NLRP3炎性小體在動脈粥樣硬化中的病理作用研究和臨床試驗進展

姜昊瑋，吳照球

（中國藥科大學 基礎醫學與臨床藥學學院，江蘇南京 211198）

心血管疾病（Cardiovascular Diseases，CVDs）包括心臟和脈管系統的多種疾病，是導致全球人類死亡率最高的疾病。血管的動脈粥樣硬化血栓閉塞引起的心肌和腦梗塞等急性心血管事件是導致心血管疾病患者死亡的主要原因[1]。臨床數據表明，降低血脂可有效預防動脈粥樣硬化，低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）每降低1 mmol/L，未來5年不良心血管事件發生概率就會減少22%[2]。但是，目前動脈粥樣硬化的臨床治療方案幾乎只聚焦于降脂類藥物、抗血小板類藥物的使用以及血運重建手術，不足以降低所有患者未來發生心血管事件的風險[3]。隨著炎癥對動脈粥樣硬化的影響機制逐漸被揭示，血管慢性炎癥作為一個獨立的風險因素，不再被視為動脈粥樣硬化進展過程中的伴生結果，其與動脈粥樣硬化的因果關系被重新審視，為動脈粥樣硬化的治療提供了新的方向[4]。

1 NLRP3炎性小體通路

Nod樣受體家族pyrin結構域3（NLRP3）炎性小體是一種多蛋白復合物，在免疫/炎性細胞（如單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞）以及心血管系統細胞，包括內皮細胞、肌成纖維細胞/成纖維細胞和心肌細胞中均發揮作用，其正常的生理激活有助于保持免疫耐受和心血管穩態[5-7]。而在CVDs中，由于受到組織炎癥相關的各種晶體，以及成孔毒素或細胞外ATP等內源性危險信號刺激，NLRP3被誘導過度激活，破壞了免疫和心血管平衡，對宿主產生不利影響[8]。

NLRP3通路激活的過程通常需要啟動和激活兩個步驟。（1）細胞表面的模式識別受體（如Toll樣受體）或細胞因子受體，通過NF-κB信號傳導（即NF-κB的核轉位），誘導NLRP3和IL-1β前體的轉錄和翻譯[9]。（2）NLRP3炎性小體組裝并通過凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）招募半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶-1(caspase-1)，后者切割IL-1β和IL-18的前體成為成熟形式[10]。被NLRP3炎性小體激活的caspase-1還將全長gasdermin D蛋白（GSDMD）切割成N端GSDMD和C端GSDMD，N端GSDMD會在細胞膜上形成細胞膜孔，引發細胞焦亡，并導致IL-1和IL-18等促炎細胞因子的釋放[11]。

2 NLRP3炎性小體在動脈粥樣硬化進程中的影響

2.1 內皮損傷

血管內膜完整性喪失和內皮損傷是動脈粥樣硬化的第一步。氧化低密度脂蛋白（oxLDL）和膽固醇等脂質異常攝取會引起內皮的損傷，進而激活NLRP3炎性小體。共定位分析表明，膽固醇結晶（ChCs）或7-酮膽固醇顯著增加了小鼠頸動脈內皮細胞中NLRP3炎性小體的生成和激活，ChCs可以在小鼠的冠狀動脈中誘導嚴重的內皮功能障礙，而在Nlrp3-/-小鼠中，該誘導作用則顯著減輕，表明NLRP3炎性小體對于動脈粥樣硬化的形成具有關鍵作用[12]。同樣的，oxLDL劑量依賴地抑制血管內皮的tet甲基胞嘧啶雙加氧酶2(TET2)，影響線粒體功能并激活NF-κB通路，上調血管內皮細胞中NLRP3、caspase-1和IL-1β的蛋白質水平[13]，并通過NLRP3通路誘導細胞焦亡，導致IL-1β、IL-18和高遷移率族蛋白B1（HMGB1）等炎癥介質的釋放[14]。內皮細胞是上述炎癥介質的靶細胞之一，它們可以通過分別與其細胞表面受體結合，激活NF-κB通路，進而增強趨化因子和黏附分子的轉錄和分泌。同時，IL-1β的激活可觸發二級炎癥介質的激活，如IL-6和C反應蛋白，導致炎癥反應的級聯增強[14]。被黏附并活化的白細胞可以分泌介導持續性炎癥反應的細胞因子，如IL-1或腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF），最終改變內皮細胞收縮性，破壞細胞間連接，導致內皮功能障礙，造成內皮損傷[15-16]。

2.2 單核細胞分化成巨噬細胞并吞噬脂蛋白

在內皮功能障礙后，單核細胞黏附到病變部位，分化成巨噬細胞，并吞噬脂蛋白，包括oxLDL和ChCs，并最終轉化為泡沫細胞。NLRP3炎性小體激活參與了單核細胞黏附和泡沫細胞形成。巨噬細胞吞噬脂蛋白后，膽固醇調節元件結合蛋白-1（SREBP-1）的表達下降，進而介導細胞表面LDL受體的表達減少，負反饋調節吞噬功能，避免自身過度吞噬脂蛋白。而oxLDL則會誘導NLRP3炎性小體激活，激活產物IL-1β增加了SREBP-1在單核細胞和單核細胞衍生的巨噬細胞中的轉錄和蛋白質表達。從而促進脂質積累和泡沫細胞形成[17]。此外，oxLDL通過與巨噬細胞表面的CD36-TLR4-TLR6信號復合物結合來啟動NLRP3，在運輸到溶酶體時，oxLDL通過誘導膽固醇結晶和隨后巨噬細胞中的溶酶體損傷激活NLRP3炎性小體[18-20]。與之類似的，ChCs在動脈內膜的沉積不僅會誘發巨噬細胞的溶酶體損傷，并激活巨噬細胞的NLRP3炎性小體，還會引發動脈炎癥和動脈粥樣硬化斑塊的不穩定，促進斑塊中中性粒細胞的募集和中性粒細胞胞外陷阱的形成[21-22]。

2.3 血管平滑肌焦亡

血管平滑肌細胞（VSMCs）是動脈壁的主要細胞成分，動脈粥樣硬化斑塊的纖維帽主要由平滑肌細胞及其產生的細胞外基質（如膠原蛋白和彈性蛋白）構成。因此，VSMCs與動脈粥樣硬化斑塊的穩定性密切相關。炎癥小體激活在VSMCs的表型轉化和增殖中發揮作用[23]。斑塊內的單核細胞可以觸發VSMCs內NLRP3炎性小體激活，促進VSMCs表型向巨噬細胞樣細胞轉換，并誘導VSMCs發生細胞焦亡，凋亡性VSMCs的繼發性壞死促進IL-1α和 IL-1β的釋放，從而誘導周圍有活力的VSMCs產生促炎細胞因子，引起與動脈粥樣硬化相關的慢性炎癥[24-26]。VSMCs發生焦亡，增加了斑塊的不穩定性，同時大量促炎因子的釋放引發持續的炎癥，破壞血管壁的結構，誘導壞死核心擴大，進而導致斑塊破裂。

3 靶向炎癥通路的臨床試驗

康納單抗（Canakinumab）抗炎血栓形成結果研究（CANTOS）試驗是一項大規模隨機、雙盲、安慰劑對照的臨床試驗，旨在檢驗人類動脈粥樣硬化的炎癥假說，并評估抗炎療法對心血管疾病的保護潛力。Canakinumab是一種與IL-1β結合的人單克隆抗體，其通過阻斷IL-1β與IL-1受體的相互作用，防止隨后的促炎信號傳導事件。一項針對糖尿病患者的臨床試驗表明，給予Canakinumab在不影響LDL-C或HDL-C水平的背景下，可有效降低血漿中的炎癥標志物，如C-反應蛋白 （C-reaction protein，CRP）和IL-6，持續長達3個月[27]。在CANTOS試驗之前，沒有證據證明在不伴有脂質降低的情況下，僅減少血管炎癥可以降低心血管事件的發生概率。

2017年，CANTOS結果顯示，在已經接受他汀類藥物治療的10 061名具有穩定動脈粥樣硬化和殘余炎癥風險的患者中，與安慰劑組相比，Canakinumab治療劑量依賴性地降低了IL-6和CRP的基線水平，而LDL-C和HDL-C水平不受影響，高劑量組（150 mg/90 d）患者出現主要不良心血管事件的概率減少了15%，主要不良心血管事件和緊急血運重建概率減少了17%[28]。

從CANTOS試驗中可以得出兩個重要結論。（1）CANTOS試驗清楚地表明，在不影響血液膽固醇水平的情況下，減少心血管疾病患者的低度全身炎癥可以降低發生心血管事件的風險。這是第一個為動脈粥樣硬化的炎癥假說提供原理驗證的大規模隨機、雙盲和安慰劑對照臨床試驗。（2）CANTOS試驗證實了IL-1β的促動脈粥樣硬化特征的臨床重要性，確定了將IL-1到IL-6到CRP的炎癥途徑作為動脈粥樣硬化保護的中心目標，并通過IL-6和CRP的治療水平來評估炎癥抑制程度，從而對個體患者的臨床受益程度進行跟蹤[7]。CANTOS試驗提供的證據表明，對IL-1β產生或功能的治療性干擾可以改善心血管疾病的臨床結果。

秋水仙堿心血管結局試驗（COLCOT）是一項隨機雙盲的臨床試驗，在CANTOS試驗后獨立地肯定了動脈粥樣硬化的炎癥假說[29]。秋水仙堿是一種抑制微管蛋白聚合和微管生成的抗有絲分裂劑，其部分抗炎作用可能源于其抑制NLRP3炎性小體組裝的能力，從而間接降低IL-1β的活化，導致下游的IL-6和CRP降低[30]。目前，秋水仙堿被用于治療和預防經典的炎性小體/IL-1β活化疾病，如痛風、家族性地中海熱和心包炎，因此被提出用于動脈粥樣硬化炎癥假說的試驗驗證[31]。

2019年，COLCOT結果顯示，在2年內，在4 745名心肌梗塞后患者中，與安慰劑組相比，秋水仙堿組患者（0.5 mg/d）主要試驗終點事件（包括心肌梗死、中風、心臟驟停復蘇、心絞痛緊急住院導致血運重建和心血管死亡）的發生概率相對減少了23%[32]。

在CANTOS和COLCOT的基礎上，可以預期幾種新的抗炎和抗細胞因子藥物，包括但不限于NLRP3炎性小體的直接上游抑制劑、IL-6的直接抑制劑，將通過靶向NLRP3、IL-1、IL-6到CRP通路用于動脈粥樣硬化[33]。

4 結語

隨著對動脈粥樣硬化發生和發展機制的研究不斷深入，NLRP3炎性小體通路在動脈粥樣硬化進展中的作用和重要性逐漸被認識。上述臨床試驗為動脈粥樣硬化發生的炎癥假說提供了臨床實踐證明，證明聚焦于細胞因子抑制而非廣譜抗炎治療有助于解決殘余炎癥風險。針對炎癥小體激活途徑的其他組分抑制劑可能成為新的開發方向。