NLRP3炎癥小體在肝纖維化形成中作用的研究進展

李凡，白紀紅，梁志清

(1 桂林醫學院，廣西桂林541004；2 桂林醫學院附屬醫院)

肝纖維化是各種慢性肝損傷發展為肝硬化的必經階段，是一種可逆性創傷修復反應，與肝細胞再生、肝臟炎癥反應共同構成機體抗損傷反應。炎癥小體是細胞內的一種大型多蛋白復合物，由識別分子、接頭分子及效應分子三部分組成。識別分子包括NOD樣受體家族(NLRs)的NLRP1、NLRP3、IPAF及HIN200家族的細胞質DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子2[1，2]，作為機體固有免疫系統的感受器，能夠識別不同病原體的分子模式，包括外源性病原相關分子模式(PAMPs)和內源性損傷相關分子模式(DAMPs)[3]；再通過接頭分子，即具有半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(caspase)激活及招募結構域的凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)，激活效應分子，如caspase-1，促進炎癥因子(如IL-1β)成熟，參與細胞炎癥反應，調節固有免疫。近年研究發現，炎癥小體在肝纖維化過程中具有重要作用[4]。本文結合文獻就NLRP3炎癥小體在肝纖維化形成中的作用作一綜述。

1 NLRP3炎癥小體概述

NLRP3炎癥小體是目前研究最多、具有最廣泛激活劑的炎癥小體，可被細菌(如金黃色葡萄球菌、霍亂弧菌)、真菌(如白色念珠菌、煙曲霉菌)、病毒(如流感病毒、丙肝、腦心肌炎病毒)、寄生蟲(如曼氏血吸蟲、屋塵螨)等病原微生物活化。此外，非病原體產生的DAMPs也可以激活NLRP3炎癥小體，如胞外高濃度三磷酸腺苷(ATP)、穿孔毒素、紫外線照射等多種環境損傷以及一些晶體類物質，如尿酸結晶、二氧化硅、石棉等[5]。

激活NLRP3炎癥小體需要2個信號：首先TLR配體誘導NF-κB活化，促進NLRP3基因轉錄，使NLRP3、IL-1β及IL-18前體表達增加[6]；以上述激活劑作為第二信號，使NLRP3與ASC及caspase-1組裝成炎癥小體，并誘導成熟的IL-1β切割和釋放。目前NLRP3炎癥小體激活途徑大致分為3種：①細胞內鉀離子外流：胞外高濃度的ATP刺激P2X7嘌呤受體[7]，引起鉀離子外流，泛連接蛋白膜通道的形成，從而使胞外NLRP3的激動劑直接進入胞內，促進NLRP3炎癥小體的聚集及活化；②溶酶體破裂釋放：某些結晶體或特殊顆粒被內吞入巨噬細胞，最終導致溶酶體破裂，釋放的內容物可直接促進NLRP3炎癥小體的聚集及活化；③活性氧(ROS)產生：PAMPs及DAMPs均可誘導產生ROS，從而激活ROS依賴的信號通路；除此之外，ROS也可促進硫氧還蛋白與NLRP3炎癥小體的結合，直接誘導NLRP3炎癥小體激活[8]。但也有報道表明，ROS在炎癥小體的激活過程中不是必要的[9]。

近年發現了一種伴隨著炎癥反應的細胞程序性死亡方式——細胞焦亡，其形態學上同時具有壞死和凋亡的特征。細胞焦亡是一種由炎性半胱天冬酶介導的細胞死亡模式[10，11]。與凋亡細胞相似，焦亡細胞亦會出現細胞核濃縮、染色質DNA斷裂以及TUNEL染色陽性、Annexin V染色陽性等。細胞焦亡最主要的特點是能通過內源性或外源性刺激作用于炎癥小體，進而激活炎性半胱天冬酶，通過細胞結構變化和炎癥因子釋放，最終導致細胞死亡和炎癥反應。炎癥和焦亡是先天性免疫系統對病原體的關鍵反應，為避免其對宿主生物的過度損傷，通過激活炎性半胱天冬酶來調節細胞焦亡并釋放出炎性物質[12，13]。在遺傳性肥胖小鼠中，肝細胞中內質網應激可誘發NLRP3炎癥小體激活并介導細胞凋亡和細胞焦亡[14]。因此，炎癥小體激活后還能通過細胞焦亡參與機體炎癥反應。

2 NLRP3炎癥小體在肝纖維化中的作用

肝纖維化是一個涉及多種細胞和細胞因子的動態變化過程，炎癥反應是導致肝纖維化及大多數慢性肝臟疾病發病的常見原因。近年研究發現，NLRP3炎癥小體的激活是肝臟損傷和肝纖維化形成的關鍵分子機制[3]。NLRP3炎癥小體存在于各種內源性免疫細胞(如枯否細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞)以及非免疫細胞(如肝細胞、肝星狀細胞、內皮細胞和肌成纖維細胞)。肝臟內的細胞都能促進炎癥細胞活化，不同細胞中炎癥小體的活化機制尚未完全清楚。

2.1 NLRP3炎癥小體與肝星狀細胞 肝星狀細胞是細胞外基質的主要來源，在肝纖維化形成中具有關鍵性作用。當各種致病因素造成肝臟損傷時，肝星狀細胞被激活分化為肌成纖維樣細胞，該細胞具有可收縮性、促炎效應以及促纖維化等性質，可分泌細胞外基質的多種成分，如α平滑肌肌動蛋白、膠原蛋白等。研究表明，在肝星狀細胞中的NLRP3炎癥小體活化可導致α平滑肌肌動蛋白陽性細胞數量增加，而α平滑肌肌動蛋白陽性是肝星狀細胞活化的關鍵標志物，與肝纖維化的發展密切相關。此外，抑制NLRP3炎癥小體能減輕肝臟炎癥反應，降低膠原1和金屬蛋白酶組織抑制因子1蛋白表達。因此，NLRP3炎癥小體活化可激活肝星狀細胞，繼而導致肝纖維化發生、發展。

2.2 NLRP3炎癥小體與枯否細胞 枯否細胞是位于肝竇內的巨噬細胞，占肝臟所有非實質細胞的20%～35%，具有吞噬、抗原提呈及免疫調節等功能。枯否細胞能通過表達模式識別受體(如TLR)、甘露糖受體和NOD樣受體(如NLRs)來識別PAMPs、DAMPs。枯否細胞分泌的細胞因子可介導炎癥級聯反應，導致組織重塑和纖維化。枯否細胞還是ROS的重要來源，可促進肝星狀細胞活化以及膠原合成，繼而導致肝纖維化。用氯化釓阻斷KC功能，可顯著降低NLRP3炎癥小體的表達及其信號通路的激活，抑制甲硫氨酸和膽堿缺乏誘導的caspase-1活化以及肝纖維化的發展[15]。上述說明枯否細胞對炎癥小體的活化具有關鍵性作用。有研究還發現，LPS的主要配體TLR4通過LPS刺激枯否細胞釋放各種細胞因子，導致肝纖維化的發生；LPS還可在枯否細胞上結合TLR2，TLR2配體在枯否細胞中能增加NLRP3炎癥小體活化，從而誘導caspase-1活化并釋放IL-1α和IL-1β。說明枯否細胞在發揮防御作用的同時，可釋放多種化學介質介導肝臟損傷，在肝臟病理性改變中具有重要作用。

2.3 NLRP3炎癥小體與巨噬細胞 巨噬細胞在肝纖維化過程中具有雙向調控作用，這可能與其表型有關。根據巨噬細胞表型可分為經典活化M1型和替代活化M2型。M1型巨噬細胞具有促炎特征，如誘導型一氧化氮合酶的表達及TNF、IL-1β或ROS的分泌；而M2型巨噬細胞具有抗炎或促分解功能，如精氨酸酶1表達、IL-10分泌或高吞噬能力[16]。用IFN-γ刺激的M1型巨噬細胞能特異性誘導caspase-1、caspase-4表達，繼而激活NLRP3炎癥小體；在IL-4、IL-13極化的M2型巨噬細胞中，NLRP3炎癥小體不能被激活[17]。說明NLRP3炎癥小體活化與巨噬細胞分型密切有關。

2.4 NLRP3炎癥小體與還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOXs) NOXs在肝纖維化過程中具有重要作用。各種NOXs激動劑能刺激肝星狀細胞和肌成纖維樣細胞中促纖維化因子釋放，誘發肝纖維化；在細胞內還可直接攻擊細胞膜或蛋白質等造成氧化損傷或間接激活氧化還原信號途徑誘導肝細胞凋亡。NOXs作為ROS的主要供體，介導氧化應激和內質網損傷，分泌細胞因子、趨化因子，觸發KC和肝星狀細胞活化。肝纖維化患者NOX4表達升高，NOX4表達和ROS產生增加能激活NLRP3炎癥小體和肝星狀細胞活化，增加膠原蛋白產生，繼而加重肝纖維化[18]。因此，NOXs抑制劑能通過抑制NLRP3炎癥小體活化，發揮對肝纖維化的保護作用。

2.5 NLRP3炎癥小體與血管緊張素 腎素-血管緊張素-醛固酮系統是抗肝纖維化藥物的重要作用靶點。其中血管緊張素具有促氧化功能，是肝損傷或肝纖維化的重要介質。血管緊張素的主要成分為AngⅡ，可通過與AT1受體結合，激活下游多條信號通路，進而調控促肝纖維化的目標基因。近年研究發現，Ang(1-7)能通過抑制NLRP3炎性小體活化、減少膠原蛋白合成，對抗AngⅡ在肝纖維化中氧化還原作用，降低肝纖維化程度[19]。由此可見，在肝纖維化過程中，血管緊張素對NLRP3炎癥小體活化及對抗肝細胞的氧化還原能力等具有重要作用。

3 與NLRP3炎癥小體相關的抗肝纖維化策略

3.1 以NLRP3炎癥小體為靶向的策略 迄今為止，僅有極少數藥物能直接作用于炎癥小體，如MCC950。MCC950作為一種選擇性NLRP3炎癥小體活化的小分子抑制劑，能阻斷經典和非經典的NLRP3活化途徑[20]。近年研究發現，胞外高濃度的ATP能激活P2X7觸發NLRP3炎癥小體活化，而P2X7特異性抑制劑A438079能減弱四氯化碳誘導的肝纖維化小鼠肝細胞死亡和炎性浸潤[21]。因此，未來有必要以NLRP3炎癥小體及其胞質受體為靶向研究抗肝纖維化的藥物。

3.2 以IL-1受體為靶向的策略 IL-1β是NLRP3炎癥小體中研究最為廣泛的下游介質；其可劑量依賴性地促進肝星狀細胞增殖和轉分化。研究發現，在IL-1β或IL-1受體Ⅰ型敲除小鼠脂肪變性和肝纖維化程度明顯減輕，而IL-1R拮抗劑基因敲除小鼠會發生嚴重的脂肪變性和肝纖維化，其肝臟內IL-1β、TGF-β水平明顯升高[22]。因此，干擾IL-1信號通路是阻止NLRP3炎癥小體激活的方法之一，如重組IL-1受體拮抗劑(阿那白滯素)、人源化單克隆抗IL-1β抗體等。

3.3 半胱天冬酶抑制劑 程序性細胞死亡是造成肝損傷和肝纖維化的標志，其過程由許多半胱天冬酶參與。從小鼠分離的肝細胞經NLRP3炎癥小體活化，半胱天冬酶活性明顯增加，繼而誘發細胞焦亡，故用半胱天冬酶抑制劑可抑制肝細胞焦亡和肝纖維化[23，24]。未來通過半胱天冬酶抑制劑治療肝纖維化的應用前景將非常廣闊。

綜上所述，炎癥反應在肝纖維化過程中具有至關重要作用，當肝臟受到各種危險信號影響時，炎癥小體作為關鍵的調節及轉錄因子，誘導促炎因子的活化和釋放，引起肝臟損傷甚至肝纖維化。對炎癥小體活化通路的干預調控及炎癥小體的靶向抑制將有可能為肝纖維化的治療提供新方法。

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