NLRP3炎性小體在腎纖維化中的研究進展▲

袁 哲 李 均

(遵義醫科大學珠海校區中藥應用與基礎研究重點實驗室，廣東省珠海市 519100，電子郵箱：605358584@qq.com)

【提要】 腎纖維化是腎臟損傷不斷積累的結果，是各種腎臟病進展到終末期腎病的病理學基礎。炎癥參與腎纖維化的發生發展，而炎性小體在腎內激活后釋放促炎細胞因子可加速促進纖維化的形成。研究發現，核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(NLRP3)炎性小體在腎纖維化時表達增加。本文就NLRP3炎性小體在腎纖維化中的作用進行綜述。

腎纖維化是腎臟對多種致病因素(如炎癥、損傷、局部缺血、免疫應答等)產生的病理性修復反應，包括腎小球硬化和腎間質纖維化，是各種腎臟疾病進展到終末期腎病的共同途徑和主要病理學基礎，其特征是細胞外基質的異常沉積。腎間質纖維化發生機制涉及炎癥、氧化應激、凋亡、多種細胞因子作用等方面。研究表明，慢性持續性炎癥是慢性腎病進展的重要機制[1]。雖然內外因素導致的腎損傷引起的炎癥應答是機體的一種保護性機制，但持續存在的炎癥會成為有害因素，促進腎間質纖維化的形成。近年來，隨著對炎性小體研究的不斷加深，其在調節炎癥反應及腎纖維化中的作用也越來越受到人們的重視。炎性小體是由Nod樣受體家族蛋白與 PYHIN家族蛋白組成的細胞質多蛋白復合物，能被多種病原相關分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)或損傷相關分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMP)激活，在先天免疫反應中起重要作用。研究表明，抑制核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like protein 3，NLRP3)炎性小體的表達可以減少腎纖維化，對腎臟起到保護作用[2]。本文就NLRP3炎性小體在腎纖維化中的作用進行綜述。

1 NLRP3炎性小體的結構與激活

1.1 NLRP3炎性小體的結構 先天免疫系統是識別感染并啟動病原體清除和組織修復過程的第一道防線，而炎性小體是參與先天免疫過程中最重要的復合物之一，其種類較多，NLRP3炎性小體是當前研究的熱點。NLRP3炎性小體由3部分組成：感受器為NLRP3受體分子，銜接子為含半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase) 寡聚結構域的凋亡相關斑點樣蛋白[apoptosis-associated speck-like protein containing Caspase recruitment domain(CARD)，ASC]，效應蛋白為Caspase-1。NLRP3受體分子是一種3聯蛋白，其含有氨基末端熱蛋白結構域(pyrin domain，PYD)、中心核苷酸結合寡聚化結構域(nucleotide-binding oligomerization domain，NACHT)和羧基末端富含亮氨酸的重復結構域(leucine-rich repeat domain，LRR)。NACHT結構域具有對NLRP3受體分子自身結合和功能至關重要的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)酶活性，而LRR結構域被認為可通過折回到NACHT結構域誘導自身抑制。ASC具有氨基末端PYD和羧基末端CARD兩個蛋白質相互作用的結構域[3]。

1.2 NLRP3炎性小體的激活 當NLRP3受體分子受到外源性或內源性刺激物激活后，通過PYD與ASC 的相互作用，ASC的CARD結構域可募集半胱天冬酶-1前體(pro-Caspase-1)的結構域，形成NLRP3-ASC-pro-Caspase-1復合物，即NLRP3炎性小體，然后pro-Caspase-1 被剪切為有活性的 Caspase-1，Caspase-1分別將白細胞介素1β前體(pro-interleukin 1β，pro-IL-1β)和白細胞介素18前體(pro-interleukin 18，pro-IL-18)切割成成熟的白細胞介素(interleukin，IL)-1β及IL-18，從而建立免疫應答[4]。至少有兩種信號是NLRP3炎性小體激活所必需的：信號1由Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)或細胞因子如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)識別的微生物配體介導，激活核因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)途徑，引起pro-IL-1β和NLRP3蛋白水平的上調；信號2由各種PAMP和DAMP刺激介導，并促進ASC和pro-Caspase-1的組裝，誘導NLRP3炎性小體的活化[5]。迄今為止，NLRP3炎性小體激活的確切機制仍未完全明確，但有3種機制得到學者的普遍認可[6]：(1)細胞內鉀離子濃度降低。當細胞膜上的嘌呤能受體P2X7被細胞外的ATP激活后，導致細胞內的鉀離子外流、半通道蛋白Pannexin-1聚集，并使細胞膜上相應通道開放，細胞外炎性小體的活化信號隨之進入細胞內，進而活化NLRP3炎性小體。(2)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產生。大多數NLRP3炎性小體激活劑可以在不同類型的細胞中誘導線粒體ROS的產生，而ROS抑制劑可消除許多在刺激誘導下NLRP3炎性小體的激活。(3)溶酶體破裂導致組織蛋白酶B釋放。當一些顆粒物質或病原體等被細胞吞噬后，引起細胞內的溶酶體膜破裂，釋放組織蛋白酶B從而激活炎性小體。

2 NLRP3炎性小體在腎纖維化中的激活與調節

2.1 NLRP3炎性小體在腎纖維化中的激活 腎纖維化是各種腎損傷的最終共同途徑，研究表明，NLRP3炎性小體在各種慢性腎病中均被激活[2]。El-Deeb等[7]通過觀察15名健康受試者及80名2～4期慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的患者發現，CKD患者中Smad和NLRP3 mRNA的表達顯著上調，血清轉化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)和IL-1β的水平明顯上升，提示NLRP3炎性小體在CKD患者中被激活。在經典的腎纖維化單側輸尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction，UUO)小鼠模型中，NLRP3炎性小體、ASC、Caspase-1、IL-1β水平明顯增加[8]。而在NLRP3基因敲除糖尿病腎病小鼠模型中，腎臟炎癥及纖維化可被部分抑制，說明NLRP3炎性小體的促炎作用可能促進了腎纖維化[9-10]。

尿酸性腎病是導致慢性腎臟病的常見病因之一，高尿酸可誘導腎纖維化，在高尿酸大鼠模型中可以觀察到腎臟上皮-間質轉化，同時發現腎臟上皮細胞NLRP3/ASC表達上調，而別嘌醇的干預可以減少尿酸促進ASC和pro-Caspase-1組裝、誘導NLRP3炎性小體復合物的活化生成的作用，從而改善腎纖維化程度[11-13]。

在高血壓腎病小鼠模型中，炎性小體亞單位(NLRP3、ASC、pro-Caspase-1)及炎癥/損傷標志物(pro-IL-1β、pro-IL-18)在腎臟的表達均增加，NLRP3活性抑制劑MCC950的介入可有效減少上述因子的表達，同時降低血壓及蛋白尿，減輕腎纖維化[14]。血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ)在高血壓及慢性腎病的相互作用中有著重要地位。研究發現，Ang Ⅱ可誘導NLRP3炎性小體的激活，而NLRP3的缺失可改善足細胞的凋亡[15-16]。目前Ang Ⅱ激活NLRP3炎性小體的機制仍未明確，可能與溶酶體膜破裂釋放組織蛋白酶B有關[17]。

蛋白尿不僅是腎臟疾病的常見標志物，還涉及腎間質炎癥和纖維化，也被認為是NLRP3炎性小體的另一激活劑。在阿奇霉素腎病大鼠模型中，長期暴露于高蛋白濃度的近端腎小管上皮細胞中NLRP3途徑被激活，其強度與淋巴細胞浸潤的密度呈正相關[18]。在蛋白負荷腎病大鼠中，可觀察到暴露于白蛋白的腎小管上皮細胞中NLRP3途徑被激活，并且發現腎小管上皮細胞中溶酶體的破裂及相應組織蛋白酶B的釋放，而組織蛋白酶B抑制劑可抑制腎小管上皮細胞中NLRP3的信號[19]。還有研究發現，近端腎小管上皮細胞中IL-1β或IL-18的表達與蛋白尿明顯相關，而在血管緊張素轉化酶抑制劑藥物依那普利的干預下，NLRP3炎性小體及其相應亞單位的表達減少[20]。

2.2 NLRP3炎性小體在腎纖維化中的調節 自噬是一種高度保守的細胞降解和再循環過程，可調節細胞的死亡與增殖，以往的研究表明，自噬在腎纖維化中具有保護作用[21]。在UUO小鼠模型中條件性敲除遠端腎小管上皮細胞中自噬相關蛋白7基因，可促進TGF-β/Smad4途徑及NLRP3炎性小體的激活，加重腎間質纖維化[22]。研究發現，自噬功能的下調會抑制NLRP3炎性小體-Caspase-1-IL-1β途徑，增加細胞的凋亡，提示自噬可通過調節TGF-β/Smad4途徑以及NLRP3炎性小體在腎間質纖維化中起保護作用[23]。在敲除NLRP3基因的UUO小鼠中，相對于基線時，自噬功能上調，腎纖維化水平較低，說明自噬與NLRP3炎性小體的相互作用可能并非上下游關系[24]。此外，有研究表明，威草膠囊在尿酸性腎病大鼠中以濃度依賴性的方式發揮抗炎和抗纖維化作用，其機制可能是通過誘導自噬并增加NLRP3炎性小體的降解[12]。

氧化應激產生ROS是眾多疾病發生的病理生理基礎，在腎纖維化中ROS與NLRP3炎性小體的激活與調節同樣密切相關。缺氧可誘導NLRP3炎性小體的增加，NLRP3基因敲除的腎小管細胞在缺氧條件下ROS的產生減少，ROS的抑制劑可下調NLRP3的表達，減輕腎纖維化，說明氧化應激及ROS的產生與NLRP3炎性小體的形成相互作用、相互促進[24-25]。此外，腎臟中高水平的ROS與IgA腎病的進展有關，應用抗氧化物環己烯酮可通過促進IgA腎病小鼠中核因子E2相關因子(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)抗氧化途徑減少ROS的產生，同時抑制NLRP3炎性小體的活化[26]。但在另一項研究發現，Nrf2缺陷UUO小鼠的NLRP3炎性小體的激活減少，腎纖維化程度降低[27]。因此，氧化應激在NLRP3炎性小體中的調控機制有待更進一步研究。

近年來，研究發現在UUO小鼠模型中，腎小管上皮細胞總NLRP3在缺氧期間顯著增加，且不依賴于ASC、Caspase-1和IL-1β，提示NLRP3具有非炎癥依賴性功能[24]。在一項關于鈣質沉著相關的慢性腎病的研究中，缺乏NLRP3和ASC的小鼠未能發展成腎鈣質沉著癥，同時應用NLRP3抑制劑干預的小鼠也免于腎鈣質沉著癥，但應用IL-1抑制劑卻沒有這樣的作用，證明了NLRP3具有IL-1非依賴性功能[28]。當然，腎纖維化中NLRP3炎性小體的激活和調節是多方面的綜合作用，互為因果，相互促進，除了以上所述，經典的TGF-β/Smad途徑、TLR、Notch信號通路等都可能參與其中，需要更進一步的研究以提供新的思路。

3 以NLRP3炎性小體為靶點干預腎纖維化

研究表明，多種藥物可以作用于NLRP3炎性小體進而改善腎纖維化。降糖藥二肽基肽酶4抑制劑中的吉格列汀能通過減弱NLRP3炎性小體的激活，從而改善UUO誘導的腎纖維化[8]。在阿奇霉素腎病大鼠模型中也顯示了DPP-4可抑制NLRP3炎性小體的活性，從而減輕了腎間質纖維化[29]。黃嘌呤氧化酶抑制劑別嘌呤醇通過減少NLRP3炎性小體的激活劑尿酸及ROS，從而下調CKD大鼠模型中NLRP3炎性小體的活化，延緩CKD的進展[11]。多項研究表明，NLRP3基因的敲除可抑制多種腎病模型中的腎纖維化[9，10，30]。近年來，中藥及其有效成分在慢性腎病治療中的作用受到越來越多的關注。黃葵膠囊作為現代抗炎中成藥，目前已廣泛應用于糖尿病腎病的臨床治療，研究表明，它可以通過抑制腎臟中NLRP3炎性小體的激活來減輕腎小管上皮-間質的轉化以延緩腎纖維化的進展[31]。抗瘧疾藥物青蒿素可通過下調NF-κB/ NLRP3信號通路，減弱腎小管間質炎癥和纖維化[15]。淫羊藿苷是一種來自中草藥淫羊藿的黃酮類化合物，具有抗炎作用，研究證明，它可以通過抑制NF-κB介導的NLRP3炎性小體的激活來改善IgA腎病大鼠的腎損傷[32]。當歸補血湯是中藥補益劑中的常用方劑，具有補氣生血之功效，在UUO大鼠模型中通過抑制NLRP3炎性小體的表達和減少IL-1β的分泌顯著減少了腎小管間質損傷以及間質膠原沉積[33]。而另一溫陽利水的方劑真武湯，可下調膜性腎病大鼠模型中NLRP3炎性小體及其亞單位的表達，同時抑制了NF-κB通路，減輕腎臟損害[34]。目前，NLRP3炎性小體特異性抑制劑已應用于實驗研究。其中，MCC950可有效降低高血壓腎病小鼠模型的腎臟炎癥、纖維化和高血壓[14，35]。

4 結 語

在不同病因所致腎損傷中，NLRP3炎性小體的激活均可介導炎癥參與腎纖維化的發生發展，而抑制NLRP3炎性小體的活化或可通過減少ROS的產生、增加細胞自噬等調控途徑影響NLRP3炎性小體的生成，減輕腎臟炎癥，緩解腎纖維化。目前已經為NLRP3炎性小體研發了多種特異性抑制劑，但作為先天免疫系統的重要組成部分，其激活對機體的防御反應具有積極作用，因此，NLRP3炎性小體的靶向治療及其應用時機有待更深入的研究。此外，盡管NLRP3炎性小體已成為近年來的研究熱點，但其激活和調節的確切機制尚未完全明確，需要進一步的研究加以闡明，從而為腎纖維化的治療提供新的可能。