NLRP3炎癥體在缺血再灌注損傷中的相關研究

吳文軍 賴應龍

【摘 要】缺血再灌注損傷（IRI）是導致多種疾病發生甚至死亡的主要原因。近年來，越來越多的研究表明，先天免疫通過模式識別受體（PRRs）在缺血再灌注損傷中發揮著關鍵的作用[1]。其中NLRP3炎性小體作為重要的PRRs參與了缺血再灌注的炎性損傷，進而導致組織損傷。目前它已被證明可導致各種疾病的炎癥損傷。該文將介紹NLRP3炎癥體在主要臟器IRI的相關研究。

【關鍵詞】缺血再灌注損傷;炎性小體;NLRP3

【中圖分類號】R363 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-6851（2020）12--01

1 炎癥小體概述

炎癥小體是由核苷酸劑結合寡聚化結構域樣受體（NLRs）家族組成的一種多蛋白水解復合物。由NLRs組成的炎癥小體可分為4種，分別為NLRP1、NLRP3、 NLRC4和AIM2炎癥小體。近年來，有研究表明炎性小體的活化在炎癥反應過程中起著非常重要的作用。其中，NLRP3是目前被證實參與炎癥通路最多的炎癥小體。

1.1 NLRP3炎癥小體

NLRP3炎癥小體是近幾年研究最為廣泛的活化炎癥小體，由NLRP3受體、凋亡相關微粒蛋白（ASC）及效應蛋白半胱天冬酶-1（caspase-1）前體組成。當NLRP3炎癥小體活化后，可通過絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子κB（NF-κB）信號通路裂解前體caspase-1為成熟的caspase-1，進而裂解下游的前體白細胞介素1β、白細胞介素18為成熟的IL-1B與IL-18，引起一系列炎癥的病理生理過程的發生。

1.2 NLRP3炎癥小體激活

NLRP3炎性小體主要通過炎癥刺激，激活后存在于免疫和炎癥細胞中。NLRP3炎性體的活化存在兩個步驟，第一步涉及引發或啟動信號，其中許多病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）被細胞膜上的Toll樣受體（TLR）識別，從而導致NF-κB介導的信號傳導被激活，繼而上調了炎性體相關成分的轉錄，包括未激活NLRP3，proIL-1β和proIL-18。第二步是NLRP3的寡聚化，然后將NLRP3，ASC和procaspase-1組裝成復合物。這會觸發procaspase-1向caspase-1的轉化，以及成熟IL-1β和IL-18的產生和分泌。

1.3NLRP3炎癥小體抑制劑

最近，一些研究表明，NLRP3炎性小體參與細胞損傷并介導無菌組織損傷的炎癥反應。更重要的是，在多種水平上阻斷或抑制NLRP3炎性小體，例如其表達，組裝和活性，可能為挽救缺血再灌注提供實質性希望。目前治療NLRP3相關疾病主要是針對產物IL-1β的抑制，而且IL-1β受體拮抗劑在臨床上已經取得了很好的效果，由于IL-1β抑制存在許多限制，NLRP3炎癥小體抑制劑成為治療NLRP3 相關疾病的新思路，并且已經取得了很好的效果，在相關疾病動物模型上表現出良好的預防或治療效果，可以成為治療NLRP3相關疾病的候選藥物[2]。

2 NLRP3炎癥體參與臟器的缺血再灌注

2.1 NLRP3炎癥體參與腦缺血再灌注

缺血性卒中是卒中最常見的形式，約占所有卒中的80%。相關研究表明NLRP3炎癥小體的激活可誘導細胞焦亡的發生，并且細胞焦亡與腦缺血再灌注損傷密切相關。Hong等[3]2018年通過體內外實驗顯示MCC950（特異性分子NLRP3抑制劑）組腦缺血再灌注后24h的神經功能缺損評分降低，并提高糖尿病小鼠腦缺血再灌注損傷的28天生存率。此外，還發現腦缺血再灌注損傷的糖尿病小鼠核心缺血區NLRP3，IL-1β和caspase-1的mRNA表達水平顯著增加，而MCC950預處理后這種現象明顯減弱。證實了NLRP3炎癥通路參與腦缺血再灌注，并通過對NLRP3炎癥體的抑制減輕了腦損傷，得到更好的腦保護。

2.2 NLRP3炎癥體參與肺缺血再灌注

肺缺血再灌注損傷最常見于心臟體外循環術后。Wang等[4]通過用或不用臭氧（OzoneOP）處理大鼠，經過1小時的肺缺血，然后再灌注2 h，持續10天。實驗結果顯示，假手術組僅輕度肺損傷。然而，I/R 組的所有大鼠均出現明顯的水腫、出血和肺泡空間完整性喪失表現出嚴重的肺損傷。 但是，與I/R組相比，臭氧預處理組在I/R引起的肺部病理學改變中顯示出明顯的減弱。而且，與對照大鼠相比，臭氧處理的大鼠中 Nrf2 蛋白的水平增加。此外，與假手術大鼠相比，接受I/R組的大鼠中NLRP3、ASC、procaspase-1、caspase-1和IL-1β蛋白的水平顯著增加。 但是，與I/R 組相比，OzoneOP 組蛋白水平降低。 此實驗證實了PIRI 觸發了 NLRP3 炎性小體的激活，NLRP3炎性體的激活導致caspase-1激活，導致促炎細胞因 IL-1 的成熟和分泌。臭氧療法顯著降低了大鼠肺中這些蛋白質的水平，并改善了PIRI引起的肺形態變化。

2.3NLRP3炎癥體參與肝臟缺血再灌注

肝移植術、肝部分切除術、上消化道大出血以及在器官移植前的冷保存過程中肝臟缺血再灌注損傷是不可避免的問題。2015年，Kim等[5]通過體內外實驗研究發現，在缺血小鼠中，ASC、NLRP3、IL-1β蛋白在缺血后1h表達水平增加，在缺血后6h顯著升高。此外，在再灌注1h后ASC、NLRP3蛋白有上升趨勢，并在6 h時顯著升高。抑制組用三氯化釓（GdCl3）處理可減輕再灌注后6h血清的IL-1β蛋白質水平的升高。NLRP3炎性小體的激活在HIRI誘導的肝細胞損傷中起重要作用，而三氯化釓減弱了HIRI誘導的炎癥小體活化和肝損傷。得出結論HIRI可引起NLRP3表達增加，通過抑制NLRP3的表達后，HIRI的程度相對減輕。

2.4 NLRP3炎癥體參與心肌缺血再灌注

心肌缺血再灌注損傷常常會引起心肌組織損傷和功能障礙，導致心肌收縮力降低。Toldo等[6]在小鼠心臟I/R模型研究中發現，在缺血再灌注后1、3、24h小鼠心肌梗死面積逐漸增加，而且NLRP3表達量同樣明顯升高，腹腔注射NLRP3炎性體抑制劑能夠減少缺血再灌注24h后的梗死面積。ASC-/-和caspase-1-/-小鼠心肌經歷I/R后，炎性反應程度較WT組明顯減輕，炎癥細胞浸潤和炎性表達產物減少，心肌細胞損傷以及心肌重塑明顯減輕。證實NLRP3炎癥小體抑制劑可明顯減輕再灌注過程中心肌組織的炎癥反應和損傷，提高心肌收縮功能。

2.4 NLRP3炎癥體參與腎臟缺血再灌注

急性缺血性腎損傷是AKI的主要原因，臨床上以缺血再灌注腎損傷多見。腎臟的血液循環十分豐富，所以腎臟對缺血比較敏感。2018年MeiBo等[7]通過建立犬腎上腺缺血再灌注模型，在早期炎癥反應期間，CPB 組的腎上腺淋巴細胞和中性粒細胞浸潤很明顯?；罨牧馨图毎椭行粤＜毎置贗L-1β、IL-6和TNF-a。此外，在CPB 組的腎上腺中，NLRP3mRNA和NLRP3 以及IL-1β蛋白高表達。證實了NLRP3炎癥通路參與了腎上腺IRI。

Mathison JC等[8]通過體內外實驗得出，WT小鼠和NLRP3缺乏組小鼠之間觀察到NLRP3缺乏組小鼠腎小管壞死的顯著減少，且IL-18和IL-1β的產生顯著少于WT小鼠。而WT小鼠與ASC缺乏組小鼠差異無統計學意義。進而證實了NLRP3缺乏提供了比與NLRP3缺乏組協同形成炎癥小體的ASC缺乏更好的腎臟保護作用。同時也證實了NLRP3可以獨立于炎癥小體發出信號，因此沒有通過caspase-1的缺失來保護腎臟IRI。這一事實證實了NLRP3對炎癥細胞因子的產生是必需的。此研究繼續使用IL-1受體拮抗劑（IL-1ra）對野生型小鼠進行了預處理。研究結果證實，與用IL-1Ra Anakinra處理的WT小鼠相比，未操作的WT小鼠的腎臟IRI后肌酐水平無顯著差異。比較和對比了大量的Anakinra劑量，以及任何測試劑量的Anakinra均未提供腎臟保護作用。與未操作的WT小鼠相比，注意到IL-1R缺乏組小鼠的腎損傷略有減少，但無統計學意義。我們得出的結論是，NLRP3通過對腎小管上皮的直接作用而有助于腎臟IRI，并且這種作用獨立于炎癥小體誘導的促炎細胞因子的產生。IL-1和IL-18的阻滯作用對腎損傷反應無明顯影響。

3 總結與展望

缺血再灌注損傷已被證實發生在多個重要器官的損傷中，相關臟器的損傷嚴重影響到患者疾病的預后及生活質量。而NLRP3炎性小體的激活在相關臟器缺血再灌注損傷中，起著至關重要的作用。對于臨床醫師，如何預防及減少缺血再灌注損傷，是一項重大挑戰。從前文的總結，我們大致了解了NLRP3炎性通路的激活方式及作用特點。NLRP3抑制劑是目前比較熱門的治療方式，且在動物實驗上取得了較好的效果。所以NLRP3抑制劑的進一步研究并投入臨床使用，這將是減少缺血再灌注損傷的重要方式。目前某些重要器官的NLRP3炎性通路研究尚不完整，有待進一步研究。且相關NLRP3抑制劑靶受體的選擇及治療效果有待進一步證實。

參考文獻

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