陳凌 甘華

腎臟炎癥反應(yīng)是對(duì)感染性或非感染性激活物產(chǎn)生的免疫應(yīng)答。NLRs（NOD樣受體家族）及其形成的多蛋白水解復(fù)合物—炎癥小體[1]（inflammasome），作為固有免疫系統(tǒng)感受器，能夠識(shí)別各種危險(xiǎn)信號(hào)，通過誘導(dǎo)細(xì)胞活化、細(xì)胞因子及炎癥介質(zhì)釋放，引起炎癥反應(yīng)。由于能被多種類型的病原體或危險(xiǎn)信號(hào)所激活，炎癥小體在多種疾病過程中都發(fā)揮了關(guān)鍵作用。本研究就炎癥小體的結(jié)構(gòu)、活化信號(hào)、激活通路及對(duì)腎臟疾病作用的近期研究作一綜述。

1 NLR家族及炎癥小體

在人類中已發(fā)現(xiàn)23種NLR家族蛋白分子，在小鼠中有35種分子[2]。NLR家族成員特征性結(jié)構(gòu)為：中間部分是NACHT結(jié)構(gòu)域，又稱NOD結(jié)構(gòu)域，主要在激活過程中介導(dǎo)自身寡聚化。C端是亮氨酸富集結(jié)構(gòu)域(LRR)，介導(dǎo)自身調(diào)控和識(shí)別PAMP（病原相關(guān)分子模式）。其N端是效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，主要介導(dǎo)蛋白之間的相互作用。已知主要存在4種N端結(jié)構(gòu)域:CARD結(jié)構(gòu)域（caspase recruitment domain）、PYD結(jié)構(gòu)域（pyrin domain）、BIR 結(jié)構(gòu)域(baculovirus inhibitory)和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域[3-4]。根據(jù)不同的N端結(jié)構(gòu)域，又可以將NLR家族分為CIITA、NOD、NLRP及IPAF/NAIP等4個(gè)亞家族。CIITA亞家族(class II transaetivator)N端為CARD和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，對(duì)于調(diào)節(jié)MHCII類分子的表達(dá)具有關(guān)鍵作用。NOD亞家族，N端為CARD結(jié)構(gòu)域，能夠識(shí)別細(xì)菌肽聚糖的不同亞單位，并激活下游NF-κB信號(hào)通路[5]。NLRP(nucleotide-binding oligomerization domain，leucine-rich repeat and pyrin， domain containing)亞家族有NLRP1～NLRP14等14個(gè)成員，N端為PYD結(jié)構(gòu)域，NLRP分子激活后募集PYD-CARD配體蛋白、ASC(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD)及caspase-1形成炎癥小體[6]。

炎癥小體是一種活化caspase-1的分子平臺(tái)。在微生物感染或細(xì)胞內(nèi)危險(xiǎn)信號(hào)存在時(shí)，caspase-1可通過與炎性小體結(jié)合而激活，從而裂解pro-IL-1β和pro-IL-18等炎癥因子前體使其成熟并釋放到胞外[7-8]。已經(jīng)報(bào)道通過形成炎癥小體發(fā)揮功能的分子主要有4個(gè)，包括IPAF、AIM-2、NLRP1和NLRP3，后者也是目前研究最多的一種炎癥小體。

2 NLRP3炎癥小體

2.1 NLRP3炎癥小體的活化信號(hào)

預(yù)激活的NLRP3炎癥小體包括NALP3、SGT1 (suppressor of the G2 allele of skp1) 和HSP90[9](heat shock protein 90kD，熱休克蛋白90)。SGT1-HSP90復(fù)合體共同維持NALP3炎癥小體處于無活性但能被激活的狀態(tài)[10]。炎癥小體激活時(shí)，SGT1和HSP90被釋放，NALP3 招募ASC 和caspase-1，實(shí)現(xiàn)自身寡聚化，使pro-caspase-1實(shí)現(xiàn)空間距離的接近， 進(jìn)而通過自身切割形成成熟的caspase-1[9-11]。Caspase-1的活化促使無活性的IL-1β前體被加工為成熟的有活性的形式并分泌到細(xì)胞外[12]。IL-1β進(jìn)一步激活I(lǐng)L-1受體復(fù)合體，導(dǎo)致炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)所涉及的多種細(xì)胞因子如IL-8、TNF-α和IL-17[9]等的活化。

NLRP3炎癥小體能感受胞質(zhì)內(nèi)多種微生物產(chǎn)物和代謝性應(yīng)激，很多PAMPs 和DAMPs 都能激活NLRP3炎癥小體[13-16]（表1）。

表1 NLRP3炎癥小體的活化信號(hào)

2.2 NLRP3炎癥小體的激活模式

到目前為止，對(duì)于NLRP3 炎癥小體的激活共提出3種模式。

第一種模式：晶體類物質(zhì)被細(xì)胞吞噬后，溶酶體被破壞并釋放組織蛋白酶B，通過某些直接或間接的方式激活NLRP3炎癥小體。例如，NLRP3激活發(fā)生在溶酶體蛋白酶激活之后。同時(shí)，在填充腺病毒或硅晶體的溶酶體的研究中，抑制成熟溶酶體或溶酶體蛋白酶可以有效阻斷炎癥小體的激活[17-20]。除了晶體，其他類型的NLRP3 炎癥小體的激活劑是否能夠破壞溶酶體還不清楚。

第二種模式：ATP-P2X7R激活后，其介導(dǎo)的離子通道打開，使鉀離子外流，鈣離子內(nèi)流，并使細(xì)胞膜上pannexin-1小孔開放，進(jìn)而微生物分子進(jìn)入胞質(zhì)，被NLRP3識(shí)別，激活炎癥小體[14,21-23]。此外，所有能介導(dǎo)該微孔結(jié)構(gòu)的微生物毒(如尼日利亞菌素、氣單胞菌溶素、刺尾魚毒素等)、酶類均可由此激活NLRP3炎癥小體[16]。

第三種模式：目前發(fā)現(xiàn)的所有NLRP3激活劑都能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS，ROS可作為共同信號(hào)激活NLRP3炎癥小體，并且ROS抑制劑或清除劑都能抑制NLRP3炎癥小體激活。周等人[24]證明NLRP3炎癥小體激活的最終共同通路是通過氧化應(yīng)激和硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）。正常狀態(tài)下，TXNIP連接抗氧化還原酶和硫氧還蛋白，氧化應(yīng)激后，TXNIP由硫氧還蛋白釋放并激活NLRP3。

除了這些模式，其他信號(hào)分子和細(xì)胞活動(dòng)也是NLRP3炎癥小體激活必不可少的。比如，在暴露于病原體后，CARD9，磷酸肌醇3 激酶和脾酪氨酸激酶等誘導(dǎo)表達(dá)pro-IL-1β并激活caspase-1[20，24]。

3 腎臟NLR基因的表達(dá)

炎癥小體相關(guān)基因在腎臟細(xì)胞及腎臟疾病中的表達(dá)仍不清楚。Lech等[25]對(duì)人類及小鼠固體器官中NLR基因的表達(dá)進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，除NLRP2和NLRP10外，大部分炎癥小體相關(guān)分子mRNA在腎臟中的表達(dá)低于脾臟。相反，除外NAIP和NLRP3，大部分NLR基因在小鼠腎臟中的表達(dá)高于脾臟。然而，腎臟組織中何種細(xì)胞表達(dá)炎癥小體仍不明了，僅有數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)小管上皮細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞能夠激活NLRP3-ASC-caspase-1軸，分泌成熟IL-1β和IL-18[26]。

4 炎癥小體在腎臟疾病中的作用

Akosua等[27]分析43例非糖尿病腎病患者腎活檢組織中NLRP3mRNA的表達(dá)，包括IgA腎病、微小病變腎病、膜性腎病、FAGS、狼瘡性腎炎、高血壓腎病、新月體腎炎及急性腎小管壞死，發(fā)現(xiàn)正常組織腎臟組織中NLRP3少量表達(dá)，在腎臟疾病中NLRP3表達(dá)顯著上調(diào)，且表達(dá)量與患者血肌酐水平呈正相關(guān)，提示炎癥小體在急慢性腎臟疾病中作用顯著。

4.1 炎癥小體與小管間質(zhì)性腎損傷

NLRP3炎癥小體在小管間質(zhì)性腎損傷中的重要作用受到廣泛關(guān)注。大量人類及動(dòng)物小管間質(zhì)性腎損傷模型（包括缺血再灌注損傷模型、鉑類所致啃齒類動(dòng)物腎小管損傷模型及UUO模型）中NLRP3-ASC-caspase-1-IL-1β-IL-18軸的相關(guān)分子水平顯著升高。在腎臟缺血-再灌注( I /R) 模型中，Iyer等[28]發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比，NALP3-/-和ASC-/-小鼠腎組織中性粒細(xì)胞侵潤(rùn)和腎功能損傷明顯減輕，小鼠死亡率顯著降低。在鉑類所致急性腎損傷模型中，caspase-1(-/-)小鼠能夠顯著減少腎組織中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，明顯減輕腎功能損傷及腎小管壞死[29]。在單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）模型中，Akosua等[27]通過觀察在UUO后3d、7d、14d 3個(gè)時(shí)間段，野生型小鼠、NLRP3+/-小鼠和NLRP3-/-小鼠腎組織炎癥、腎小管損傷和腎間質(zhì)纖維化等指標(biāo)的變化，發(fā)現(xiàn)野生型小鼠和NLRP3+/-小鼠NLRP3 mRNA表達(dá)、IL-18顯著上調(diào)且表達(dá)量隨時(shí)間增加，并伴有嚴(yán)重腎小管壞死，腎組織炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、細(xì)胞凋亡，腎間質(zhì)纖維化，及腎臟HMGB1、caspase-1、IL-1β水平顯著上升。與之相反，NALP3-/-小鼠能夠明顯延緩UUO后腎小管損傷，腎組織炎癥反應(yīng)和腎間質(zhì)纖維化，并顯著減輕其嚴(yán)重水平。說明NALP3炎性體在非免疫介導(dǎo)的小管間質(zhì)性腎損傷進(jìn)展中具有重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)更加有力的證實(shí)了炎癥小體在急性小管間質(zhì)性腎損傷中的作用。

4.2 炎癥小體與腎小球疾病

NLRP3炎癥小體及caspase-1在缺血后及梗阻后小管間質(zhì)炎癥反應(yīng)中作用顯著，但在腎小球炎癥中的作用還有待研究。Lich等[30]發(fā)現(xiàn)，在大鼠抗基底膜腎炎模型中，腎組織中pro-IL-1β、caspase-1、NLRP3 mRNA水平上調(diào)，并且導(dǎo)致顯著局灶節(jié)段性腎小球壞死、新月體形成及腎小管萎縮。但NLRP3-/-、ASC-/-、caspase-1-/-大鼠與野生型相比，腎臟組織病理、腎功能損傷等指標(biāo)的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明GBM抗血清所致新月體腎小球腎炎與NLRP3炎癥小體及ASC相關(guān)的caspase-1活化過程無關(guān)。體外培養(yǎng)的腎小球組織經(jīng)LPS/ATP刺激后，并不能導(dǎo)致caspase-1活化及成熟IL-1β分泌，而進(jìn)一步用LPS/ATP分別刺激足細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、腎小球內(nèi)皮細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)僅后者能夠活化caspase-1并分泌成熟IL-1β，說明腎組織中的免疫細(xì)胞，如CD11c+樹突狀細(xì)胞可以激活炎癥小體，但由于腎小球固有細(xì)胞不能誘導(dǎo)pro-IL-1β，使該作用在腎小球內(nèi)不能發(fā)揮。分別檢測(cè)NLRP3-ASC-caspase-1軸相關(guān)基因在微小病變腎病、IgA腎病、膜性腎病、急進(jìn)型腎小球腎炎、狼瘡性腎炎患者的腎小球及小管間質(zhì)中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)與MCD患者及健康對(duì)照相比，進(jìn)展性腎小球腎炎患者僅在小管間質(zhì)組織中存在炎癥小體相關(guān)基因表達(dá)顯著上調(diào)，表明由于能夠引起小管間質(zhì)炎癥反應(yīng)，進(jìn)展性腎小球疾病存在炎癥小體激活。

5 展望

炎癥小體作為胞內(nèi)模式識(shí)別受體，在激發(fā)和調(diào)節(jié)長(zhǎng)期免疫及炎癥反應(yīng)中起著重要的調(diào)控作用。不斷更新的數(shù)據(jù)表明，NLRP3-ASC-caspase-1軸參與了腎臟急、慢性炎癥反應(yīng)及組織重塑。然而，NALP3 炎性體的激活途徑及其與腎臟疾病關(guān)系的研究目前尚未深入，進(jìn)一步研究其激活機(jī)制和調(diào)控機(jī)制，將為治療相關(guān)炎性疾病提供新的思路與治療手段。

[1]Martinon F， Burns K， Tschopp J.The inflammasome: a molecular plat form triggering activation of inflammatory caspases and processing of pro-IL-beta[J].M ol Cell，2002，10:417-426.

[2]Schroder K，Tschopp J.The inflammasomes[J].Cell，2010，140（6）:821-832.

[3]Ting JP，Lovering RC，Alnemri ES，et al.The NLR gene family: A standard nomenclature[J].Immunity，2008，28（3）:285-287.

[4]Carneiro LA，Magalhaes JG，Tattoli I，et al.Nod-like proteins in inflammation and disease[J].J Pathol，2008，214(2):136-148.

[5]Kobayashi K，Inohara N，Hernandez LD，et al.RICK/Rip2/CARDIAK mediates signalling for receptors of the innate and adaptive immune systems[J].Nature，2002，416（6877）:194-199.

[6]Petrilli V，Dostert C，Muruve DA，et al.The inflammasome: a danger sensing complex triggering innate immunity[J].Curr Opin Immunol，2007，19:615-622.

[7]Shao W，Yeretssian G，Doiron K，et al.The caspase-1 digestome identifies the glycolysis pathway as a target during infection and septic shock[J].Biol Chem 2007，282:36321-36329.

[8]Martinon F，Tschopp J.Inflammatory caspases: Linking an intracellular innate immune system to autoinflammatory diseases[J].Cell，2004，117（5）: 561-574.

[9]Martinon F.Detection of immune danger signals by NALP3[J].J Leukoc Biol，2008，83(3):507-511.

[10]Mayor A，Martinon F，De Smedt T，et al.A crucial function of SGT1 and HSP90 in inflammasome activity links mammalian and plant innate immune responses[J].Nat Immunol，2007，8(5):497-503.

[11]Srinivasula SM，Poyet JL，Razmara M，et al.The PYRIN-CARD protein ASC is an activating adaptor for caspase-1[J].J Biol Chem，2002，277(24):21119-21122.

[12]Mariathasan S.ASC， Ipaf and Cryopyrin/Nalp3: bonafide intra cellular adapters of the caspase-1 inflammasome[J].Microbes Infect，2007，9(5): 664-671.

[13]Gross O，Poeck H，Bscheider M，et al.Syk kinase signaling couples to the Nlrp3 inflammasome for anti-fungal host defence[J].Nature，2009，459: 433-436.

[14]Muruve DA，Petrilli V，Zaiss AK，et al.The inflammasome recognizes cytosolic microbial and host DNA and triggers an innate immune response[J].Nature，2008， 452:103-107.

[15]Ichinohe T，Pang IK，Iwasaki A.Influenza virus activates inflammasomes via its intracellular M2 ion channel[J].Nat Immunol，2010，11:404-410.

[16]Mariathasan S，Weiss DS，Newton K，et al.Cryopyrin activates the inflammasome in response to toxins and ATP[J].Nature，2006，440: 228-232.

[17]Hornung V， Bauernfeind F，Halle A，et al.Silica crystals and aluminum salts activate the NALP3 inflammasome through phagosomal destabilization[J].Nat Immunol，2008，9:847-856.

[18]Zaiss AK，Vilaysane A，Cotter MJ，et al.Antiviral antibodies target adenovirus to phagolysosomes and amplify the innate immune response[J].J Immunol， 2009，182:7058-7068.

[19]Sharp FA， Ruane D，Claass B， et al.Uptake of particulate vaccine adjuvants by dendritic cells activates the NALP3 inflammasome[J].Proc Natl Acad Sci USA，2009，106:870-875.

[20]Shio MT，Eisenbarth SC，Savaria M，et al.Malarial hemozoin activates the NLRP3 inflammasome through Lyn and Syk kinases[J].PLoS Pathog，2009，5: e1000559.

[21]Li H，Ambade A， Re F.Cutting edge: Necrosis activates the NLRP3 inflammasome[J].J Immunol，2009，183:1528-1532.

[22]Ferrari D，Pizzirani C，Adinolfi E，et al.The P2X7 receptor: A key player in IL-1 processing and release[J].J Immunol，2006，176:3877-3883.

[23]Petrilli V， Papin S， Dostert C， et al.Activation of the NALP3 inflammasome is triggered by low intracellular potassium concentration[J].Cell Death Differ， 2007， 14: 1583-1589.

[24]Zhou R，Tardivel A，Thorens B，et al.Thioredoxin-interacting protein links oxidative stress to inflammasome activation[J].Nat Immunol，2010，11:136-140.

[25]Lech M，Avila-Ferrufino A，Skuginna V，et al.Quantitative expression of RIG-like helicase，NOD-like receptor and inflammasome-related mRNAs in humans and mice[J].Int Immunol，2010，22:717-728.

[26]Homsi E，Janino P，de Faria JB.Role of caspases on cell death，inflammation， and cell cycle in glycerol-induced acute renal failure[J].Kidney Int，2006，69: 1385-1392.

[27]Akosua V，Justin C，Mark E，et al.The NLRP3 Inflammasome Promotes Renal Inflammation and Contributes to CKD[J].J Am Soc Nephrol，2010，21:1732-1744.

[28]Iyer SS，Pulskens WP，Sadler JJ，et al.Necrotic cells trigger a sterile inflammatory response through the Nlrp3 inflammasome[J].Proc Natl Acad Sci USA，2009，106:20388-20393.

[29]Faubel S，Ljubanovic D，Reznikov L，et al.Caspase-1-deficient mice are protected against cisplatin-induced apoptosis and acute tubular necrosis[J].Kidney Int，2004，66:2202-2213.

[30]Licht J，Onkar P，Shrikant R，et al.Anti-GBM Glomerulonephritis Involves IL-1 but Is Independent of NLRP3/ASC Inflammasome-Mediated Activation of Caspase-1[J].Plos One，2011，6(10):e26778.