NLRP3炎癥小體在眼科疾病的研究進展

許嘉洋 張?zhí)熨Y 樊世超

1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)臨床醫(yī) （蒙醫(yī)）學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.內(nèi)蒙古民族大學(xué)附屬醫(yī)院眼科，內(nèi)蒙古 通遼 028000；3.湖北省十堰市人民醫(yī)院眼科，湖北 十堰 442000

炎癥是一種防御機制，其特征是通過信號激活先天免疫系統(tǒng)，以應(yīng)對病原體、死亡細胞、創(chuàng)傷或化學(xué)誘導(dǎo)的損傷。炎性小體在促炎細胞因子的激活和釋放中起著復(fù)雜而重要的作用。近年來，不同炎癥小體的分子組成和激活機制得到了廣泛的研究。其中，NLRP3 炎癥小體是目前研究最多和最具特征的，因為它能夠被各種刺激激活并在多種自身免疫性疾病和炎癥疾病中發(fā)揮重要作用。本文簡要介紹了NLRP3炎癥小體的生物學(xué)特征及其激活和調(diào)控機制，并總結(jié)近年來NLRP3 炎癥小體與眼科疾病的聯(lián)系。

1 NLRP3炎癥小體的激活

NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NODlike receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎癥小體是一種多蛋白復(fù)合體，由上游傳感器蛋白模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）、下游效應(yīng)蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1，caspase-1）前體和含有CARD 的凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）組成[1]，其主要在免疫和炎癥細胞中表達，如單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞。當(dāng)細胞受到病原相關(guān)分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）、損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）及其他外源性入侵或者應(yīng)激條件下刺激時[2]，NLRP3 和ASC 中的pyrin 結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD）之間的相互作用，產(chǎn)生NLRP3 炎性小體。該復(fù)合物使pro-caspase-1自裂解，誘導(dǎo)caspase-1 自動激活，同時促進炎性因子白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和白細胞介素-18（interleukin-18，IL-18）的加工和釋放，以及增加Gasdermin 家族蛋白D（Gasdermin D，GSDMD）的釋放以促進細胞焦亡[3]。

目前認為NLRP3 炎癥小體的激活機制有很多種：離子流通量的改變（如K+外流、Ca2+超載、Na+內(nèi)流）、線粒體功能障礙、ROS 的產(chǎn)生以及溶酶體損傷，這些不同的上游信號通路可能相互關(guān)聯(lián)或獨立。①細胞外Ca2+可通過鈣敏感受體觸發(fā)磷脂酶C 誘導(dǎo)細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+釋放，從而激活NLRP3[4]。②DAMPs/PAMPs 通過泛連接蛋白1（pannexin 1，PANX1）激活嘌呤能離子通道型受體7（purinergic ligand-gated ion channel 7 receptor，P2X7R），使細胞內(nèi)K+濃度降低，導(dǎo)致NLRP3 炎癥細胞的活化[5]。③Na+內(nèi)流時，細胞通過被動平衡將K+降低到閾值以下，導(dǎo)致NLRP3 炎癥小體的激活[6]。④線粒體損傷或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時釋放過量的ROS，激活NLRP3 炎癥小體，從而誘發(fā)炎癥反應(yīng)[7-8]。⑤溶酶體失穩(wěn)時，吞噬作用不能充分進行，導(dǎo)致溶酶體破裂，最終釋放組織蛋白酶B，引起NLRP3 炎性小體組裝[3]。

2 NLRP3炎癥小體與眼科疾病

2.1 NLRP3與年齡相關(guān)性黃斑變性

年齡相關(guān)性黃斑病變（age-related macular degeneration，AMD）是一種由視網(wǎng)膜變性引起，特別是黃斑處視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）細胞功能的喪失，最終引起感光細胞受損的眼病[9]。AMD 的發(fā)病原因和機制尚不明確，目前認為與遺傳、視網(wǎng)膜慢性光損傷、營養(yǎng)不良、吸煙、中毒、免疫異常等因素相關(guān)。

炎癥是萎縮性和新生血管性AMD 發(fā)病的主要因素，NLRP3 炎癥小體作為一種促炎蛋白復(fù)合物，主要通過生成IL-1β 和IL-18 促進病理性新生血管的生成。通過臨床研究發(fā)現(xiàn)，AMD 患者玻璃體內(nèi)和血清中NLRP3 炎癥小體處于激活狀態(tài)且IL-1β 及IL-18 含量增高[10]，且在不同動物模型中也證實了IL-1β 的水平變化與光感受器變性有關(guān)[11-12]。通過觀察使用白藜蘆醇對暴露在苯二酚中的ARPE-19 細胞的影響，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇作為抗氧化應(yīng)激藥物，可以抑制ROS 釋放，減少NLRP3 炎癥通路的激活，增加細胞活力[7]。Wang 等[13]通過對人類和小鼠的RPE細胞來驗證新型選擇性NLRP3 抑制劑（IFM-514、IFM-632 和CRID3）是否對AMD 患者體內(nèi)激活的NLRP3 炎癥小體有效。研究發(fā)現(xiàn)，上述3 種NLRP3抑制劑對不同刺激下（包括溶酶體破裂、氧化應(yīng)激、脂褐素介導(dǎo)的光氧化損傷及P2X7 介導(dǎo)）所引起的NLRP3 炎癥小體激活都有明顯的抑制作用。實驗結(jié)果表明，選擇性NLRP3 抑制劑可以有效的抑制人類和小鼠的RPE 細胞中炎癥小體的激活，以延緩或防治AMD 的進展。

2.2 NLRP3與干眼癥（dry eye disease，DED）

DED 是一種與多種因素相關(guān)，主要由淚膜滲透壓增加和角膜結(jié)膜組織炎癥引起的眼表疾病。其發(fā)病機制尚未完全明確，高滲透壓、角膜炎癥和損傷、神經(jīng)感覺異常均可導(dǎo)致DED 的發(fā)生，其中淚液滲透壓升高被認為是DED 發(fā)病的主要機制。

淚膜、多糖-蛋白復(fù)合物和上皮細胞構(gòu)成眼睛與外界環(huán)境的物理屏障，防止微生物的黏附和毒素的侵入，以保護眼表。當(dāng)眼表屏障功能被破壞時，Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）表達顯著增加，會激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）蛋白和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），從而誘導(dǎo)IL-1β 和腫瘤壞死因子α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）等炎癥因子的分泌[14]。DED 患者及在高滲應(yīng)激刺激下的DED 小鼠模型和ROS-NLRP3-IL-1β 信號通路之間可能存在啟動作用[15-17]。同時有研究表明[18]，NLRP3 炎癥小體的mRNA 和蛋白質(zhì)表達在DED 患者淚液中升高，其下游因子caspase-1、IL-1β 和IL-18 在DED患者淚液中同樣升高。Yang 等[19]通過局部給藥青蒿素類似物發(fā)現(xiàn)可顯著增加DED 大鼠淚液分泌并降低了結(jié)膜炎癥介質(zhì)的水平。其治療效果的機制可能與直接抑制巨噬細胞中Toll 樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）的炎癥通路以及在DED 過程中對眼組織中TLR4 異常表達和內(nèi)源性TLR4 配體生成的綜合調(diào)節(jié)有關(guān)。以上這些發(fā)現(xiàn)使臨床對DED 的發(fā)病機制和發(fā)生發(fā)展有了進一步的了解，需要進一步闡明及探索DED 與NLRP3 相關(guān)信號通路中的具體作用以及形成過程中的機制。

2.3 NLRP3與糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）

DR 是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一可導(dǎo)致嚴(yán)重的視力損害和失明。長期高血糖會導(dǎo)致眼部血管異常、血視網(wǎng)膜屏障損傷和神經(jīng)元功能障礙，這可導(dǎo)致臨床可見的非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變（nonproliferative diabetic retinopathy，NPDR）。隨著缺血的增加，患者可能會發(fā)展為增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變（proliferative diabetic retinopathy，PDR），發(fā)生新生血管并發(fā)癥，導(dǎo)致視力喪失。

在一項探索NLRP3 炎癥小體誘導(dǎo)的炎癥與DR疾病嚴(yán)重程度關(guān)系的實驗中，發(fā)現(xiàn)DR 患者的外周血中NLRP3、ASC 和caspase-1 基因和蛋白表達增加[20]。同樣，高糖（high glucose，HG）可通過P2X7R激活NLRP3 炎癥小體并觸發(fā)IL-1β 和IL-18 的成熟及分泌，Hui[21]的研究表明2 型糖尿病患者腸道中的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）與HG 聯(lián)合培養(yǎng)可以誘導(dǎo)視網(wǎng)膜上皮細胞中P2X7 和NLRP3 的轉(zhuǎn)錄，同時caspase-11、caspase-3、caspase-1 和IL-18蛋白水平也在升高。而且在對DR 小鼠模型玻璃體內(nèi)注射NLRP3 抑制劑后，減少了由HG 激活的IL-1β/IL-18 的生成，減少了視網(wǎng)膜新生血管形成和視網(wǎng)膜血管滲漏[22]。這些結(jié)果表明，NLRP3 炎癥小體在成人DR 中表達上調(diào)，可能在DR 的發(fā)病和進展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.4 NLRP3與青光眼

青光眼（glaucoma）是一種視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（retinal ganglion cell，RGCs）丟失和視神經(jīng)損傷為特征的視神經(jīng)病變，是導(dǎo)致單眼或雙眼視覺通路破壞、視野喪失和永久性失明的主要原因。其發(fā)病因素復(fù)雜，病理生理機制尚未明確，而炎癥小體的表達已被證實在青光眼中起到關(guān)鍵作用。

最近的一些研究發(fā)現(xiàn)[23-24]，在青光眼早期時視神經(jīng)頭和視網(wǎng)膜中存在顯著的炎癥基因。青光眼發(fā)生時會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞過度表達，進行氧化應(yīng)激，使ROS 及炎癥水平增加。在眼壓升高時，小膠質(zhì)細胞通過激活A(yù)TP 受體對受損部位做出反應(yīng)，導(dǎo)致視網(wǎng)膜P2X7R-ATP-NLRP3 通路被激活，釋放相關(guān)的促炎因子，包括TNF-α、IL-1β、IL-18 和IL-11，同時在體內(nèi)和體外通過caspase-1所依賴的GSDMD 啟動焦亡，從而誘導(dǎo)缺血和高眼壓中的神經(jīng)炎癥和RGCs 的死亡[25-26]。以上證據(jù)為臨床更好地掌握青光眼及未來的靶向治療提供了新思路和研究方向。

2.5 NLRP3與角膜炎

當(dāng)角膜防御減弱因外界因素或內(nèi)源性因素侵襲時，就會產(chǎn)生炎癥。有研究發(fā)現(xiàn)[27]，NLRP3 介導(dǎo)的細胞焦亡與白色念珠菌角膜炎的嚴(yán)重程度有關(guān)。NLRP3 炎癥小體會誘導(dǎo)角膜上皮細胞（human comeal epithelial cells，HCECs）焦亡，這種激活與細胞的K+外排有關(guān)。在使用K+通道抑制劑后，抑制了NLRP3/caspase-1/GSDMD 通路，減少了IL-1β、IL-18 的分泌和LDH 的釋放。Shimizu 等[28]通過LSP 或堿燒傷使C57 小鼠發(fā)生無菌性角膜炎，并發(fā)現(xiàn)其角膜基質(zhì)中NLRP3 炎癥小體相關(guān)的多種因子均上調(diào)。而NLRP3 基因敲除小鼠的角膜混濁程度較C57 小鼠明顯降低，且IL-1β 的表達下調(diào)，說明NLRP3 炎癥小體對于角膜具有促炎作用。

3 小結(jié)

NLRP3 炎性小體在先天免疫系統(tǒng)對各種刺激的反應(yīng)中起著復(fù)雜而重要的作用。隨著研究的不斷深入，證明了NLRP3 炎癥小體及其相關(guān)通路在各種眼部疾病中發(fā)揮著極其重要的作用，其抑制劑也在相關(guān)眼部疾病的細胞實驗及動物模型中得到了驗證。因此，未來可以通過應(yīng)用相應(yīng)的抑制劑阻斷NLRP3 炎癥通路，從而達到對相關(guān)疾病的預(yù)防及治療。