPK通路被激活，而加入ROS抑制劑或沉默NLRP3基因后可減少IL-1β產(chǎn)生。

IL-18是IL-1β家族的成員之一，其受體可表達(dá)于免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞，因此IL-18具有影響固有免疫和適應(yīng)性免疫的作用。關(guān)于IL-18基因多態(tài)性與BS的關(guān)系尚存在爭(zhēng)議，有部分學(xué)者[31-32]發(fā)現(xiàn)，IL-18的基因多態(tài)性與BS發(fā)病相關(guān)，亦有學(xué)者[33]未發(fā)現(xiàn)二者之間的相關(guān)性。既往研究[34-35]發(fā)現(xiàn)，血清中IL-18表達(dá)水平在BS患者中升高，且與BS的病情活動(dòng)相關(guān)[34]。Belguendouz等[36]對(duì)阿爾及利亞BS患者進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)IL-18表達(dá)水平在病情活動(dòng)的患者血漿中明顯升高，非活動(dòng)組和健康對(duì)照組之間無顯著差異，體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-18可促進(jìn)BS患者外周血單個(gè)核細(xì)胞分泌IFN-γ。

2.3 NLRP3炎癥小體與ROS在BS中的研究 ROS是一類氧的單電子還原產(chǎn)物，包括超氧陰離子、過氧化氫、羥自由基等，ROS可直接損傷細(xì)胞膜，影響蛋白質(zhì)的生物功能，損傷細(xì)胞核內(nèi)的DNA等。既往研究[37]發(fā)現(xiàn)，ROS可激活NLRP3炎癥小體，NLRP3炎癥小體的激活亦可促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，抑制ROS產(chǎn)生可抑制炎癥，進(jìn)而抑制NLRP3炎癥小體的激活，ROS可能是NLRP3炎癥小體激活的重要刺激因子。我國(guó)學(xué)者[30]在眼BS患者中也發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)性眼BS患者單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞較非活動(dòng)性眼BS患者和健康志愿者產(chǎn)生的IL-1β和ROS水平升高，抑制ROS可降低IL-1β的水平，因此ROS-NLRP3-IL-1β通路可能參與了BS的發(fā)病進(jìn)程。

2.4 NLRP3炎癥小體與腸道菌群在BS中的研究 近年來，腸道菌群成為各個(gè)疾病的研究熱點(diǎn)，Consolandi等[38]發(fā)現(xiàn)BS患者中存在腸道菌群失調(diào)，丁酸鹽產(chǎn)物減少，因丁酸鹽可以促進(jìn)Treg細(xì)胞分化，因此他們認(rèn)為BS患者中丁酸鹽的減少可能減少了Treg細(xì)胞的反應(yīng)，增加了效應(yīng)T細(xì)胞的反應(yīng)。最近，我國(guó)研究人員[39]亦發(fā)現(xiàn)，BS患者中產(chǎn)丁酸鹽的細(xì)菌減少。還有研究[40]發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可抑制NLRP3的預(yù)刺激和激活，并減少pro-IL-1β的表達(dá)水平以及炎癥小體的激活。但目前有關(guān)丁酸鹽與NLRP3炎癥小體的相關(guān)性在BS中研究還相對(duì)較少，因此將來仍需針對(duì)丁酸鹽對(duì)NLRP3炎癥小體激活的具體機(jī)制在BS發(fā)病中進(jìn)行深入研究。

隨著NLRP3炎癥小體在BS及其他自身免疫性疾病中的研究越來越廣泛，將對(duì)NLRP3炎癥小體的作用機(jī)制有更深入的了解。以NLRP3炎癥小體為靶點(diǎn)的治療方案也越來越受到關(guān)注。目前已有幾種NLRP3炎癥小體抑制劑被證實(shí)可特異性抑制NLRP3炎癥小體的激活[41]，包括MCC950、CY-09、OLT1177、Tranilast和Oridonin等，這些NLRP3炎癥小體抑制劑的抗炎作用已在多個(gè)疾病的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中得以證實(shí)，其有效性和安全性尚需要臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證?？傊?，未來仍需更深入地針對(duì)NLRP3炎癥小體在BS患者體內(nèi)的具體作用機(jī)制進(jìn)行探討，并針對(duì)已有的NLRP3炎癥小體抑制劑在BS中進(jìn)行體內(nèi)及體外試驗(yàn)驗(yàn)證。

綜上所述，已有大量研究發(fā)現(xiàn)BS患者中存在NLRP3炎癥小體及其激活后產(chǎn)生的IL-1β和IL-18的基因多態(tài)性和蛋白表達(dá)水平的異常，提示NLRP3在BS疾病進(jìn)程中可能發(fā)揮著重要作用。部分有關(guān)BS的研究已發(fā)現(xiàn)ROS抑制劑及丁酸鹽均可以抑制NLRP3炎癥小體的激活。但是，NLRP3炎癥小體在BS患者體內(nèi)的具體作用機(jī)制尚未完全明確，還需更多研究進(jìn)行探討。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突