NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細胞哮喘中的作用

葉倩 陳志敏

哮喘被認為是Th失衡，導致IgE大量分泌，肥大細胞及嗜酸粒細胞致敏，再次接觸過敏原后，相關細胞分泌致敏物質致使氣道高反應[1]。臨床特征表現為間歇性哮鳴、胸悶、咳嗽、呼吸急促[2]。發作時間多為夜間及凌晨，多數可自行緩解或藥物治療后緩解。哮喘發病率逐年上升，全球有超過3億哮喘患者，中國約有3 000萬患者[3]。大部分哮喘患兒對過敏原有敏感性及特異反應性，且對糖皮質激素敏感[4]。部分哮喘患兒臨床表現為對激素不敏感，故將其稱為非過敏性哮喘。該類哮喘患兒支氣管壁或痰液中中性粒細胞百分比≥71%，又稱嗜中性粒細胞哮喘[5]，相關調節機制目前仍在研究中。中性粒細胞增多主要原因包括相關趨化因子（如IL、白三烯和TNF）表達增加、中性粒細胞呈抗凋亡性及巨噬細胞對其清除受限[6]。而氣道中的中性粒細胞浸潤可加重氣道梗阻，使得肺功能惡化，重癥哮喘比例增加及治療難度加大[7]。研究指出支氣管壁或痰液中的中性粒細胞數量與哮喘的嚴重程度呈正相關[8]。嗜中性粒細胞哮喘除了有中性粒細胞浸潤和激素難治性特點外，氣道病原微生物定植也是其特征之一，目前已經檢測到的病原微生物包括肺炎衣原體、肺炎鏈球菌、肺炎支原體、流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌和金黃色葡萄球菌[9]。氣道總細菌負荷與痰液中中性粒細胞百分比呈正相關，與嗜酸性粒細胞百分比呈負相關，故氣道微生態紊亂是嗜中性粒細胞哮喘的關鍵特征，臨床上表現為肺功能下降、哮喘臨床癥狀加重及對激素治療不敏感[10]。

炎癥小體是一種包漿蛋白復合物，可以識別各種外源性微生物和內源性感染信號，并通過炎癥因子來啟動炎癥反應。典型炎癥小體主要有模式識別受體、凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck,ASC）和效應蛋白含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1,Caspase-1）等組成。在已知的炎癥小體中核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（nucleotide-binding oligomerization domainlike receptors,NLRs）家族一直備受關注[11]。其中NLRs亞家族的核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain-containing 3,NLRP3）炎癥小體最具有特征，該炎癥小體以復合體中的NLRP3蛋白命名[12]。本文就NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細胞哮喘中的作用及其機制研究作一綜述，并對未來哮喘靶向治療提出展望。

1 NLRP3炎癥小體的簡介和功能

NLRP3蛋白作為一種分子量為115 kDa的包漿蛋白，由骨髓來源的巨噬細胞在微生物和非微生物如細菌毒素、顆粒物和脂多糖的刺激下產生，在單核細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、淋巴細胞、成骨細胞和上皮細胞中表達[13]。包含3個結構域：起到信號感應的C端富含亮氨酸重復序列（leucine-rich repeat,LRR）、調控蛋白質寡聚化的中心ATP酶三聚體結構域（central nucleotide-binding and oligomerization,NACHT）及與超分子復合物形成有關的N端Pyrin結構域（Pyrin domain,PYD）[14]。LRR結構域被認為負責調節NLRP3蛋白的活性。NACHT因具有ATP酶活性，故而與NLRP3蛋白自我結合及發揮功能有關。NLRP3炎癥小體信號傳導通路主要是通過LRR結構域進行感知，之后NLRP3蛋白通過NACHT進行寡聚化，然后PYD合成ASC蛋白，激活效應蛋白Caspase-1，經Toll樣受體（toll-like receptors,TLRs）的信號傳導，通過磷酸化-去磷酸化和去泛素化的方法轉錄，從而對炎癥反應產生效應[14]。

NLRP3炎癥小體激活機制仍在研究中，其激活過程分為兩步：第一步，啟動由炎癥刺激提供，使得TLRs、NLRs或細胞因子暴露，從而誘導活化NF-κB，最終上調NLRP3蛋白和IL-1β的表達[15]。第二步，激活步驟則是由感染、組織損傷或代謝失衡期間出現的刺激物觸發，例如毒素、晶體物質及入侵病原體等，通過NLPR3炎癥小體結構重組，促進IL-1β和IL-18分泌，導致細胞及組織的炎癥性壞死[16]。已有文獻指出鉀離子外流、鈣離子信號傳導、鈉離子內流、氯離子外排、線粒體功能障礙及活性氧產生均參與了NLRP3炎癥小體的激活[17]。

目前已發現代謝紊亂、動脈粥樣硬化、中樞神經系統疾病及炎癥性疾病等慢性和退行性疾病與NLRP3炎癥小體異常激活有關。當NLRP3炎癥小體受到ATP、毒素、RNA病毒等刺激，可產生大量的IL-18及IL-1β[18]。IL-1β主要由先天性免疫細胞如巨噬細胞和樹突狀細胞產生，T細胞增殖刺激IL-1β激活，觸發局部黏膜免疫反應，可將中性粒細胞直接引導到損傷或感染部位。IL-18具有免疫調節作用，IL-1β和IL-18過度產生會導致無菌性炎癥發生，從而加重患兒發生自身免疫性疾病的風險[19]。由于NLRP3炎癥小體在自身免疫性疾病中的病理生理作用，現被認定為許多免疫性疾病治療的有效靶點。

2 嗜中性粒細胞哮喘的發病機制

嗜中性粒細胞哮喘中的關鍵免疫細胞Th17亞群[20]，通過分泌 IL-17A、IL-17F、IL-22，在支氣管組織[21]和支氣管肺泡灌洗液[22]中發生作用。IL-17A是調節機體中性粒細胞分泌、聚集及起效的重要細胞因子，可致使氣道高反應、激素抵抗、杯狀細胞分泌增多、氣道纖維化和氣道重塑等[23]。IL-17F和IL-22可誘導支氣管上皮分泌黏液，刺激趨化因子受體和IL-8產生，使得肺部中性粒細胞分泌增多[24]。此外，Th1細胞參與嗜中性粒細胞哮喘也早有報道[25]，肺泡灌洗液中Th1細胞數量與肺功能惡化程度相關[26]。在抗原刺激下，細胞因子IL-12和IFN-γ分泌，致使Th0細胞向Th1細胞分化，Th1細胞激活中性粒細胞表面的趨化因子，該趨化因子再反作用Th1細胞，往復循環[27]。再者，中性粒細胞可介導先天性免疫應答反應及損傷相關的分子模式信號，上調金屬蛋白酶、中性粒細胞彈性酶及多種細胞因子分泌，促進免疫反應[28]。其中金屬蛋白酶可導致氣道結構損傷，促進氣道上皮細胞持續募集中性粒細胞，造成炎癥的反復，導致患者的氣流受限及氣道重構[29]。中性粒細胞彈性酶可直接降解組織蛋白，調控炎癥反應。

3 NLRP3炎癥小體與嗜中性粒細胞哮喘關系的基礎及臨床研究

嗜中性粒細胞哮喘患者痰液中NLRP3炎癥小體的基因表達增高，使用特異性抑制劑或敲除NLPR3基因，可使得氣道高反應增強及氣道炎癥減輕[30]，表明了NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細胞哮喘的發病機制中起了關鍵作用[31]。

3.1 動物實驗 Xu等[32]采用腹腔注射卵白蛋白方法建立中性粒細胞哮喘小鼠模型，應用NLRP3基因抑制劑治療后，體內IL-1β及IL-18水平明顯下降，肺內浸潤細胞、分泌的黏液以及肺泡灌洗液中的中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和淋巴細胞數量均下調，哮喘氣道免疫反應得到抑制。另一項研究采用甲苯二異氰酸酯誘導建立以中性粒細胞浸潤的哮喘模型，其中抑制組采用效應蛋白Caspase-1抑制劑，該組小鼠氣道的中性粒細胞數量減少，氣道高反應及氣道重塑得到改善，間接表明了NLRP3炎癥小體可通過效應蛋白Caspase-1參與哮喘的炎癥反應；研究還發現抑制組小鼠IL-1β和IL-18水平下降，間接證明了IL-1β和IL-18可能也與NLRP3炎癥小體的效應蛋白Caspase-1活性有關[33]。IL-1β作為一種由Caspase-1產生的強效炎癥細胞因子，與包括哮喘在內的許多慢性炎癥性疾病有關，可在疾病早期損害氣道上皮屏障功能[34]。嗜中性粒細胞哮喘患兒IL-1β mRNA表達量顯著升高，表明了IL-1β在嗜中性粒細胞哮喘中發揮關鍵作用[35]。此外，IL-1β和IL-18誘導CD4+效應T細胞產生IL-17。IL-17可對中性粒細胞產生強大的趨化作用，通過旁分泌及自分泌途徑增加氣道黏蛋白的表達，加重氣道炎癥，引發氣道重構，與患兒的哮喘嚴重程度呈正相關[36]。綜上，NLRP3炎癥小體激活了IL-1β/IL-17炎癥軸，調節杯狀細胞，增加氣道黏蛋白分泌，破壞氣道上皮屏障功能。

3.2 臨床研究 一項含有實驗組85例哮喘患者（分為嗜中性粒細胞組、嗜酸性粒細胞組及少粒細胞組）和對照組27名健康者的臨床研究，通過對參與者進行臨床評估、肺功能測定及痰液誘導，將痰液進行細胞計數、基因表達和蛋白介導，從而檢測NLRP3炎癥小體的表達，結果發現嗜中性粒細胞組NLRP3炎癥小體基因表達、促炎Caspase-1基因及IL-1β水平表達較嗜酸性粒細胞組和少粒細胞組高，說明NLRP3炎癥小體在嗜中性粒細胞哮喘中優勢表達，并可通過調節IL-1β對炎癥反應產生作用[35]。激活的NLRP3炎癥小體通過Caspase-1蛋白酶誘導巨噬細胞分泌IL-1β，造成哮喘患者氣道炎癥的發生，臨床表現為出現重癥哮喘及類固醇抵抗型哮喘概率增高[37]。Rossios等[38]還發現NLRP3炎癥小體及其激活后產物IL-1β、IL-18的表達與痰液中中性粒細胞百分比顯著相關，但與嗜酸性粒細胞百分比無關，嗜中性粒細胞哮喘患者組臨床癥狀最為明顯，肺功能較差，常規口服類固醇藥物比例最高。而抑制NLRP3炎癥小體可減少IL-1β、Th2類細胞因子、中性粒細胞相關細胞因子分泌，減少氣道上皮細胞中性粒細胞數，最終減輕氣道高反應[39]。Kim等[40]通過監測臨床參與者痰液中的中性粒細胞數量、吸入激素劑量及用力呼氣容積與NLRP3炎癥小體水平的關系，證明了NLRP3炎癥小體可參與哮喘的控制，與疾病嚴重程度相關，可能為后期治療的靶點。

3.3 靶向治療 目前傳統的哮喘治療方法是吸入激素、使用長效β2受體激動劑、口服白三烯調節劑、使用茶堿類藥物及脫敏治療等。靶向治療是近年來提出的新觀點，在嗜中性粒細胞哮喘病程發生、發展的傳導通路上進行干預，減少中性粒細胞氣道浸潤，降低氣道高反應，從而對疾病進行控制。MCC950作為NLRP3炎癥小體強有力的抑制劑，目前已有研究指出低劑量的MCC950可有效抑制嗜中性粒細胞哮喘患者的氣道炎癥，并使得其氣道白細胞數量下降及氣道高反應減輕，可達到類似類固醇治療的療效[40]。此外，Caspase-1抑制劑通過阻斷Caspase-1上調從而抑制NLRP3炎癥小體的激活，最終減輕氣道炎癥[39]。NLRP3炎癥小體可作為除類固醇藥物、白三烯受體拮抗劑、β2受體激動劑以外的新的治療靶點，避免了激素不敏感哮喘急性發作后及后期控制欠佳需大量且長期使用類固醇藥物后出現鈣磷及骨骼代謝異常的不良反應，以期達到哮喘的分子靶向治療。

4 NLRP3炎癥小體未來研究方向

目前大量基礎及臨床研究限制于樣本量不夠及局限性對照性研究。未來筆者認為可收集一定量的嗜中性粒細胞哮喘臨床病例，進行NLRP3炎癥小體與白三烯受體拮抗劑、β2受體激動劑治療的對比性研究，以發現NLRP3炎癥小體的分子靶向治療優勢。同時通過前瞻性研究，對NLRP3炎癥小體分泌的細胞因子、蛋白酶進行定量及定性研究，觀察其與嗜中性粒細胞哮喘疾病進展及預后的關系。

5 結語

綜上所述，嗜中性粒細胞哮喘作為哮喘中激素不敏感及治療反應欠佳的一種類型，可出現中性粒細胞浸潤氣道上皮的現象。目前臨床上仍致力于其生物標志物及氣道微生物群的研究。NLRP3炎癥小體作為近年研究新熱點，國內外已有多項研究證實了其對嗜中性粒細胞哮喘疾病發生、發展的作用。但大部分研究仍停留于動物實驗，未來可開展多中心、大樣本、可重復的基礎與臨床研究，從而為嗜中性粒細胞哮喘個性化治療提供有力的循證依據。