NLRP3炎癥小體在急性心肌梗死相關細胞中作用的研究進展

高日峰 袁夢 楊恒 呂春雨 項海燕 楊崛圣 唐燕華

(南昌大學江西醫學院，江西 南昌 330006)

急性心肌梗死(AMI)是全球住院率和死亡率較為常見的原因之一〔1〕。目前AMI的治療策略主要集中在通過使用藥物溶解血栓和植入血管內支架來恢復冠狀動脈血流〔1,2〕。盡管再灌注治療策略能限制心臟損傷、減少梗死面積和改善心臟總體預后，但AMI患者仍然存在短期和長期的心力衰竭風險〔3〕。因此，AMI的治療策略應著重于預防不良心臟重塑和改善患者心肌梗死后的心力衰竭。

AMI后心臟的損傷會爆發大量的無菌性炎癥反應，包括去除細胞碎片、修復受損組織、傷口的疤痕生成及組織再生等作用〔4〕。炎癥不僅在去除細胞碎片和修復受傷組織方面發揮作用，而且還造成進一步的損傷〔5〕。Nod樣受體蛋白(NLRP3)炎癥小體是先天的免疫炎癥小體，但目前它已被證明可介導各種疾病中的有害炎癥〔6〕。NLRP3炎癥小體作為可促進Pro-半胱天冬酶(Caspase-1)向Caspase-1的轉化，進一步導致成熟白細胞介素(IL)-1β和IL-18的產生和分泌〔7〕。研究發現，組織損傷后巨噬細胞，單核細胞，樹突細胞(DC)和中性粒細胞等免疫和炎癥細胞經炎性刺激后易產生大量的NLRP3炎癥小體，然而在心臟組織中各種細胞中NLRP3的表達尚未研究清楚〔8,9〕。本文主要通過總結AMI相關細胞(心肌細胞、心臟成纖維細胞、血管內皮細胞及巨噬細胞) 與NLRP3炎癥小體之間的關系來探討NLRP3在AMI病變中的作用。

1 NLRP3炎癥小體與心肌細胞

AMI后冠脈缺血導致心肌細胞缺血缺氧死亡，進一步誘發心臟透壁梗死。NLRP3炎癥表達與AMI損傷的生理病理有關。炎癥損傷時早期突出表現的是NLRP3及IL-1β，特異性抑制IL-1β表達能有效預防心肌損傷。AMI后，損傷炎癥誘導NLRP3、無活性前體pro-IL-1β及Caspase-1特異性激活。心臟主要由心肌細胞(CMs)與心臟成纖維細胞(CFs)構成，然而，研究發現，AMI后CMs基本不參與心臟炎癥反應的表達〔10〕。

Kawaguchi等〔11〕發現，在用脂多糖(LPS)和Nil誘導炎癥反應發現，NLRP3炎癥復合物凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)在CMS穩定表達，而pro-IL-1β及IL-1β卻基本不在CMs表達，卻在CFs中檢測到高表達狀態。研究進一步發現在心肌梗死后缺血再灌注損傷模型建立中，細胞上清的IL-1β表達也主要位于CFs中。綜上，我們發現AMI后的心臟NLRP3的炎癥表達不發生在CMs中。

2 NLRP3炎癥小體與CFs

成年人心臟組織中，CFs占總CMs數的2/3，基礎研究也發現CFs分別占小鼠和大鼠心室總細胞的27%～50%，CFs可作為前哨細胞，感知損傷并激活炎性體分泌細胞因子和趨化因子〔12〕。在急性心梗后心肌愈合的增殖期間，梗死的成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，肌成纖維細胞是專業的傷口愈合細胞，其主動重塑細胞外基質，增加膠原蛋白的沉積，并最終導致組織纖維化。此外，肌成纖維形成應力纖維并表達收縮蛋白，進一步感知損傷并激活AMI后的炎癥，參與心肌梗死后心臟梗死修復及瘢痕形成〔11，13，14〕。

研究發現，AMI后的急性纖維化愈合和心力衰竭期間的長期進行性纖維化主要由CFs的無菌性炎癥導致，而CMs不會分泌高水平的IL-1β。CFs在炎癥表達上主要以核因子(NF)-κB依賴性方式響應特異性Toll樣受體(TLR)激動而增強NLRP3和IL-1β的mRNA表達。研究者用三磷酸腺苷(ATP)刺激的LPS誘導CFs炎癥損傷可導致NLRP3炎癥小體大量分泌，并以Caspase-1和NLRP3/ASC依賴性方式釋放IL-1β。 雖然NLRP3炎癥小體響應多種分子模式驅動炎癥，但是在CFs中主要在AMI期間上調〔15〕。此外，大量研究發現CFs在缺氧及LPS誘導下損傷導致NLRP3分泌，誘導Caspase-1激活，進一步導致IL-1β及IL-18分泌〔15,16〕。

綜上，在AMI愈合的早期階段，CFs變成促炎細胞，激活NLRP3炎性體并產生細胞因子，趨化因子和蛋白酶。促炎細胞因子(例如IL-1β及IL-18)延遲肌成纖維細胞轉化，直到將死細胞和基質碎片從心臟損傷中清除。此外，NLRP3炎癥小體的消退還與CFs遷移，增殖，基質蛋白質合成和肌成纖維細胞轉化有關。

3 NLRP3炎癥小體與血管內皮細胞(ECs)

AMI后，CMs釋放的DAMP可誘導ECs活化，導致ROS水平增強及促炎細胞因子分泌增加，介導白細胞和血小板結合的黏附分子的表達增強。ECs覆蓋血管的管腔表面并充當物理屏障的作用。心肌梗死后左心室表面的冠狀動脈阻塞，導致ECs炎性刺激，加速了免疫細胞的募集，隨后促進血管中的炎癥反應〔17〕。

Wilson等〔18〕研究發現人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)經LPS及缺氧刺激后，可持續表達Pro-Caspase-1，進一步促進炎癥因子IL-1β分泌。另有報道發現，AMI再灌注治療策略，異常血流的變化通過激活HUVECs炎性表達，上調炎癥小體NLRP3表達，進一步促進IL-1β及IL-18的等炎癥因子的分泌〔19〕。Mastrocola等〔20〕也發現當糖尿病大鼠經歷缺血再灌注(MI/R)后，ECs發生炎性損傷激活NLRP3炎癥小體，導致Caspase-1和IL-1β進一步增加。并且，HUVECs經腺病毒轉染后，腫瘤壞死因子(TNF)-α 預處理再加入ATP，IL-1β 水平亦明顯增加。AMI再灌注治療后，氧化應激水平可誘導HUVECs 中NLRP3炎癥小體活化，促進Caspase-1 及IL-1β 水平升高。研究者還發現，芒果苷可通過特異性抑制內皮細胞內氧化應激水平表達，降低內質網及線粒體相關氧化應激水平，進一步抑制硫氧還原蛋白-互作蛋白(TXNIP)表達，下調NLRP3炎癥小體及IL-1β的表達〔21〕。

綜上，AMI后，內皮細胞之間的緊密連接受損，導致冠狀動脈內皮滲漏和冠狀動脈微血管通透性功能障礙增加，并進一步加劇了NLRP3炎癥小體及IL-1β的表達，這是AMI后再灌注誘導的心肌細胞死亡的關鍵決定因素。

4 NLRP3炎癥小體與巨噬細胞

AMI后，骨髓和脾中產生的單核細胞分兩個階段募集到受損的心肌中。第一階段由Ly-6chigh炎性單核細胞(AMI后第3～4天達到峰值)支配，第二階段由抗炎性Ly-6clow單核細胞(MI后約第7天達到峰值)支配。緊接著，浸潤的單核細胞分化成巨噬細胞，清除AMI區的細胞碎片。隨后，巨噬細胞分泌的細胞因子，趨化因子和生長因子可促進IL-1β分泌并引起梗死區域的擴張，從而加劇不利的左心室(LV)重塑〔22〕。

體外研究〔16〕發現，AMI后，巨噬細胞發生炎癥刺激激活心肌內NLRP3-IL-1β信號通路，促進IL-1β分泌，誘導心肌進一步損傷，且AMI后的IL-1β的分泌主要在M1型巨噬細胞內。 Liu等〔23〕發現，鈣敏感受體(CaSR)/NLRP3炎癥小體通過磷脂酶C-三磷酸肌醇(PLC-IP3)途徑在M1型巨噬細胞中發揮重要作用，其促進大鼠AMI后心臟重塑，加速CFs表型轉換，增加膠原和細胞外基質(ECM)分泌。此外，Youm等〔24〕也發現，在人巨噬細胞中，NLRP3炎性小體的酮代謝物β-羥基丁酸酯(BHB)降低了IL-1β和IL-18的產生，BHB似乎通過抑制NLRP3誘導的ASC寡聚來阻斷炎癥體的活化。Fujisue等〔25〕發現秋水仙堿不僅減弱了狗MI模型中血液中的巨噬細胞數量，并且抑制促炎細胞因子和趨化因子的增加，而且還減弱MI后巨噬細胞內NLRP3炎性體組分(NLRP3，ASC，Caspase-1)的增加。

5 小 結

NLRP3炎癥小體及IL-1β 信號通路與AMI的發生發展密切相關，然而其炎癥因子的表達不發生在CMs內，而主要發生在CFs、ECs及巨噬細胞中。近年來，研究者們陸續發現了幾種NLRP3的抑制劑〔MCC950、BHBI型干擾素(IFN)及IFN-β〕，能夠特異性抑制NLRP3炎癥小體的合成，進一步減輕炎癥因子IL-18及IL-1β的表達，且van Hout等〔26〕也首次證明，在大型動物MI模型中通過特異性抑制NLRP3-炎性體減輕炎癥，能夠保留心臟功能并減少梗死面積。因此，我們認為特異性抑制NLRP3炎癥小體，有望成為AMI后新的藥物治療靶點。