AIM2炎癥小體在急性痛風性關節炎中的表達及意義

初吉燕 田競 付笛語 郭琳 孫蕊 李萍

基金項目：遼寧省自然科學基金項目（2019-MS-350）；聯勤保障部隊重點項目（19LBJ1003B）

作者單位：1中國人民解放軍北部戰區總醫院風濕免疫科（郵編110001）；2大連醫科大學研究生院；3中國人民解放軍北部戰區總醫院骨科

作者簡介：初吉燕（1997），女，碩士在讀，主要從事風濕免疫病學方面研究。E-mail：3490809936@qq.com

△通信作者 E-mail：graceli008@sohu.com

摘要：目的 探討黑素瘤缺乏因子2（AIM2）、胱天蛋白酶-1（Caspase-1）和焦孔素D（GSDMD）在急性痛風性關節炎（AGA）中的表達及意義。方法 選取30例AGA患者（AGA組）和30例男性健康體檢者（HC組），血細胞分析儀檢測血清白細胞計數（WBC）、血紅蛋白（Hb）、血小板計數（PLT），自動生化分析儀檢測空腹血糖（FBG）、血尿酸（UA）、三酰甘油（TG）、總膽固醇（TC）、丙氨酸轉氨酶（ALT）、天冬氨酸轉氨酶（AST）、血清肌酐（Scr）、尿素氮（BUN）、肌酐清除率（Ccr）、紅細胞沉降率（ESR）和C-反應蛋白（CRP）水平。熒光定量法檢測2組樣本血清雙鏈DNA（dsDNA）水平；Western blot法檢測2組外周血單個核細胞（PBMCs）中AIM2、Caspase-1、GSDMD、白細胞介素（IL）-1β和IL-18蛋白表達水平；酶聯免疫吸附試驗檢測血清IL-1β和IL-18表達水平。結果 與HC組比較，AGA組WBC、PLT、ESR、CRP、UA、TC、TG、Scr、Ccr水平增加，血清中dsDNA、IL-1β、IL-18相對表達水平增加，PBMCs中AIM2、Caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18蛋白相對表達水平均增加（P＜0.05）。PBMCs中，AIM2蛋白的表達水平與Caspase-1、GSDMD、IL-1β和IL-18蛋白表達水平均呈正相關（r或rs分別為0.965、0.986、0.928及0.737，均P＜0.01）。結論 AIM2炎癥小體介導的細胞焦亡通路相關分子（AIM2/Caspase-1/GSDMD）在AGA中表達增高，其可能參與AGA的免疫炎癥反應。

關鍵詞：關節炎，痛風性；細胞焦亡；胱天蛋白酶-1；黑素瘤缺乏因子2；焦孔素D

中圖分類號：R684.3 文獻標志碼：A DOI：10.11958/20231205

Expression and significance of AIM2 inflammasome in patients with acute gouty arthritis

CHU Jiyan1， 2， TIAN Jing3， FU Diyu1， 2， GUO Lin1， SUN Rui1， LI Ping1△

1 Department of Rheumatology， the General Hospital of Northern Theater Command of the Chinese Peoples Liberation Army， Shenyang 110001， China; 2 Graduate School， Dalian Medical University; 3 Department of Orthopedics， the General

Hospital of Northern Theater Command of the Chinese Peoples Liberation Army

△Corresponding Author E-mail： graceli008@sohu.com

Abstract： Objective To investigate the expression and role of melanoma 2 （AIM2）， Caspase-1 and gasdermin D （GSDMD） in the pathogenesis of acute gouty arthritis （AGA）. Methods Clinical data， biochemical indices and blood samples were collected from 30 patients with AGA （the AGA group） and 30 healthy volunteers （the HC group）. Blood cell analyzer was used to detect serum white blood cell count （WBC）， hemoglobin （Hb） and platelet count （PLT）. Automatic biochemical analyzer was used to detect fasting blood glucose （FBG）， blood uric acid （UA）， triacylglycerol （TG）， total cholesterol （TC）， alaine transaminase （ALT）， aspartate transaminase （AST）， serum creatinine （Scr）， blood urea nitrogen （BUN）， creatinine clearance rate （Ccr）， erythrocyte sedimentation rate （ESR） and C-reactive protein （CRP） levels. Fluorescence quantitative assay was used to measure serum level of double-stranded DNA （dsDNA）. Western blot was performed to detect the relative protein expression levels of AIM2， Caspase-1， GSDMD， interleukin-1β （IL-1β） and IL-18 in peripheral blood mononuclear cells （PBMCs）. Enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA） was used to measure serum levels of IL-1β and IL-18. Results Compared with the HC group， the AGA group showed increased levels of blood biochemical indicators， including WBC， PLT， ESR， CRP， UA， TC， TG， Scr and Ccr （P＜0.05）. The serum levels of dsDNA， IL-1β and IL-18 were also increased in the AGA group. Furthermore， the relative protein expression levels of AIM2， Caspase-1， GSDMD， IL-1β and IL-18 in PBMCs were all increased （P＜0.05）. In PBMCs， the protein expression level of AIM2 was positively correlated with that of Caspase-1， GSDMD， IL-1β and IL-18 （r or rs values were 0.965， 0.986， 0.928 and 0.737， respectively， all P＜0.01）. Conclusion The expression of AIM2 inflammasome-mediated pyroptosis pathway related molecules （AIM2/Caspase-1/GSDMD） is increased in AGA， which may be involved in the immune inflammatory response of AGA.

Key words： arthritis， gouty; pyroptosis; caspase-1; melanoma deficiency factor 2; pyroporosin D

痛風已成為全球高發疾病，并呈現年輕化趨勢［1-2］。急性痛風性關節炎（acute gout arthritis，AGA）是一種自身炎癥性疾病，其特征是高尿酸血癥和單尿酸鈉（monosodium urate，MSU）晶體在關節和組織中沉積，發作時關節局部會出現嚴重的紅腫熱痛。如果長期不治療，痛風可能會引發心血管疾病和腎功能受損［2-3］。目前對AGA的治療缺乏安全有效的藥物，因此有必要深入研究AGA的發病機制。細胞焦亡是一種新型的炎性細胞死亡形式，其核心是由模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）、銜接蛋白和胱天蛋白酶-1（Caspase-1）組成的炎癥小體。痛風作為一種自身炎癥性疾病，該病患者的機體可通過內源性損傷相關分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）和外源性病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）來識別MSU，從而激活固有免疫細胞內的炎癥小體，參與免疫應答［4］。目前，臨床上已發現了10余種炎癥小體。其中，黑素瘤缺乏因子2（AIM2）炎癥小體屬于PHYIN蛋白家族，它在單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞中表達，并參與炎癥反應、調節細胞焦亡。AIM2是細胞內唯一能識別胞漿雙鏈DNA（double-stranded DNA，dsDNA）的炎癥小體［4］。研究發現，AIM2參與系統性紅斑狼瘡（SLE）［5］、類風濕關節炎（RA）［6］和干燥綜合征［7］等多種自身免疫性疾病的發病過程。然而，關于AIM2炎癥小體在AGA方面的作用鮮見報道。本研究通過檢測AGA患者和健康對照者的外周血單個核細胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMCs）中AIM2炎癥小體介導的細胞焦亡相關分子以及血清炎性因子白細胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-18的表達，探究AIM2炎癥小體介導的細胞焦亡途徑在AGA發病中的作用，為痛風治療提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2022年1月—6月于中國人民解放軍北部戰區總醫院就診的AGA患者（AGA組）30例，均為男性，平均年齡（34.83±11.19）歲，平均體質量指數（BMI）為（28.17±2.93）kg/m2。AGA診斷根據1977年美國風濕病學會制定的痛風分類標準、2015年美國風濕病學會和歐洲抗風濕病聯盟共同制定的痛風分類標準。納入標準：年齡18～70歲；入院前1個月內未使用過治療痛風性關節炎的藥物；精神狀態良好，能夠理解研究內容并接受相應處理。排除標準：伴感染性關節炎、創傷性關節炎、結締組織病或其他晶體相關性疾病者；繼發性痛風者；存在心腦血管疾病者；存在出血系統病變或腫瘤者。另選30例男性健康查體者為對照（HC）組，年齡34.50（28.75，46.50）歲。2組年齡差異無統計學意義（Z=1.191，P＞0.05）。本研究已經獲得北部戰區總醫院倫理委員會的批準［倫審Y（2021）148］號。

1.2 主要儀器與試劑 Quant-iT? PicoGreen? dsDNA Assay Kit購自美國Invitrogen公司；人外周血淋巴細胞分離液購自北京索萊寶科技有限公司；蛋白提取試劑盒購自中國愛必信（上海）生物科技有限公司；IL-1β和IL-18酶聯免疫吸附試驗（ELISA）檢測試劑盒購自中國江蘇酶免實業有限公司；Anti-AIM2抗體購自中國愛必信（上海）生物科技有限公司；Anti-Caspase-1、Anti-IL-1β、Anti-IL-18抗體均購自美國Cell Signaling Technology公司；Anti-GSDMD抗體購自中國博奧森公司；Anti-GAPDH抗體、HRP標記的山羊抗兔IgG購自中國武漢賽維爾生物科技有限公司；一步法PAGE凝膠快速制備試劑盒購自中國上海雅酶生物醫藥科技有限公司；BioTek Synergy2多功能酶標儀購自美國BioTek公司；Rayto RT-6100酶標分析儀購自美國Rayto公司；NanoDrop 2000分光光度計、電泳儀購自美國BIO-RAD公司；GE AI 680超靈敏多功能成像儀購自美國Cytiva公司。

1.3 研究方法

1.3.1 血常規和生化指標檢測 收集受試者外周靜脈血8 mL，血細胞分析儀檢測血清白細胞計數（WBC）、血紅蛋白（Hb）、血小板計數（PLT），自動生化分析儀檢測空腹血糖（FBG）、血尿酸（UA）、三酰甘油（TG）、總膽固醇（TC）、丙氨酸轉氨酶（ALT）、天冬氨酸轉氨酶（AST）、血清肌酐（Scr）、尿素氮（BUN）、肌酐清除率（Ccr）、紅細胞沉降率（ESR）和C-反應蛋白（CRP）水平。

1.3.2 熒光定量法檢測血清dsDNA水平 96孔板內每孔加入90 ?L TE緩沖液后加入10 ?L血清，每孔再加入100 ?L用TE緩沖液稀釋200倍后的PicoGreen稀釋液，常溫避光孵育10 min，BioTek Synergy2多功能酶標儀于激發光480 nm、發射光520 nm波長條件下檢測并計算dsDNA濃度。

1.3.3 Western blot法檢測AIM2、Caspase-1、GSDMD、IL-1β和IL-18蛋白相對表達水平 取外周靜脈血并加入肝素抗凝，于離心機1 500 r/min離心10 min，用尖頭吸管吸取白膜狀細胞層，加入聚蔗糖—泛影葡胺分層液，離心棄上清并重復操作2次，加入RPMI-1640培養液，4 ℃保存備用。加入Western/IP裂解液裂解不同組別的PBMCs，BCA定量法進行蛋白濃度測定，并以最低蛋白濃度進行調整，根據蛋白分子質量大小選擇6%、10%的SDS-PAGE凝膠進行電泳。分離蛋白質后轉移到0.45 ?m PVDF膜上，5%脫脂奶粉室溫搖床封閉2 h，用1×TBST洗膜，5 min/次×3次，于4 ℃搖床分別過夜孵育AIM2（1∶500）、Caspase-1（1∶1 000）、GSDMD（1∶500）、IL-1β（1∶1 000）、IL-18（1∶1 000）和GAPDH（1∶2 000）抗體；1×TBST充分洗滌后，用HRP標記的山羊抗兔IgG抗體室溫搖床孵育2 h，通過ECL化學發光試劑盒顯影，GE AI 680超靈敏多功能成像儀獲取條帶圖像，Image J軟件分析條帶灰度值并計算相對表達水平。

1.3.4 ELISA檢測血清炎性因子水平 參照ELISA試劑盒說明書，Rayto RT-6100酶標分析儀在450 nm波長處測量受試者外周血血清的光密度（OD）值，計算IL-1β和IL-18水平。

1.4 統計學方法 采用SPSS 23.0和GraphPad Prism 9.0軟件進行數據分析。符合正態分布的計量數據用[x] ±s表示，2組間比較用t檢驗，非正態分布的以M（P25，P75）表示，組間比較用秩和檢驗。相關分析用Pearson或Spearman相關。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 2組血常規和生化指標比較 2組Hb、FBG、ALT和AST比較差異無統計學意義。與HC組比較，AGA組WBC、PLT、ESR、CRP、UA、TC、TG、Scr和Ccr水平增加（P＜0.05），見表1。

2.2 2組受試者血清中dsDNA水平比較 AGA組血清dsDNA水平［56.12（50.70，61.83）mg/L］高于HC組［44.09（40.61，48.28）mg/L］，差異有統計學意義（Z=4.487，P＜0.01）。

2.3 2組PBMCs中相關蛋白表達水平比較 與HC組比較，AGA組PBMCs中AIM2、Caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18的蛋白相對表達水平均增加（P＜0.01），見圖1、表2。

2.4 2組血清中IL-1β、IL-18表達水平比較 AGA組血清IL-1β、IL-18水平高于HC組（P＜0.01），見表3。

2.5 AIM2炎癥小體成分之間的相關性分析 在PBMCs中，AIM2蛋白的表達水平與Caspase-1、GSDMD、IL-1β和IL-18蛋白表達水平均呈正相關（r或rs分別為0.965、0.986、0.928及0.737，均P＜0.01）。

3 討論

AGA的發病是一個復雜的“代謝-免疫-炎癥”網絡調節過程，其中不同的炎癥因子相互作用，導致疾病的發生和發展［8］。在正常生理情況下，關節腔內沒有或只有少量中性粒細胞，AGA時大量中性粒細胞被招募到晶體沉積部位。這些中性粒細胞不僅會吞噬MSU晶體，還會釋放IL-1β和IL-18等炎癥介質，從而引發局部急性炎癥反應。此外，活化的IL-1β還會吸引中性粒細胞釋放大量由DNA、組蛋白和中性粒細胞顆粒等成分組成的中性粒細胞外誘捕網（neutrophil extracellular traps，NETs）。中小劑量的NETs以核內或線粒體內DNA為骨架，并負載水解酶形成網狀結構。這些NETs包裹及消滅MSU晶體，抑制炎癥反應，從而緩解痛風發作，但如果NETs過度形成或未能及時清除，釋放的DAMPs會刺激固有免疫系統的活化，引發炎癥反應［9］。在痛風患者的關節滑液中，可以觀察到染色的dsDNA［10］。本研究結果顯示，AGA組患者血清中dsDNA水平顯著升高。因此，識別和清除dsDNA片段可能成為AGA研究的新靶點。

當AIM2炎癥小體受到dsDNA刺激時，激活Caspase-1會生成和釋放IL-1β和IL-18，并通過剪切GSDMD誘導細胞焦亡［4，11］。在固有免疫中，輕中度的細胞焦亡可清除機體內的危險因子，發揮保護作用。然而，高水平的細胞焦亡會導致細胞過度死亡，從而引起機體損傷［12］。既往研究發現，干燥綜合征患者的導管組織中和非腫瘤性導管唾液腺上皮細胞系的DNase1表達和活性受損，導致dsDNA降解缺陷，引發上皮細胞AIM2的持續性激活［7］。SLE患者外周血中的dsDNA水平和PBMCs中AIM2 mRNA表達水平明顯增高，并且其水平與腎臟受累和疾病活動度相關［13］。在小鼠SLE模型中，抑制AIM2的表達可以顯著減輕SLE癥狀［5］。在RA患者的外周血PBMCs和中性粒細胞中，AIM2炎癥小體的表達上調，并與其下游的靶基因ASC、Caspase-1及病情嚴重程度相關［6］。本研究發現，在AGA患者的PBMCs中，AIM2蛋白的表達水平明顯增加，提示在AGA的發生發展過程中機體可能會產生大量dsDNA，從而激活AIM2的表達。

Caspase-1是經典細胞焦亡途徑中炎癥小體復合物的重要組分。當它被激活后，不僅會裂解pro-IL-1β和pro-IL-18，生成成熟的促炎因子IL-1β和IL-18，還會裂解GSDMD［14］。既往研究表明，在AGA患者的PBMCs和AGA大鼠模型的關節滑膜中，Caspase-1蛋白的表達水平均明顯增加［14］。本研究結果亦顯示，AGA患者的PBMCs中Caspase-1蛋白水平升高，并且該水平與AIM2蛋白水平呈正相關，提示Caspase-1的表達可能與AIM2炎癥小體的激活有關，共同參與了AGA的發生過程。

GSDMD是細胞焦亡的最終效應執行者。在Caspase-1的作用下，GSDMD-N從GSDMD-C的抑制狀態中釋放出來，在細胞膜上形成直徑為10～20 nm的孔道，導致細胞內物質外流，水逆滲透壓內流，最終導致細胞膜破裂和細胞焦亡發生［11，15］。本研究結果顯示，AGA患者GSDMD蛋白的表達水平顯著增加。既往研究也有類似的結果，但是其中一些報道認為GSDMD表達水平增加是由NLR家族的另一個成員NLRP3炎癥小體介導［8，16-17］。本研究發現，GSDMD蛋白的表達水平與AIM2和Caspase-1蛋白的表達水平均呈正相關，提示GSDMD可能參與了AIM2炎癥小體介導的細胞焦亡。

IL-1β和IL-18是IL-1家族中常見的促炎因子。IL-1β主要由活化的巨噬細胞分泌，通過與IL-1β受體結合觸發下游促炎細胞因子和趨化因子的級聯信號，從而招募中性粒細胞和其他細胞到晶體沉積處，引發和加重局部炎癥反應。IL-18存在于健康人體血液的單核細胞以及胃腸道的上皮細胞中，其分泌主要與Caspase-1有關，在炎癥和免疫調節中發揮重要作用。既往研究發現，痛風患者的血清和鼠模型滑膜中尿酸水平與IL-1β及IL-18的水平呈正相關，而IL-1β阻斷劑可以顯著改善痛風癥狀［18-20］。本研究亦發現，AGA患者的PBMCs血清中IL-1β及IL-18濃度顯著提高，并且PBMCs中AIM2蛋白的表達水平與IL-1β和IL-18表達呈正相關。

綜上，AIM2炎癥小體介導的細胞焦亡在AGA發生、發展中發揮重要作用，可能為AGA治療藥物的新靶點。然而，由于本研究樣本量少、單中心以及可能存在選擇偏倚等因素，AIM2炎癥小體介導的細胞焦亡通路在AGA中的具體作用仍需要進一步探索。

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（2023-08-10收稿 2023-10-30修回）

（本文編輯 陸榮展）