NLRP3炎癥小體參與腦缺血再灌注損傷的研究進展①

楊才弟 汪正於 曾鼎華 王淑美 （重慶醫科大學中醫藥學院，重慶 400016）

腦卒中是嚴重威脅我國居民健康的重大公共衛生問題，是導致中老年人死亡和殘疾的最主要原因之一。據統計，國內不同區域卒中患病率為1.17%~9.30%，其中40 歲以上居民腦卒中患病率約為2.00%，且病死率呈逐年上升趨勢［1-2］。早期通過溶栓治療等方式恢復缺血腦組織灌注是目前公認的最有效治療腦卒中的手段，但再灌注過程中，患者缺血腦組織病情可能因活性氧（reactive oxygen species，ROS）積累和炎癥反應而進一步加重，這一現象被稱為腦缺血再灌注損傷［3-4］。

固有免疫又稱非特異性免疫，是機體長期進化過程中形成的防御機制，對入侵的病原體迅速產生應答而無嚴格選擇性，被認為是機體對抗微生物感染的第一道防線［5-7］。固有免疫系統通過模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）感知病原微生物以及其他外源性或內源性致病因子，并觸發特定信號通路激活，誘導促炎細胞因子和趨化因子產生，啟動并調節固有免疫應答［8-9］。Nod 樣受體家族（Nod-like receptor family，NLRs）是一類具有眾多成員的模式識別受體家族，其家族成員之一Nod 樣受體蛋白3（Nod-like receptor protein 3，NLRP3）是目前研究最多的一種受體，研究表明NLRP3 介導生成的炎癥小體激活參與了腦缺血再灌注損傷的病理生理過程［10-12］。本文就NLRP3炎癥小體在腦缺血再灌注損傷中的調控作用研究現狀以及基于NLRP3炎癥小體的腦缺血再灌注治療進行介紹。

1 NLRP3炎癥小體組成

NLRP3 炎癥小體主要存在于巨噬細胞、中性粒細胞等免疫細胞中，是一種復雜的多蛋白復合體，其結構由NLRP3 受體、凋亡相關斑點樣蛋白（apop?tosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）和半胱天冬酶1 前體（pro-caspase-1）組成［13-14］。其中NLRP3 受體由N 端熱蛋白結構域（pyrin domain，PYD）、中央核苷酸結合寡聚化結構域（necleotid-binding and oligomerization domain，NOD）以及C 端富亮氨酸重復序列（leucine-rich repeat，LRR）構成［15］。其中 PYD 結構域介導了與ASC 熱蛋白結構域的相互作用，引發炎癥小體組裝；NOD 結構域具有ATP 酶活性，可促使NLRP3 發生自身寡聚化；LRR 結構域是NLRP3 炎癥小體激活必不可少的部分，具有與配體相互作用調節NLRP3 活性的作用，但其具體功能有待進一步闡明［16-19］。NLRP3 在體內可被多種刺激物激活，如ROS、ATP、PM2.5、細菌或真菌成分等［20-23］。激活時NLRP3自身發生寡聚化，與ASC的PYD結構域結合，ASC通過CARD結構域募集 pro-caspase-1，形成NLRP3 炎癥小體。NLRP3炎癥小體可將pro-caspase-1剪切為有活性的caspase-1（p20），p20 可剪切炎癥細胞因子 IL-1β 和IL-18前體形成有活性的形式，從而啟動各種下游信號通路引發炎癥反應［24-25］。

2 腦缺血再灌注損傷中NLRP3 炎癥小體的激活和調控機制

腦缺血再灌注損傷涉及諸多因素及調控通路相互作用，而近年研究表明，NLRP3 是缺血后炎癥的關鍵調控因子，可引發一系列炎癥反應并導致細胞死亡［26］。在腦缺血再灌注中引起NLRP3 炎癥小體激活的可能機制很多，其中ROS 產生、鉀離子外流、線粒體紊亂、溶酶體破裂是目前公認的引起NL?RP3炎癥小體激活的機制。在腦缺血造成的低氧條件下，Na+/K+ATP 泵受損，導致細胞內Na+大量涌入，K+發生外流。這一進程引起線粒體電子傳輸鏈擾動，ROS 水平大幅提高，氧化應激刺激了Ca2+釋放，引起內質網應激、細胞器損傷，最終激活NLRP3 炎癥小體并導致細胞凋亡［27-29］。有趣的是，MU?OZPLANILLO 等［30］在通過一系列 NLRP3 激活劑誘導NLRP3激活的研究中發現，盡管NLRP3激活劑引起了線粒體擾動、活性氧產生和細胞體積改變等一系列變化，但這些變化并不是NLRP3 激活所必需的，而細胞內K+濃度改變是激活NLRP3 的充分必要條件，這一研究表明K+濃度改變可能是NLRP3炎癥小體激活的最關鍵因素。

目前關于NLRP3 炎癥小體對腦缺血再灌注損傷中的具體作用機制方面的認識還停留在基礎階段，目前研究認為IL-1β 是缺血性腦損傷以及中樞炎癥反應的關鍵因素，IL-1β 在健康大腦中以低水平存在，調節各種病理生理功能，當發生腦缺血再灌注時，IL-1β 在腦組織水平大幅升高，從而觸發神經元中的炎癥級聯反應并最終導致腦損傷［31-32］。研究發現小膠質細胞中IL-1β 的過量分泌會引起谷氨酸興奮性中毒和氧化應激，從而觸發神經元的炎癥級聯反應，小膠質細胞是腦內固有免疫相關細胞，是中樞神經系統免疫的第一道防線，而當其過度激活時，會釋放多種炎癥介質，引起炎癥級聯反應［33-35］。XU 等［36］對 BV2 小膠質細胞的研究中，通過缺氧復氧處理可通過ROS 誘導NLRP3 炎癥小體激活，而Nrf2/ARE通路激活則可抑制NLRP3炎癥小體的激活作用，SAVAGE 等［37］則發現在小鼠中動脈閉塞導致腦缺血后，膠質細胞產生IL-1 有助于提升IL-6 和趨化因子配體 1（C-X-C motif chemokine 1，CXCL1）水平，釋放組織蛋白酶B，誘導炎癥反應。因此NLRP3 炎癥小體極有可能通過小膠質細胞誘導腦缺血再灌注損傷的炎癥反應。

3 基于NLRP3 炎癥小體的腦缺血再灌注損傷潛在治療方法

3.1 依魯替尼（ibrutinib，PCI-32765） 依魯替尼是一種布魯頓酪氨酸激酶（Bruton's TK，BTK）抑制劑，被FDA 批準用于套細胞淋巴瘤和慢性淋巴細胞白血病治療［38］。ITO 等［39］研究證實，BTK 對 NLRP3 炎癥小體激活至關重要，可與ASC 和NLRP3 直接相互作用。通過藥理和遺傳手段抑制BTK 表達，可抑制NLRP3 炎癥小體激活。依魯替尼作為BTK 抑制劑，在腦缺血再灌注中可抑制Caspase-1 活化，使IL-1β活化受阻，從而減輕腦缺血再灌注損傷。

3.2 靜脈免疫球蛋白注射（intravenous immuno?globulin，IVIg） IVIg 是被 FDA 批準的用于各種炎癥疾病治療的方法，有證據表明在腦缺血性疾病中IVIg 可通過NLRP1 和NLRP3 炎癥小體發揮治療性作用。FANN 等［40］研究發現，通過大腦中動脈閉塞模型模擬腦缺血再灌注，經IVIg 治療后NLRP1 和NLRP3 炎癥小體活性受抑制，小鼠神經元損傷得到明顯緩解，證實IVIg可通過NLRP1和NLRP3炎癥小體保護腦組織細胞免受缺血性損傷。

3.3 高車前素（hispidulin） 高車前素是一種黃酮類化合物，從菊科植物毛蓮蒿中分離獲得，在現代藥理學研究中證實其具有抗炎、抗氧化等藥理活性。研究表明高車前素在腦缺血再灌注中具有神經保護作用。AN 等［41］通過不同劑量高車前素對腦缺血再灌注模型大鼠進行治療，并評估了大鼠神經功能和神經元凋亡情況，發現高車前素減少了腦水腫和腦梗死面積，并改善了大鼠神經系統癥狀，進一步研究表明，高車前素通過調節AMPK/GSK3β 信號通路抑制NLRP3 介導的神經元凋亡，而對神經發揮保護作用。

3.4 MCC950 MCC950是一種NLRP3炎癥小體選擇性抑制劑，在一些中樞系統疾病模型，如阿爾茨海默病、病理性炎癥系統疾病等中具有神經保護作用，是一種具有腦缺血性疾病治療潛力的藥物。ISMAEL 等［42］通過短暫性大腦中動脈閉塞誘發局灶性腦缺血，腹腔給予MCC950 治療，結果顯示MCC950 處理的小鼠腦梗死、水腫及血紅蛋白含量均顯著降低，神經功能缺損得到改善，同時MCC950還降低了腦缺血半影區NLRP3 炎癥小體裂解Caspase-1表達，并降低IL-1β含量，這一作用與TNF-α水平調控、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶和Caspase-3裂解、NF-κB和IκBα磷酸化也有一定關系。

3.5 魯斯可皂苷元（ruscogenin） 魯斯可皂苷元是一種從麥冬（ophiopogon japonicus）根中提取的類固醇皂苷元，廣泛用于慢性炎癥和心血管疾病治療，具有抗炎和抗血栓形成作用。GUAN 等［43］研究證實魯斯可皂苷元具有通過抑制NF-κB 介導的炎癥反應保護大腦免受缺血性損傷的作用，CAO 等［44］進一步研究發現，魯斯可皂苷元減輕了腦中動脈閉塞/再灌注小鼠的腦梗死和腦水腫，改善神經功能損傷，增加腦血流量，且魯斯可皂苷元在體內、體外對NOD 樣受體家族成員NLRP3 和TXNIP 均具有抑制作用，同時減少了ROS生成，抑制了蛋白激酶MAPK途徑。

3.6 二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）EPA 是一種omega-3 脂肪酸，是維持人體健康必不可少的物質，具有抗炎作用。而丹麥的一項病例研究表明，EPA 可降低缺血性卒中風險［45］。MO等［46］研究中顯示，EPA 通過阻止 NLRP3 炎癥小體的激活抑制急性腦梗死誘導的炎癥反應，此外EPA 主要通過 G 蛋白耦聯受體 40（GPR40）和 GPR120 發揮NLRP3 炎癥小體激活抑制作用，且EPA 改善了急性腦梗死誘導的細胞凋亡。

4 結語

綜上所述，隨著對NLRP3 炎癥小體的研究日漸深入，NLRP3 炎癥小體在腦缺血性疾病中的重要作用被逐步闡明。在動物實驗中，通過一些藥物治療抑制NLRP3 炎癥小體激活可以很大程度上阻止神經系統損傷，減少腦組織梗死體積，因此NLRP3 很可能成為腦缺血再灌注損傷治療的新靶點，但目前基于NLRP3 炎癥小體的腦缺血再灌注靶向治療研究多數還停留在體外實驗和動物模型實驗上，缺乏臨床試驗的進一步支持，且NLRP3 炎癥小體在腦缺血再灌注或其他腦缺血性疾病中激活和具體的調控機制尚不明確，有待進一步研究。