NLR 家族Pyrin 域蛋白3 炎癥小體與妊娠的研究進展

趙璐，楊華，劉國艷

炎癥小體是胞質中的多蛋白復合物，由受體蛋白分子、接頭分子和效應分子三部分構成，是人類天然免疫系統的重要組成部分，參與包括妊娠在內的多種炎癥反應。炎癥小體及其下游炎性因子白細胞介素18（IL-18）和IL-1β 在正常妊娠組織中均有表達，炎癥小體根據受體蛋白的不同而命名，包括：NLR家族Pyrin 域蛋白1（NOD-like receptor family，pyrin domain containing 1，NLRP1）、NLRP3、NLRP4、NLRP6、NLRP7 和NLRP12，目前研究最廣泛的是NLRP3 炎癥小體，有研究證實激活的NLRP3 炎癥小體參與了分娩過程的無菌性炎癥反應[1]。激活的NLRP3 炎癥小體與早產和分娩發動機制有關，還與復發性自然流產（recurrent spontaneous abortion，RSA）、早產、子癇前期和妊娠期糖尿病（GDM）等妊娠疾病有密切的聯系。因此對NLRP3 炎癥小體及其下游的細胞因子的研究可以為預防和治療妊娠相關疾病提供理論依據。

1 NLRP3 炎癥小體結構和功能

NLRP3 炎癥小體是目前研究最廣泛的炎癥小體，是由NLRP3 蛋白、凋亡相關斑點蛋白（Asc）及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）共同組成的高分子質量蛋白復合物。其有兩個關鍵的特征：一是可以被很多分子激活，如病原相關分子模式（PAMPs）及缺血缺氧等損傷相關分子模式（DAMPs）等[2]；二是NLRP3 炎癥小體在多種天然免疫細胞中均有高表達，包括巨噬細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞等[3]。當NLRP3 受到外源性信號激活時，會將無活性的casepase-1 前體剪切為有活性的caspase-1，而活化的caspase-1 會將無活性IL-1β 轉變為有活性的IL-1β，從而發揮其免疫相關的生物學作用。

NLRP3 炎癥小體是宿主防御反應的重要因素，其能夠對固有免疫進行調控，各種環境剌激物、多種微生物、內源性或外源性危險信號、病原體和不同的PAMPs/DAMPs 都可以激活NLRP3 炎癥小體釋放細胞因子，誘導caspase-1 依賴的程序性細胞死亡（細胞焦亡），參與多種炎性疾病過程。

2 NLRP3 炎癥小體調控機制

NLRP3 炎癥小體的激活目前普遍認為需要兩個階段：啟動和裝配。第一步啟動階段是通過toll 樣受體（toll-like receptors，TLRs）等信號，激活核因子κB（NF-κB）導致NLRP3 蛋白和IL-1β 前體（pro-IL-1β）表達增高，提供非轉錄依賴的啟動信號。第二步裝配階段為NLRP3 炎癥小體被多種PAMPs 及DAMPs 激活，招募和激活促炎癥蛋白酶caspase-1，活化的caspase-1 切割IL-1β 和IL-18 的前體，產生相應的成熟細胞因子[4]。目前認為炎癥小體的激活有多種模式，包括鉀外流、溶酶體破裂、線粒體功能障礙和鈣流入等，經典的NLRP3 炎癥小體活化模型主要有3 種[5]：①細胞K+穿梭模型，有研究認為鉀外流是激活炎癥小體的最普遍的模式，其通過多種微生物和內源性信號誘導細胞質中鉀減少，充分激活炎癥小體。但是K+濃度下降導致炎癥小體活化的分子機制尚不清楚，并且也沒有明確介導K+外流的離子通道蛋白，因此鉀外流激活NLRP3 炎癥小體的機制尚需進一步研究。②溶酶體破裂模型，即溶酶體膜的破壞可導致NLRP3 炎癥小體的活化。細胞攝取結晶類和微粒類物質，如石棉、尿酸鹽結晶等后，導致溶酶體內容物釋放，引起NLRP3 炎癥小體的激活。③活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生模型。ROS 主要與正常或損傷的線粒體相關，激活物質觸發產生的ROS 可以激活NLRP3 炎癥小體，來自線粒體的ROS 是調控活化的關鍵信號。但是目前對于NLRP3 炎癥小體的各種調控機制仍存在爭議，需要進一步研究細胞通路與炎癥小體激活的相關性。

3 NLRP3 與正常妊娠和分娩

炎癥反應與胚胎種植、胎兒生長發育和分娩密切相關，是成功生育的關鍵因素[6]。有研究顯示在胎盤組織檢測出NLRP3 炎癥小體，在妊娠婦女的外周血白細胞和早期妊娠的絨毛組織中也有NLRP3 炎癥小體的表達[7]。另有研究發現受體蛋白凋亡相關斑點蛋白（ASC）在整個妊娠過程中均有表達[8]，而在人類胎盤、絨毛膜和子宮肌層也發現了caspase-1 的表達[9]。這些證據都表明在妊娠期間啟動了NLRP3 介導的免疫反應。

分娩是一種生理過程，被認為是一種無菌性炎癥反應。已有研究表明分娩時羊水中和妊娠組織中（包括胎盤、子宮肌層和宮頸組織等）的炎性細胞因子增多，這種無菌性炎癥反應與天然免疫細胞進入絨毛膜蛻膜、子宮肌層和宮頸組織有關[10]。Romero 等[9]發現足月分娩過程中只有NLRP3 炎癥小體被啟動和激活，才能使caspase-1 和成熟IL-1β 活性增加，而在分娩過程中的子宮肌層也發現了NLRP3 炎癥小體的存在[11]。Coll 等[12]的動物實驗證實使用NLRP3 炎癥小體抑制劑可造成孕鼠難產。以上研究均證明了在羊膜腔和妊娠組織中NLRP3 炎癥小體的激活是分娩過程中無菌性炎癥反應的重要組成部分。

4 NLRP3 與妊娠相關疾病

4.1 早產早產是指妊娠滿28 周至不足37 周間的分娩，是全球圍生兒并發癥與死亡的首要原因，也是5 歲以下兒童死亡的第一大原因。自發性早產病因多樣，目前認為早產的主要原因是羊膜炎，是由于炎癥反應的加強或失衡導致分娩提前啟動。其臨床特征是羊水中的細胞因子濃度提高和免疫細胞數量的增加[13]。有研究發現在早產患者絨毛膜羊膜中NLRP3炎癥小體、caspase-1、caspase-4、IL-1β 和IL-18 增多，并且NLRP3 炎癥小體的激活提高了caspase-1、caspase-4 和成熟IL-1β、IL-18 的活性[14]，這些研究均支持NLRP3 炎癥小體與早產相關。目前NLRP3炎癥小體激活導致早產的動物實驗有：①給小鼠宮腔內給藥肽聚糖和聚肌胞苷酸，使子宮肌層NLRP3炎癥小體和caspase-1 表達上調，活性caspase-1 數量的增加可導致早產[15]。②感染乙型鏈球菌NLRP3炎癥小體缺陷型小鼠，易引發胎兒損傷或早產[16]。③小鼠羊膜腔內注射脂多糖（LPS）導致NLRP3 炎癥小體啟動激活造成早產[17]。④小鼠模型給予鼠皰疹病毒68（MHV-68）與LPS 聯合注射，NLRP3 炎癥小體激活導致過度炎癥反應引發早產[18]。

總的來說，這些研究結果均提供了在羊膜炎的情況下NLRP3 炎癥小體激活與自發性早產之間的關系，但是其發病機制尚不明確。

4.2 RSARSA 是指同一性伴侶連續發生兩次或兩次以上的自然流產。RSA 的病因主要包括遺傳因素、感染因素、內分泌因素和免疫因素等多種因素，目前只有約30%的RSA 有明確病因[19]。不明原因的RSA 通常認為與過度炎癥反應相關，而炎癥反應都離不開炎癥小體的參與。同時妊娠是一種同種異體移植過程，該過程的維系離不開母胎界面抗炎與促炎的平衡。有研究發現RSA 患者絨毛組織中NLRP3炎癥小體表達明顯增高，可能參與了RSA 的發生和發展過程[20]。另有研究表明有RSA 史的女性黃體期NLRP3 和IL-1β 在子宮內膜中表達顯著增高，提示了早期妊娠子宮內膜炎性狀態的改變可能是導致RSA 機制之一[21]。目前對于RSA 發病機制并不明確，進一步研究炎癥反應在RSA 中的作用機制，將有望為預防和治療不明原因RSA 提供新的途徑。

4.3 子癇前期子癇前期是一種妊娠特異性高血壓綜合征，是造成母親和胎兒死亡的重要原因。以高血壓、蛋白尿為主要臨床表現。目前子癇前期的發病機制主要有兩種：一種是胎盤功能缺陷，另一種是免疫機制，認為妊娠是一個炎癥過程，母體與胎兒界面的炎癥調控失衡是導致子癇前期發生的主要原因之一。近年有研究證實NLRP3 炎癥小體參與了子癇前期的發病機制，在子癇前期患者外周血和胎盤組織均發現NLRP3 炎癥小體表達增高[22]。此外，子癇前期患者的總膽固醇水平和尿酸升高，這些細胞的代謝產物向細胞外釋放，激活胎盤中的NLRP3 炎癥小體，也使NLRP3 炎癥小體表達增高[23]。另有研究表明重度子癇前期患者與血壓正常的妊娠婦女相比胎盤中NLRP3、caspase-1 和IL-1β 表達明顯增高[22]。上述這些研究都表明了NLRP3 炎癥小體的激活與子癇前期胎盤組織炎癥反應過程有著密切的聯系，但是其機制非常復雜需要進一步解釋，有研究認為可能與高水平的膽固醇有關，尿酸和葡萄糖會激活NLRP3 炎癥小體，從而產生促炎性趨化因子導致局部和全身性炎癥，造成血管緊張素Ⅱ產生、蛋白尿、溶血、肝損傷、免疫血栓形成，導致子癇前期[24]。

4.4 GDMGDM 是指妊娠期間首次出現的糖耐量異常，以胰島素抵抗、糖代謝異常為特點。GDM 不僅會直接影響孕婦和胎兒的健康，還會增加胎兒進入成年期后發生肥胖、糖尿病和高血壓等疾病的風險。高血糖可以增強胎盤炎癥反應，與正常妊娠婦女相比，GDM 患者胎盤NLRP3、caspase-1 和IL-1β 表達明顯增高，提示GDM 與NLRP3 炎癥小體相關[25]。還有研究發現NLRP3 炎癥小體與胰島素抵抗相關，活性IL-1β 是由活性caspase-1 激活pro-IL-1β 產生的，而caspase-1 又是通過NLRP3 炎癥小體激活的，caspase-1 的激活增強了GDM 脂肪組織中IL-1β 的分泌，并觸發了胰島素抵抗的發生[26]。Zhang 等[27]還通過抑制小鼠的NLRP3 炎癥小體減輕了GDM 的癥狀。這些研究表明NLRP3 炎癥小體與GDM 有關，但是，NLRP3 炎癥小體與GDM 發病機制的相關性尚不明確，需進一步探索，以期利用NLRP3 炎癥小體在GDM 發病機制中的作用作為預防和治療GDM的新方法。

4.5 其他疾病以往的研究已證實炎癥小體與胎盤炎癥相關疾病有關，而且炎癥刺激（如LPS 或尿酸）可以誘導活化胎盤中的NLRP3 炎癥小體，這也與其他妊娠疾病有關，如抗磷脂綜合征、胎兒功能生長受限等。但是，尚需要進一步的研究來證明抑制NLRP3 炎癥小體可以作為預防胎盤炎癥相關疾病的新策略。

5 結語

綜上所述，NLRP3 與分娩及妊娠相關疾病有著密切的聯系，雖然目前已有研究表明，NLRP3 炎癥小體參與了妊娠相關疾病的發生發展，但在其激活的具體機制方面仍不明確，與妊娠相關疾病的發病機制關系也不確定，仍需多中心、大樣本的研究進一步探索。目前，NLRP3 炎癥小體與妊娠相關疾病的關系研究尚處于探索階段，存在一定分歧，需進一步探討二者之間的相關性。今后需要進一步明確NLRP3 炎癥小體激活的機制，證實NLRP3 炎癥小體與妊娠相關疾病的發病機制，以期通過阻斷或抑制其激活為妊娠相關疾病提供治療的新靶點，為臨床醫師提供診療新思路。