糖尿病血管老化過程中調控NLRP3 炎癥小體活性的信號通路研究進展

王鈺瀅，崔德芝

1 山東中醫藥大學中醫學院，濟南 250355；2 山東中醫藥大學附屬醫院老年醫學科

血管鈣化與硬化是血管衰老的顯著特征，是糖尿病血管并發癥的重要病因［1］。全身及局部的慢性無菌性炎癥反應、氧化應激、內質網應激及線粒體功能障礙等多種機制誘導內皮細胞衰老，共同影響血管的生理功能，其中炎癥反應被認為是導致血管老化的主要因素。研究顯示，糖尿病患者普遍存在微炎性狀態，炎癥反應長期作用于血管內壁，導致內皮細胞結構與功能障礙，促進血管老化的進程。炎癥小體是由胞質內模式識別受體參與組裝的多蛋白復合物，活化炎癥小體是引發先天性免疫反應與炎癥反應的重要途徑。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（NLRP3）是由受體蛋白NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）和半胱氨酸天冬氨酸酶1（Caspase-1）前體組成的多蛋白復合物［2］，是目前研究最廣泛的炎癥小體。NLRP3 炎癥小體在體內外刺激的作用下被激活，廣泛參與機體炎癥反應、免疫應答、細胞凋亡過程，誘導血管內皮細胞在糖尿病內環境下的衰老與死亡。NLRP3 炎癥小體在糖尿病誘導的血管衰老和血管內穩態失衡中起關鍵作用，其通過觸發糖尿病無菌性炎癥狀態，誘導血管內皮細胞和平滑肌細胞損傷與凋亡；同時抑制負反饋調節機制，延長病程，加重糖尿病血管并發癥的發生。在糖尿病性血管老化過程中，調控NLRP3 炎癥小體活性的調節信號通路可分為促進激活與抑制激活兩類，通過干預NLRP3 炎癥小體的啟動、激活與分泌，雙向調節NLRP3 炎癥小體的活性功能狀態，多方面參與糖尿病性血管老化的病理進程?，F將糖尿病性血管老化過程中調控NLRP3 炎癥小體活性的信號通路研究進展綜述如下。

1 促進NLRP3炎癥小體激活的信號通路

NLRP3 炎癥小體的經典活化機制包括離子通道開放、活性氧過度生成、線粒體功能障礙、溶酶體溶解［3］。近年研究發現，多種激酶類調節因子，包括雙鏈核糖核酸依賴的蛋白激酶、鳥苷酸結合蛋白5以及有絲分裂相關蛋白激酶7 等，可以與NLRP3 在上游進行靶向結合而直接激活NLRP3 炎癥小體［4］。糖尿病環境下，NLRP3 炎癥小體的活化主要通過激活核因子κB（NF-κB）、活性氧簇（ROS）/硫氧還蛋白互作蛋白（TXNIP）信號通路誘導血管內皮細胞老化的發生［5］。

1.1 NF-κB信號通路 NF-κB是以p50/p65異二聚體脫氧核糖核酸結合蛋白復合物為結構的多功能轉錄因子，NF-κB 介導的信號通路是引起慢性炎癥反應的經典通路之一。NF-κB可通過調節炎癥相關性基因的轉錄表達介導炎性反應。NF-κB激活可引起氧化應激反應，從而導致血管內皮損傷并激活p53、p21 等目的基因調節血管內皮細胞及內皮祖細胞的凋亡和增殖，這一過程最終將加速血管老化。既往研究表明，NF-κB 與NLRP3 炎癥小體交互作用，可增加糖尿病微血管疾病的發病率。內源性或外源性刺激信號調節NF-κB 信號通路，使NF-κB 的結合亞基p50 激活NLRP3 的啟動子，在轉錄水平刺激巨噬細胞NLRP3 表達，從而有效激活NLRP3 炎癥小體［6］。因此，抑制NF-κB 通路可減少NLRP3 的生成與Caspase-1 的裂解，減少IL-1β、IL-18 的生成與分泌，抑制炎癥反應，從而降低糖尿病性血管老化的風險。

Toll樣信號通路（TLRs）是表達最廣泛的模式識別受體，通過TLRs 途徑介導的磷酸化NLRP3 是激活NLRP3 炎癥小體的開關，NLRP3 磷酸化可以調節TLRs/NF-κB 信號的傳導，在轉錄和翻譯水平調節NLRP3 的激活。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是細胞生長和增殖的重要調節因子，參與衰老調控和機體代謝等過程，高葡萄糖以時間依賴性方式誘導mTOR 磷酸化，促進NF-κB 信號傳遞。研究顯示，mTOR 信號途徑的調控異常與細胞衰亡密切相關，mTOR 抑制劑可以通過靶向抑制NF-κB信號通路來改善高葡萄糖誘導的NLRP3 炎癥小體活化［7］，表明mTOR 可以通過NF-κB 途徑調節基因轉錄，上調NLRP3 炎癥小體的表達。

近年來，已發現有多種藥物通過抑制NF-κB 信號通路減輕糖尿病血管病變的損害程度。甘草素可以抑制汞誘導的NF-κB 和NLRP3 炎癥小體通路的激活，減輕高血糖誘導的炎癥、氧化應激和細胞外基質積聚，可能成為預防糖尿病血管并發癥進展的有效藥物［8］。紅景天苷能夠通過抑制NF-κB p65 介導的NLRP3 炎癥小體活化來緩解血管內皮的炎癥和氧化應激［9］。芍藥苷作用于糖尿病足潰瘍大鼠體內的趨化因子受體，可抑制NF-κB 介導的NLRP3 炎癥小體活化，降低炎癥反應，促進血管新生，有助于傷口愈合，是糖尿病足的潛在治療用藥［10］。

1.2 ROS/TXNIP 信號通路 持續氧化應激和無菌性炎癥的相互作用是糖尿病性血管老化發病機制的主要決定因素。在糖尿病環境中，慢性高血糖引起ROS過度生成，自由基過度蓄積損傷血管結構，促進氧化應激的發生，是糖尿病血管并發癥的主要誘發因素。TXNIP是硫氧還蛋白氧化還原系統的內源性抑制劑，是連接內質網應激、炎癥和凋亡的重要分子。ROS 過表達促進TXNIP 與NLRP3 的結合，引起血管內皮細胞的炎癥反應［11］。MOHAMED 等［12］通過觀察胰島素抵抗大鼠，提出ROS/TXNIP 表達增強在誘導細胞促炎因子的生成與分泌中起關鍵作用，可引發內皮細胞微炎癥狀態與微血管變形。另有研究顯示，高糖誘導的內質網應激可以促進內皮祖細胞中線粒體ROS 的釋放，加速NLRP3 炎癥小體的生成與活化，介導內皮祖細胞的功能障礙與細胞焦亡；抑制ROS/TXNIP 信號通路可有效抑制Caspase-1、IL-1β、IL-18的分泌水平［13］。

抑制或減少ROS 生成可下調TXNIP 表達，進而有效抑制NLRP3 的激活。FATMA 等［14］報道，富馬酸二甲酯能夠抑制ROS/TXNIP/NLRP3 炎癥小體通路，從而改善糖尿病相關血管并發癥。CHEN 等［15］對糖尿病視網膜病變大鼠腹腔注射米諾環素，發現其可顯著抑制ROS 生成，降低TXNIP 表達，隨后抑制NLRP3 活化，進一步降低炎癥因子的分泌，有效改善糖尿病大鼠視網膜血管的通透性，抑制視網膜血管內皮細胞的凋亡。這表明TXNIP/NLRP3 途徑是治療糖尿病視網膜病變的潛在治療靶點。LU等［16］發現，維生素D3能夠減少糖尿病誘導的血管內皮細胞氧化應激，防止視網膜的血管損傷和細胞凋亡，其作用機制與抑制ROS/TXNIP/NLRP3 炎癥小體通路密切相關。ZHOU 等［17］發現，低濃度阿司匹林通過抑制ROS/TXNIP 通路，以劑量依賴的形式體外抑制NLRP3 炎癥小體的形成和活化，恢復血管內皮緊密連接蛋白的表達，提示阿司匹林可通過抑制NLRP3 炎癥小體的激活來改善內皮細胞的功能障礙。

2 抑制NLRP3炎癥小體激活的信號通路

NLRP3 炎癥小體的負向調節機制主要是阻斷炎癥小體的組裝，有些分子含有可與炎癥小體結合的相似結構域，通過與ASC 的結合抑制NLRP3 炎癥小體復合物的組裝，抑制NLRP3 炎癥小體激活。糖尿病環境下產生的內源性刺激引起非正常炎癥與自噬反應可以誘導血管老化，而通過激活磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）與核因子紅細胞系2 相關因子2（Nrf2）通路可抑制NLRP3炎癥小體的活化，有效抑制血管內皮細胞老化的發生。

2.1 AMPK 信號通路 AMPK 是參與生物代謝調節的關鍵酶蛋白，與多種代謝疾病和線粒體功能障礙疾病相關，并且影響炎癥和細胞凋亡的過程。IL-10等抗炎因子能夠激活AMPK，負向調節NF-κB 信號通路，抑制炎癥進程。此外，AMPK 是自噬激活的經典通路。自噬是一種真核生物特有的胞內降解系統，通過參與調節炎癥小體活化和失活的過程維持內環境穩態。XING等［18］研究顯示，棕櫚酸等飽和脂肪酸通過AMPK-自噬—線粒體ROS 信號軸激活NLRP3炎癥小體，誘導IL-1β和IL-18分泌。

研究表明，激活AMPK 信號通路對糖尿病心血管并發癥和糖尿病性神經病變有改善作用。LIAN等［19］發現，葛根的有效活性成分異黃酮以AMPK 依賴性方式激活自噬，抑制高血糖誘導激活的NLRP3炎癥小體的活性，緩解心血管內皮細胞的連接功能障礙，對高血糖誘導的慢性血管疾病具有很強的保護作用。TANG 等［13］對高脂飲食大鼠使用丹參多酚酸B，發現其可調節大鼠體內AMPK 通路，抑制由NLRP3 炎癥小體活化而誘導的內皮祖細胞焦亡，認為丹參多酚酸B是治療動脈粥樣硬化性心臟病的潛在新型藥物。

2.2 Nrf2 信號通路 Nrf2 通過調控抗氧化酶及轉運體的表達參與體內氧化還原反應，維持內環境穩態。Nrf2 是內源性抗氧化信號的核心轉錄因子，在機體氧化應激及炎癥反應過程中起保護作用，上調Nrf2表達可以保護機體免受過量ROS引起的細胞損傷，抑制炎癥反應。高糖環境了抑制Nrf2 的表達，導致氧化應激的發生風險顯著增加。動物實驗顯示，老年糖尿病小鼠體內Nrf2 表達下降，內皮祖細胞的生物學功能下降，并伴有氧化應激增強、內皮細胞衰老和功能障礙等一系列病理進程；而促進Nrf2表達可抑制NLRP3 炎癥小體的活化，改善氧化應激水平，保護老年糖尿病小鼠血管內皮細胞的生理活性［20］。對多種天然或合成化合物的實驗室研究也揭示了激活Nrf2 對NLRP3 炎癥小體的活化具有抑制作用。HU 等［21］發現，二氫楊梅素作為一種天然的類黃酮，可通過激活Nrf2 以上調血紅素加氧酶和醌氧化還原酶1表達水平，減少ROS生成，抑制NLRP3炎癥小體活化誘導的血管內皮細胞焦亡，發揮抗氧化和抗炎的生物活性，從而有效維持血管環境穩態，改善動脈粥樣硬化。

糖尿病血管并發癥是我國老年糖尿病患者死亡的首要原因，深入探討NLRP3 炎癥小體參與糖尿病性血管老化的發病機制及激活途徑，有助于闡明糖尿病血管并發癥的病理過程，針對上述途徑采取干預措施，是糖尿病血管并發癥預防和治療的關鍵。NLRP3 炎癥小體在糖尿病誘導血管老化的進程中具有核心地位，通過多種通路交互作用，介導一系列細胞級聯反應，血管老化的病理進程。在糖尿病性血管老化的防治中，穩定NLRP3 炎癥小體，抑制炎癥反應、氧化應激、內質網應激與細胞焦亡等均具有重要價值。根據現有研究結果，多種藥物或化合物可通過靶向抑制NLRP3 的激活以延緩糖尿病性血管老化的進程，如小分子抑制劑MCC950 首次證實可直接作用于NLRP3 產生抑制活性，受到重點關注。以NLRP3 炎癥小體為核心，聚焦于血管內皮細胞，通過抑制上下游通路的激活與抑制，針對免疫炎癥反應進行的靶向治療已獲得顯著成果。進一步深入挖掘糖尿病血管老化的發病機制和炎癥小體的激活機制，能夠為探索藥物的新作用靶點與臨床新藥的研發提供新思路。