炎癥體NLRP3發(fā)揮作用的相關(guān)調控機制的論文
炎癥體的概念最早由 Martinon 等[1]提出，其來(lái)源主要是模式識別受體 （ pattern recognition receptors,PRRs） 中的核苷酸結合寡聚化結構域 （ nucleotide-binding oligomerization domain,NOD） 樣受體 （ NOD-like receptors,NLRs） 在活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶 1 （ caspase-1） 過(guò)程中形成的大分子蛋白復合體，而該過(guò)程對白細胞介素 （ interleukin,IL） -1β 等促炎因子的成熟、分泌起到重要作用。目前發(fā)現的炎癥體包括 NLRP1、NLRP3、細胞質(zhì) DNA 傳感器黑色素瘤缺乏因子 （ absent in melanoma,AIM） 、白細胞介素轉換酶激活因子 （ interleukin-1β converting enzyme pro-tease-activating factor,IPAF） 等，其中以 NLRP3 研究最為深入。
NLRP3 炎癥體的組成與激活
NLRP3 炎癥體的組成 NLRP3 炎癥體主要由 NL-RP3 蛋白、caspase-1、凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白 （ apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC ）組成。NLRP3 蛋白的主要結構為核苷酸結合寡聚化結構域 （ nucleotide-binding oligomerization domain,NOD/NACHT） 及其 C-端的亮氨酸重復序列 （ leucine richrepeat,LRR ） 和 N-端 的 胱 天 蛋 白 酶 募 集 結 構 域（ caspase-activating and recruitment domain,CARD） 或熱蛋白結構域 （ pyrin domain,PYD）[2].caspase 家族主要與細胞凋亡和炎癥反應相關(guān)，作為 caspase 家族的一員，caspase-1 主要參與炎癥反應，其與促炎細胞因子 IL-1β 和 IL-18 前體的成熟、分泌密切相關(guān)，在NLRP3炎癥體促炎作用中發(fā)揮核心作用。ASC 主要結構包括與 NLRP3 蛋白連接的 PYD 和與 caspase-1 連接的 CARD.作為銜接蛋白的 ASC,其磷酸化在炎癥體激活過(guò)程中尤為重要，并且酪氨酸激酶 （ spleen tyro-sine kinase,SYK） 、c-Jun 氨基末端激酶 （ c-Jun N-ter-minal kinase,JNK） 能上調 ASC 的磷酸化[3].
NLRP3 炎癥體的激活 與 Toll 樣受體 （ Toll-likereceptor,TLR） 不同，NLRP3 主要在細胞內感受刺激呈遞信號[4].研究發(fā)現，多種外源性和內源性刺激物可激活 NLRP3 炎癥體，如脂多糖 （ lipopolysaccharide,LPS）[1]、尿 酸 結 晶 （ monosodium urate,MSU）[5]、ATP[6]、膽固醇結晶[7]、氧化低密度脂蛋白 （ oxidizedlow-density lipoprotein,ox-LDL）[8]等。關(guān)于其激活過(guò)程，目前認為可能與鉀離子流出機制[6]、活性氧 （ re-active oxygen species,ROS） 產(chǎn)生機制[9]和溶酶體損傷機制[10]有關(guān)。此外，NLRP3 炎癥體的激活還涉及TLRs 和核因子 κB （ nuclear factor-κB,NF-κB） 的相關(guān)通路[11].
NLRP3 炎癥體發(fā)揮作用的相關(guān)調控機制
氧化應激反應與 NLRP3 炎癥體的激活 氧化應激是指機體遭受各種刺激時(shí)體內氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產(chǎn)物堆積，導致機體損傷的一種病理過(guò)程，其中線(xiàn)粒體產(chǎn)生的 ROS 在氧化應激中發(fā)揮重要作用。近來(lái)研究發(fā)現，線(xiàn)粒體與 NLRP3 炎癥體的激活關(guān)系密切。多數研究認為，NLRP3 炎癥體激活是由線(xiàn)粒體與溶酶體相關(guān)作用介導的，且該過(guò)程主要與 ROS 的產(chǎn)生有關(guān)[12].如 ox-LDL 不僅在動(dòng)脈粥樣硬化 （ ather-osclerosis,AS） 的發(fā)病過(guò)程中起到重要作用，而且能夠刺 激 NLRP3 炎 癥 體 的 激 活，該 過(guò) 程 需 依 賴(lài)ROS[13-14].在高半胱氨酸存在的腎小球損傷及硬化過(guò)程中，內源性的超氧化物 （ O2-） 、過(guò)氧化氫 （ H2O2）在 NLRP3 炎癥體的形成和激活中有重要作用[15].
Zhou 等[16]通過(guò)阻斷呼吸鏈上的關(guān)鍵酶 Complex I 和Complex Ⅲ的方法促進(jìn) ROS 的生成，并在人單核細胞型淋巴瘤 THP1 細胞培養上清液中觀(guān)察到 ROS 的產(chǎn)生與 IL-1β 的生成相關(guān)，而在敲除 NLRP3 或 caspase-1 基因的 THP1 細胞中應用呼吸鏈酶抑制劑后并未觀(guān)測到IL-1β 的分泌。為了更直接地確定線(xiàn)粒體在 NLRP3 炎癥體激活中的作用，其在隨后的'研究中采用阻斷與ROS 產(chǎn)生關(guān)系更為密切的電壓依賴(lài)型陰離子通道（ voltage-dependent anion channels,VDAC） 的方式，通過(guò)短 發(fā) 夾 RNA （ short hairpin RNA,shRNA） 沉 默VDAC 基因，再應用 MSU 等刺激物后，炎癥體的激活受到明顯抑制。在人骨髓間充質(zhì)干細胞 （ human mar-row mesenchymal stem cells,hMSCs） 與巨噬細胞共培養的過(guò)程中，應用 LPS 或者 ATP 刺激巨噬細胞觀(guān)察NLRP3 炎癥體的激活情況，結果發(fā)現 hMSCs 可以分泌一種被稱(chēng)為斯鈣素 （ stanniocalcin,STC） -1 的抗凋亡蛋白，它可以通過(guò)抑制 ROS 產(chǎn)生來(lái)阻止 NLRP3 炎癥體激活及 IL-1β 分泌[17].此外，吞噬細胞表達的兩種蛋白 S100A8 和 S100A9 可以通過(guò) ROS 產(chǎn)生過(guò)程參與NLRP3 蛋白和 IL-1β 前體的表達[18].
另有不同觀(guān)點(diǎn)認為，NLRP3 炎癥體的激活并不一定依賴(lài) ROS 的產(chǎn)生。惡唑烷酮類(lèi)抗生素利奈唑胺可以不依賴(lài) ROS 而激活 NLRP3 炎癥體，ROS 可能并不是直接在 NLRP3 炎癥體激活中發(fā)揮作用，而是對成熟后的 IL-1β 的外排過(guò)程起作用。但無(wú)論是否依賴(lài) ROS,激活 NLRP3 的通路都與線(xiàn)粒體功能障礙相關(guān)，特別是與線(xiàn)粒體脂質(zhì)雙磷脂酰甘油相關(guān)，其可能機制為線(xiàn)粒體脂質(zhì)雙磷脂酰甘油可以直接與 NLRP3 結合組成聚合物來(lái)抑制 NLRP3 炎癥體的激活[19-20].因而有學(xué)者提出，線(xiàn)粒體參與 NLRP3 炎癥體激活的過(guò)程不僅是從ROS 產(chǎn)生途徑，還依賴(lài)于線(xiàn)粒體的整體功能[21].
內質(zhì)網(wǎng)應激反應與 NLRP3 炎癥體的激活 內質(zhì)網(wǎng)應激 （ endoplasmic reticulum stress,ERS） 在慢性炎癥類(lèi)疾病的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，而其與炎癥相關(guān)性的具體機制仍不清楚。多種 ERS 誘導劑可以引起IL-1β 的分泌，其主要機制可能是 ERS 通過(guò)作用于NF-κB 信號通路，促進(jìn) IL-1β 前體物質(zhì)的釋放并激活NLRP3 實(shí)現的[22].有研究顯示，在燙傷小鼠模型中注射 LPS 后，其肝臟組織中 NLRP3 炎癥體相關(guān)基因和ERS 相關(guān)基因蛋白表達量明顯增加[23].應用牛血清白蛋白刺激腎臟上皮細胞 （ NRK-52E） 可導致 NLRP3炎癥體的激活，同時(shí)表達的還有內質(zhì)網(wǎng)標志物鈣網(wǎng)蛋白，而應用�；切苋パ跄懰� （ taurine-conjugated ur-sodeoxycholic acid,TUDCA） 使細胞對 ERS 適應性增加后可以抑制炎癥體激活，表明 ERS 在炎癥體的激活過(guò)程中發(fā)揮作用，增強細胞對 ERS 的適應性可以抑制炎癥體的激活，進(jìn)而改善蛋白尿對腎上皮細胞的炎性損傷[24].X 盒結合蛋白 1 （ X-box-binding protein 1,XBP1） 是 ERS 反應的重要轉錄調控因子，是多種疾病的潛在治療靶點(diǎn)，相關(guān)研究顯示其可能通過(guò)內質(zhì)網(wǎng)相關(guān)瞬時(shí)感受器電位鈣離子通道蛋白 1 （ transient re-ceptor potential calcium channel protein 1,TRPC1） 分泌的一種新的信號肽參與 NLRP3 炎癥體調節的 IL-1β/IL-18 的成熟及下游免疫反應過(guò)程[25].未折疊蛋白反應 （ unfolded protein response,UPR） 是 ERS 中的一條重要信號通路。有研究認為，硫氧還原蛋白相互作用蛋白 （ thioredoxin-interacting protein,TXNIP） 在 UPR中起重要作用，且 TXNIP 的產(chǎn)生依賴(lài)需肌醇酶 1α（ inositol requiring kinase1α，IRE1α） ,上調 TXNIP 表達水平有助于 NLRP3 炎癥體的激活[26].ERS 之所以能夠引起 NLRP3 炎癥體激活并促進(jìn)促炎因子 IL-1β 釋放，可能與通過(guò)內質(zhì)網(wǎng)起作用的促炎信號和 NLRP3 炎癥體激活的相關(guān)機制如 ROS 產(chǎn)生、鉀離子外流等過(guò)程關(guān)系密切，在發(fā)生 ERS 的細胞內，NLRP3 炎癥體可以感知并響應 ERS 下游信號，最終通過(guò)不同于 UPR 的不典型 ERS 反應，使得 ERS 與慢性炎癥相聯(lián)系[27].
另有相反的觀(guān)點(diǎn)認為，促炎因子 IL-1β 的成熟、分泌與 ERS 相關(guān)，但與 NLRP3 炎癥體無(wú)關(guān)。應用 LPS刺激巨噬細胞使其發(fā)生 ERS,發(fā)現 IL-1β 前體物質(zhì)的成熟 在 ASC 蛋 白 缺 失 的 情 況 下 發(fā) 生，該 過(guò) 程 中caspase-8 起到重要作用，而 caspase-8 的激活又依賴(lài)TLR4 及其招募的 β 干擾 素 TIR 結構域銜接蛋白（ TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-β，TRIF） 信號分子，故認為 IL-1β 的成熟分泌與 NLRP3無(wú)關(guān)，而是通過(guò) TLR4-ERS 相關(guān)通路調控[28].
自噬反應與炎癥體激活的相互調控 自噬在疾病中的作用越來(lái)越受到人們的關(guān)注，新近研究發(fā)現，NLRP3 炎癥體與自噬能夠相互調控。自噬可以雙向調控 NLRP3 炎癥體的激活。在大鼠胰島瘤細胞系 （ insu-linoma cell line,INS-1 ） 中，棕櫚酸 （ palmitic acid,PA） 可以誘導自噬，將含有自噬相關(guān)基因 7 （ autoph-agy-related 7,Atg7） 片段的質(zhì)粒轉染入 INS-1 后，與對照組相比組織蛋白酶 B （ cathepsin B,CTSB） 、促炎因子表達均明顯增加； 在應用 siRNA 沉默 CTSB 后，IL-1β 等促炎因子表達減少； 沉默 NLRP3 基因后，與對照組相比 IL-1β 等促炎因子明顯減少，表明在 INS-1內自噬反應可以促進(jìn) NLRP3 炎癥體的激活，且該過(guò)程是通過(guò)過(guò)表達 CTSB 實(shí)現的[29].與此相反，在巨噬細胞離體實(shí)驗中，抑制自噬蛋白 LC3B 和 Beclin1 的表達后，在 LPS 或 ATP 刺激下 caspase-1、IL-1β/IL-18 的表達反而增加，進(jìn)一步實(shí)驗證明適度自噬反應可以維持線(xiàn)粒體的完整性，進(jìn)而抑制 NLRP3 炎癥體的激活[30].以上研究表明，自噬反應發(fā)生后對炎癥體激活是促進(jìn)還是抑制似乎與自噬程度相關(guān)。此外，炎癥體激活后也可以促進(jìn)或抑制自噬反應，但這種雙向調控的具體機制還不明確。通過(guò)激活炎癥體，尤其是NLRP3炎癥體，可以抑制線(xiàn)粒體自噬，影響線(xiàn)粒體的自我清除，進(jìn)而對 AS 等疾病進(jìn)展起到促進(jìn)作用[31].
也有相反的研究顯示，NLRP3 炎癥體的激活可以促進(jìn)自噬，應用 MSU 刺激骨母細胞 （ osteoblasts,OBs） 可以激活 NLRP3 炎癥體并誘導 NLRP3 依賴(lài)的自噬反應，同時(shí) NLRP3 炎癥體還參與調控 OBs 內尿酸結晶-自噬體 （ MSU-autophagosomes） 的形成[32].
總結與展望
模式識別受體在先天性免疫中發(fā)揮重要作用，其參與的無(wú)菌炎癥等反應在多種代謝性疾病中的作用越來(lái)越受到人們的重視。AS 等代謝性疾病的發(fā)生是以炎癥反應為主要改變的復雜病理過(guò)程，而炎癥體作為紐帶將炎癥與氧化應激、ERS、自噬等病理過(guò)程相聯(lián)系，為更深入研究相關(guān)疾病的發(fā)病機制并發(fā)現可能的有效治療靶點(diǎn)提供了方向。但目前相關(guān)研究還有很大局限性，如線(xiàn)粒體與 NLRP3 炎癥體的激活關(guān)系是否通過(guò) ROS 產(chǎn)生過(guò)程實(shí)現有待證實(shí)； 雖然多數研究肯定NLRP3炎癥體的激活與自噬作用相關(guān)，但炎癥體激活與自噬反應之間的雙向調控作用還有待進(jìn)一步探討�？傊�，炎癥體相關(guān)調控機制可能為AS、糖尿病等代謝性疾病的防治提供新的方向，需要更為深入的研究。
參考文獻
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