NLRP3炎癥小體在動脈粥樣硬化中的作用研究進展*

解 靜，程 琦，劉昳佳，高 杉，于春泉

（天津中醫藥大學，天津 301617）

自2002年Tschopp團隊首次發現炎性小體[1]以來，其在固有免疫中的作用逐漸引起學者們的廣泛關注。炎性小體是一種可在固有免疫細胞和組織中表達的多蛋白復合物，由不同的受體蛋白和作為接頭蛋白的凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）、作為效應蛋白的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水平酶-1（Caspase-1）共同組成。目前研究較為深入的炎性小體主要有核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白1（NLRP1）、NOD 樣受體蛋白結構 域 3（NLRP3）、NLRC4（又稱為 IPAF）和黑素瘤缺乏因子 2（AIM2）4種亞型[2]；根據受體蛋白不同，又可將其分為核酸結合的寡聚化結構域樣受體（NLR）家族和PYHIN家族[3]。NLRP3炎癥小體即是NLR家族中的典型代表，也是目前研究最為深入的一種[4]，主要由中心核苷酸結合寡聚化結構域（NACHT）、C端富含亮氨酸重復結構域（LRRs）和N端熱蛋白結構域（PYD）3部分構成。

動脈粥樣硬化（AS）是冠心病、腦梗死及外周血管病的主要成因，常累及大、中動脈，并以脂質沉積和炎癥反應為特征。病變一旦發展到阻塞動脈腔的情況，則該動脈所供應的組織或器官出現局部缺血或壞死的表現，影響患者生活質量[5]。AS斑塊的形成通常涉及內皮功能障礙和其他復雜病理過程，但具體機制尚不完全清楚[6]。近年來研究顯示，作為炎性小體核心的NLRP3，其活化及活性調節在AS進程中具有重要的生理病理學意義[7]。

1 NLRP3炎癥小體及其激活途徑

1.1 NLRP3炎癥小體的概念 NLRP3炎癥小體作為NLR家族成員之一，是一種進化高度保守的胞質受體家族，由NLR家族蛋白、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1前體（pro-Caspase-1）和ASC 3部分組成；目前對其參與的機制研究主要包括細胞焦亡、線粒體自噬、炎癥反應和先天性免疫應答反應等，涉及 NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRP6 和 NLRP12在內的多個成員，其中NLRP3主要由髓系細胞表達，是最具特征的炎性小體[8]。

典型的NLRP3炎癥小體是一種胞內蛋白復合物，由NLRP3支架、ASC和pro-Caspase-1組成，其中間是NOD結構域，能介導自身寡聚化反應，N端是PYD或Caspase寡級結構域（CARD），可介導下游信號轉導，C端為LRR，用于識別配體[9]。生理狀態下，NLRP3炎癥小體的促炎反應是機體的保護性機制，維持NLRP3炎癥小體活化穩態對于防治炎癥相關性疾病具有重要意義[10]；但在病理條件下，NLRP3炎癥小體被各種因素過度激活，在多種與炎性相關的AS發展中起到重要的促炎調控作用[11-12]。

1.2 NLRP3炎癥小體的激活途徑 NLRP3炎癥小體在細胞靜息狀態下，受到熱休克蛋白90（HSP90）調控處于自身抑制狀態，其表達量遠低于具有生物學活性的活化細胞。NLRP3炎癥小體的激活需依賴兩個獨立但平行的信號，即啟動和激活。

第1個信號也稱為啟動信號，是由激活的Toll樣受體（TLRs）通過髓樣分化因子（MyD88）接頭分子活化單核/巨噬細胞內的核因子-κB（NF-κB）等多種轉錄因子，經模式識別受體途徑識別病原微生物攜帶的病原相關分子模式（PAMP）或損傷相關分子模式（DAMP），進而激活NLRP3以及pro-IL-1β和pro-IL-18的轉錄，這為后續產生在AS相關疾病中具有重要的致AS作用的、具有活性的白細胞介素-1β（IL-1β）和白細胞介素-18（IL-18）提供必要基礎[13]。

第2個信號是Caspase-1的激活。Caspase-1作為一種蛋白酶，可切割pro-IL-1β和pro-IL-18，使其轉化為具有生物學活性的IL-1β和IL-18，并被細胞釋放出來。Caspase-1的激活主要受NLRP3活化調控。目前NLRP3炎癥小體的激活機制尚不清楚，較為可信的主要有鉀離子外流、溶酶體破壞、鈣離子內流和活性氧分泌4種假說。其中，嘌呤受體P2X7（P2X7R）作為一種在體內廣泛分布的三磷酸腺苷（ATP）門控離子通道蛋白，可廣泛表達于腎、腦、心、肝等多個組織以及巨噬細胞、肥大細胞、淋巴細胞等多個細胞系中，當P2X7R被其配體ATP激活后，可使離子通道開放，促進Ca2+、Na+內流以及K+外流，介導NLRP3、NF-κB等一系列細胞信號轉導，P2X7R是當前研究較為明確的細胞因子之一[14]。激活后的NLRP3通過ASC募集Caspase-1，形成具有活性的NLRP3炎癥小體復合物，并促使IL-1β、IL-18等細胞因子的成熟和分泌。NLRP3作為當前研究最受關注的炎性小體，已被證實在呼吸系統、循環系統、消化系統和內分泌系統等多系統疾病的炎癥反應和免疫調節中起重要作用[15-19]。

2 NLRP3炎癥小體在AS中的作用

AS的發生發展主要累及主動脈、冠狀動脈、頸動脈、顱內動脈和腎動脈等大、中動脈，病變歷經血管炎癥、內皮損傷、脂質和膽固醇蓄積以及血栓形成等多個階段。作為炎癥的啟動者，炎性小體是天然免疫與獲得性免疫的橋梁，NLRP3則是炎性小體的核心。目前，學者們在NLRP3炎癥小體與AS的作用關系研究中主要集中在冠狀動脈粥樣硬化、顱內動脈粥樣硬化（ICAS）和2型糖尿病（T2DM）等難治性和高發性疾病，因此，本文對NLRP3炎癥小體在上述疾病中的作用進行重點探討。

2.1 NLRP3炎癥小體在冠狀動脈粥樣硬化中的作用 AS作為心血管疾病發生發展中的重要環節，可誘導血栓形成或動脈狹窄，引發心肌缺血（再灌注）、冠心病、心肌梗死、心肌梗死后重塑等，是誘發心血管疾病死亡的首要因素[20]。NLRP3炎癥小體作為“免疫-炎癥”反應的橋梁，在非感染性炎癥疾病中發揮重要作用，成為現階段對心血管疾病相關作用機制研究的熱點內容[21-24]。目前，NLRP3炎癥小體在心血管疾病中的AS調控作用機制尚不完全清楚，但研究表明，其作用主要與膽固醇結晶和（或）鈣離子磷酸化、下游因子（如Caspase-1、IL-1β、IL-18等）表達、內皮細胞損傷相關[25]。

膽固醇晶體是一種內源性分子，可通過與中性粒細胞的相互作用激活NLRP3炎癥小體，導致冠狀動脈粥樣硬化等無菌炎癥[26]。研究表明[27-28]，這種激活模式主要出現在飲食誘導的AS早期，幾乎與皮下免疫細胞同時出現。巨噬細胞通過CD36受體內吞膽固醇晶體進入細胞，并通過溶酶體損傷以降低溶酶體膜的穩定性，隨后組蛋白B由溶酶體釋放到細胞質，從而激活NLRP3炎癥小體[27]。

NLRP3的下游因子Caspase-1是一種誘導IL-1β和IL-18成熟的蛋白酶，研究表明，敲除Caspase-1基因可抑制ApoE-/-小鼠的AS病變，顯著減少斑塊面積[29-30]。IL-1β是一種經典的炎性因子，IL-18則是冠心病發生的獨立危險因子，是通過誘導干擾素-γ（IFN-γ）生成的促炎因子[31]。上述兩種細胞因子在冠狀動脈粥樣硬化相關的免疫與炎癥反應中發揮作用的機制主要是誘導血管平滑肌細胞遷移和增殖、刺激血管內皮細胞增生、促進泡沫細胞形成等[32-33]。此外，IL-1β還可增強免疫反應及免疫調節、上調CD40及其配體的表達、誘導動脈血栓形成[34]；IL-18則可激活血管壁細胞IL-1β、白細胞介素-8（IL-8）等細胞因子、促進單核/巨噬細胞分泌的基質金屬蛋白酶表達，以增加動脈粥樣斑塊的不穩定性，促進易損斑塊的形成與破裂[35-36]。

研究表明，血管內皮損傷通過促進衰老損傷后細胞凋亡、降低細胞增殖率、增加炎癥蛋白密度等病變，參與冠狀動脈粥樣硬化的形成[37-39]。Huang等[40]在冠心病大鼠模型研究中首先提出，microRNA-22（miR-22）可降低細胞凋亡率，提高細胞活性，減輕血管內皮損傷，進而揭示了miR-22通過抑制NLRP3炎癥途徑，降低促炎細胞因子水平，達到保護模型大鼠的血管內皮，抑制冠心病發展進程的作用。

2.2 NLRP3炎癥小體在ICAS中的作用 ICAS是腦血管疾病中最常見的血管病變，也是全世界導致腦卒中的最常見病因之一[41-42]。由中國卒中學會、中國卒中學會神經介入分會、中華預防醫學會卒中預防與控制專業委員會共同頒布的《癥狀性顱內動脈粥樣硬化性狹窄血管內治療中國專家共識2018》中明確指出[43]，ICAS及狹窄是導致中國缺血性腦卒中的主要病因，顱內動脈狹窄程度為50%～69%的患者年卒中發生率為6%，而狹窄程度為70%～99%的患者年卒中發生率則高達19%。研究發現[44-45]，ICAS的進展與吸煙、高血壓、糖尿病等危險因素密切相關，并涉及氧化應激、血管內皮損傷、興奮性毒性損傷、炎癥反應、凋亡等多機制研究。炎癥反應貫穿AS的各個階段，介導了ICAS（尤其是缺血性腦卒中）的發生與發展[45-46]，而炎性小體作為炎癥反應的關鍵介質，已被證實廣泛表達于缺血性腦組織的神經元、小膠質細胞、星形膠質細胞和血管內皮細胞中，其中NLRP3炎癥小體主要在小膠質細胞和內皮細胞中發揮作用[47]。

各種原因導致缺血性腦卒中時，可使能量供應不足，Na+-K+-ATP酶活性降低，鉀離子通道開放，胞內K+外流，進而介導NLRP3炎癥小體的激活，發生自身寡聚化，形成NLRP3炎癥復合體，并促使IL-1β、IL-18等促炎因子的成熟和釋放[48-49]。Weber等[50]進一步研究發現，上述炎癥級聯反應分泌的IL-1β、IL-18等細胞因子可通過激活NF-κB信號轉導通路，誘發腦神經炎。Yang等[51]在對缺血性腦損傷小鼠進行NADPH氧化酶2（NOX2）基因敲除后發現，內皮細胞和小膠質細胞中的NLRP3炎癥小體表達受到抑制，表明NLRP3炎癥小體的活化也與腦缺血狀態下活性氧（ROS）的生成相關。

2.3 NLRP3炎癥小體在T2DM中的作用 T2DM是一種最常見的慢性代謝性疾病，被世界衛生組織列為四大非傳染性疾病之一[52]，特點是胰島素抵抗或胰島素敏感性降低導致的血糖水平異常升高[53]。本病是高血糖和代謝紊亂長期相互作用所引起的慢性血管病變，炎癥反應亦貫穿始終[54]。發病初期，AS的發生機制為餐后血糖升高，損傷血管內皮細胞，血管異常收縮，內皮通透性增加，血小板聚集，炎性因子釋放，低密度脂蛋白（LDL）轉移至內膜，形成血栓，從而導致炎癥反應[55]。長期的低度炎癥狀態，使大量炎性因子長期浸潤，這也同時大大增加了心腦血管疾病發生的可能。因此，促炎因子和炎性細胞是診斷和預測AS的標志物，對本病的防治工作當重在并發癥[56]。

如前所述，機體發生AS炎癥反應時，NLRP3炎癥小體可促進IL-1β和IL-18的生成。進一步研究顯示[57]，長期上調的IL-1β可導致胰島素水平升高，這可能與胰島素通過促進葡萄糖攝取和代謝以增強巨噬細胞的炎癥狀態相關；IL-1β能夠促進巨噬細胞對葡萄糖的吸收，并使胰島素通過調節胰島素受體、葡萄糖代謝和ROS的產生來增強促炎作用。此外，越來越多的證據顯示，超重/肥胖人群中，NLRP3炎癥小體在肥胖誘導的胰島素抵抗中起關鍵作用[58-59]，表明超重/肥胖是T2DM的重要危險因素，營養過剩可促進胰島素抵抗[60]。另有研究表明，肥胖人群脂肪組織中NLRP3炎癥組分表達、Caspase-1活性和IL-1β水平均有增加，而這些都與胰島素抵抗、代謝綜合征和T2DM的嚴重程度直接相關[58-59]。

隨病情進展，T2DM可累及主動脈、冠狀動脈、腦動脈及腎動脈等外周大血管發生粥樣硬化。朱艷等[61]采用腹腔注射鏈脲佐菌素（STZ）構建糖尿病小鼠模型，發現糖尿病小鼠腎組織的NLRP3表達和p38 MAPK磷酸化水平顯著升高，腎組織內炎癥明顯，膽固醇含量增加伴腎功能受損，當行NLRP3基因敲除后，糖尿病小鼠的腎組織炎癥反應及膽固醇沉積顯著減輕，且p38 MAPK磷酸化受到抑制，表明NLRP3介導的炎癥反應在糖尿病腎損傷及脂代謝異常中發揮了重要作用。劉旦旦[62]在對糖尿病合并急性冠脈綜合征（ACS）的臨床研究中發現，T2DM合并ACS患者的血漿內NLRP3及其下游因子（IL-1β、IL-18等）含量明顯高于單純T2DM患者和單純ACS患者，且上述細胞因子的含量與該類患者的冠脈病變程度呈正相關。

3 結語

AS的發生發展是一個多因素共同作用的病理過程，其發病機制復雜，現代研究證實，NLRP3炎癥小體主要通過調控IL-1β、IL-18等下游細胞因子的釋放，介導AS中的炎癥反應，但當前對NLRP3炎癥小體在AS中的作用機制研究較少，具體的分子機制，以及是否存在其他通路共同干預等尚未闡明，目前，研究者們對其在冠狀動脈、顱內動脈等大動脈血管及熱點疾病的研究相對較多，而在頸動脈、腎動脈等其他大動脈血管中發生AS的作用機制仍需進一步研究。因此，本文從NLRP3炎癥小體角度，綜述和探討了其炎癥反應在AS中的調控機制，希望可以為AS的基礎研究和疾病防治提供新的思路。