NLRP3炎性小體在炎癥性腸病中的研究進展

馮靜靜 綜述 左秀麗 審校

山東大學齊魯醫院消化科（250012）

炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease,IBD）是由免疫反應失調所致的以持續腸道炎癥為特征的一類疾病，其病情遷延、難以治愈，且發病率逐年上升。IBD的發病機制尚未完全闡明，可能與免疫、感染、遺傳、環境等因素有關。NLRP3炎性小體具有廣泛免疫調節和抗微生物作用，與自身免疫病和感染性疾病的關系正受到廣泛關注。近年研究發現NLRP3炎性小體亦參與IBD的發病，由此提示針對NLRP3的靶向治療可能是有前景的防治IBD的方法之一。本文就NLRP3炎性小體在IBD中的研究進展作一綜述。

一、NLRP3炎性小體的組成和生理作用

1.NLRP3炎性小體的組成：目前發現NLRP3炎性小體由NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）和 caspase-1組成。NLRP3又稱cryopyrin、PYPAF1或Nalp3，由寒冷誘導自身炎癥綜合征（CIAS）-1基因編碼，是NLR家族成員之一，由N端PYD結構域、C端亮氨酸重復序列和中間的NACHT結構域三部分組成。ASC亦稱TMS1，由Pycard基因編碼，是一種連接蛋白，其結構包括N端PYD結構域和C端CARD（caspase recruitment domain）。NLRP3的激活可致其PYD結構域與ASC的PYD結構域連接，致ASC的CARD與caspase-1的CARD結合，由此完成NLRP3炎性小體的裝配。

2.NLRP3的表達部位和活化機制：NLRP3在中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞、樹突細胞、成骨細胞、上皮細胞（口咽部、食管、外宮頸、尿道）、皮膚角質形成細胞等均有表達。微生物和內、外源性刺激物均可激活NLRP3炎性小體，前者包括病毒（流感病毒、腺病毒、仙臺病毒）、細菌（金黃色葡萄球菌）、真菌（白色酵母菌、白色念珠菌）、微生物成分如胞壁酰二肽（MDP）、腫瘤壞死因子（TNF）-α、脂多糖（LPS）、細菌RNA、病毒雙鏈DNA等[1 ～ 3]；內源性刺激物包括尿酸、尿酸單鈉（MSU）結晶、雙水焦磷酸鈣（CPPD）結晶、β淀粉狀蛋白、三磷酸腺苷（ATP）、透明質酸、細胞壞死產物等[4,5]；外源性刺激物包括二氧化硅、石棉、疫苗佐劑等[6]。

NLRP3的活化機制尚未完全闡明，目前認為可能與細胞內鉀離子外流、氧自由基生成、溶酶體破壞、組織蛋白酶B釋放、P2X7受體活化、Pannexin-1半通道等有關[7,8]。

3.NLRP3炎性小體的作用：NLRP3炎性小體的活化可致無活性的caspase-1前體轉化為活性caspase-1，后者可裂解白細胞介素（IL）-1β、IL-18、IL-33 前體以形成活性形式并分泌。NLRP3已證實與人類多種自身免疫病相關，如家族性冷自身炎癥綜合征（familial cold autoinflammatory syndrome,FCAS）、穆-韋綜合征（Muckle-Wells syndrome，MWS）和新生兒期多系統炎癥綜合征（neonatal onset multisystem inflammatory disease,NOMID），上述疾病統稱為隱熱蛋白-相關周期綜合征（cryopyrin-associated periodic syndrome,CAPS）。 研究[9]發現CAPS是由NLRP3基因突變致其過度活化并繼發IL-1β過度分泌所致，但IL-1β拮抗劑及其中和抗體在治療CAPS中的有效性和安全性尚需進一步研究證實。此外，NLRP3與淋病奈瑟菌感染、家族性地中海熱、化膿性關節炎、壞疽性膿皮病、痛風、石棉沉滯癥、蕁麻疹、幼年特發性關節炎等疾病相關。IL-1β拮抗劑anakinra抑制由NLRP3突變所致的IL-1β過度分泌可有效治療關節炎[10]。可見NLRP3炎性小體與多種感染性和免疫性疾病相關，且在疾病治療的研究中已初見成效。隨著NLRP3炎性小體研究領域的逐漸擴大，近年有研究著眼于NLRP3在IBD中的作用，以從新的視角研究IBD的發病機制和治療方法，為NLRP3炎性小體的研究帶來了新的熱點。

二、NLRP3與克羅恩?。–D）

1.NLRP3基因多態性與CD的關系：2001年，McGovern等[11]發現了CD的第一個易感基因NOD2/CARD15，因NLRP3和NOD2蛋白同屬NLR家族成員，由此提示NLRP3亦可能與CD相關。2008年，Kastbom等[12]發現CARD8和NLRP3（CIAS1）聯合突變可增加患者對類風濕性關節炎的易感性。Schoultz等[13]在此基礎上對498例CD患者和742例健康對照者的 CARD8（C10X）和 NLRP3（Q705K）基因多態性位點進行了聯合分析，結果發現男性CARD8 C10X等位基因和NLRP3 Q705K等位基因聯合攜帶者的CD易感性明顯增加（OR=3.40，95%CI:1.32 ～ 8.76；P=0.011）。Roberts等[14]對 1009例 CD患者和 517例健康對照者的 CARD8（rs2043211）、NLRP3（rs35829419）和 CARD15（NOD2）基因多態性位點行聯合分析，結果證實CARD8罕見等位基因和NLRP3常見等位基因聯合攜帶者的CD易感性下降，且CARD15基因突變可減弱上述效應。Villani等[15]通過對239例CD患者和107例健康對照者的研究發現，NLRP3基因下游4.7 kb處存在與CD易感性相關的一組單核苷酸多態性（SNPs），易感基因攜帶者的NLRP3表達下調，且易感基因純合子攜帶者的NLRP3表達率最低。Cummings等[16]通過對547例CD患者和465例健康對照者的分析發現4種NLRP3 SNPs與CD相關，其中rs4925648和rs10925019與CD的相關性最強，但其結果在 WTCCC（wellcome trust case control consortium）研究中未得到證實。上述研究結果提示NLRP3基因多態性可能影響CD易感性，但NLRP3基因是否存在其他CD相關性多態性位點及其與CD的具體關系，仍需進一步研究證實。

2.NLRP3影響CD易感性的可能機制和對CD治療的啟發：NLRP3致CAPS的機制已得到證實，且對其靶向治療的研究亦初見成效[9]，但其在CD發病機制中的研究剛起步。Villani等[15]通過對CD患者和三硝基苯磺酸（TNBS）誘導的小鼠結腸炎模型的研究發現，兩者結腸黏膜NLRP3表達均較正常對照組明顯升高，但CD易感基因攜帶者的NLRP3表達卻下降，此現象可能與易感人群NLRP3低表達損傷固有免疫，致腸道清除病原體的能力下降，由此誘發CD而致NLRP3表達反應性上調有關，并使caspase-1和IL-1β表達增加，可在一定程度上解釋CD發病前后NLRP3表達水平不一致的現象。Roberts等[14]亦認為NLRP3炎性小體活化致IL-1β過度分泌可增加CD易感性?？紤]到NLRP3炎性小體在識別和抵抗白色念珠菌入侵中起關鍵性作用，且半數健康人群的消化道可見白色念珠菌定植，Rehaume等[17]通過對白色念珠菌致病機制和NLRP3炎性小體作用機制進行研究后提出，NLRP3炎性小體缺陷可致腸道白色念珠菌等一系列致腸道肉芽腫形成的微生物過度繁殖，由此誘發與CD相關的腸道免疫損傷，從而提示CD與白色念珠菌等真菌感染亦有關?？梢奛LRP3在CD發病機制中的作用是多方面的，一方面其低表達可增加CD易感性從而誘發CD，另一方面其過度活化又可致CD持續進展。此效應與真菌感染、IL-1β過度分泌等均相關，但尚需進一步研究證實，一旦明確揭示其具體機制，將為CD的治療提供新的方向。

三、NLRP3與潰瘍性結腸炎（UC）

1.NLRP3表達水平與 UC的關系：Zaki等[18]通過對NLRP3 炎性小體不同成分（NLRP3、ASC、caspase-1）基因缺陷小鼠的研究發現，上述小鼠對口服3%葡聚糖硫酸鈉（DSS）和TNBS灌腸所誘導的結腸炎的易感性均明顯增加，表現為腸上皮完整性破壞、小鼠死亡率增加等，提示NLRP3炎性小體在保持腸道內環境穩態、緩解結腸炎中起重要作用。Hirota等[19]亦研究發現，NLRP3基因缺陷小鼠對口服2.5%DSS和TNBS灌腸所誘導的結腸炎的易感性均明顯增加。但Bauer等[20]卻發現NLRP3基因缺陷小鼠對口服2%DSS所誘導的結腸炎的易感性明顯降低。提示NLRP3炎性小體在結腸炎發病中起重要作用，其有望成為IBD治療的新靶點；但NLRP3炎性小體表達水平改變對結腸炎的影響仍存在爭議，NLRP3基因缺陷會增加小鼠對口服2.5%或3%DSS和TNBS灌腸所誘導的結腸炎的易感性，但對2%DSS所誘導的結腸炎則起相反作用，因此尚需進一步研究證實其中的關系，以盡快將此類研究應用于臨床。

2.不同部位NLRP3表達的作用：研究[19]發現NLRP3基因缺陷小鼠的巨噬細胞對細菌MDP無應答，但中性粒細胞表現為趨化能力降低和自發凋亡增加。Zaki等[18]發現在緩解由DSS所誘導的結腸炎時，結腸上皮細胞表達的NLRP3遠較造血細胞表達的NLRP3重要。但Allen等[21]發現在抑制由結腸炎所致的結腸癌時，造血細胞表達的NLRP3遠較腸上皮細胞重要?？梢姴煌课槐磉_的NLRP3在各疾病中所起的作用亦不同，研究時需綜合考慮，區別對待。

3.NLRP3研究對UC發病機制和治療的啟發：Zaki等[18]發現NLRP3炎性小體可通過增加IL-18分泌，以抑制由DSS所誘導的結腸炎的發生。Bauer等[20]則發現DSS可致溶酶體破壞，可通過向胞質釋放其內容物以激活NLRP3炎性小體，致caspase-1活化和IL-1β釋放，其中活性氧簇（ROS）亦參與此過程。此外，研究[19,20]尚發現NLRP3炎性小體對TNF-α、干擾素（IFN）-γ、IL-10、轉化生長因子（TGF）-β、干擾素誘導蛋白10、髓過氧化物酶、β-防御素和腸道菌群均有影響。Allen等[21]發現NLRP3基因缺陷小鼠并發結腸癌的風險明顯增加，由此提示NLRP3炎性小體的研究亦可用于結腸癌的預防。由此可見NLRP3參與結腸炎的機制復雜，與caspase-1、IL-1β、IL-18等均相關，且 caspase-1拮抗劑pralnacasan對DSS誘導的結腸炎有明顯治療作用[20]，但其具體作用機制及其如何指導臨床實踐尚需進一步研究。

四、NLRP3炎性小體在IBD研究中的展望

近年，NLRP3炎性小體在IBD發生、發展中的機制研究突飛猛進，但其具體作用機制和靶向治療研究多集中于動物模型和免疫細胞，對臨床患者的研究剛起步，未來有望將研究重點轉向IBD患者，以分析結腸上皮表達的NLRP3炎性小體與腸道菌群、腸道致炎因子和外界微生物的關系，并可考慮將其應用于IBD的診斷和治療，上述機制研究可有助于發現更有效的IBD治療方法。

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