潘 盼(綜述),陳海冰(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院內分泌代謝科 上海市糖尿病研究所 上海市糖尿病重點實驗室 上海市糖尿病臨床醫(yī)學中心，上海 200233)=

隨著糖尿病病程的延長，糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生率也逐年增加，通過糖尿病并發(fā)癥發(fā)生機制的研究，對其進行早期的預防、診斷和治療至關重要。糖尿病并發(fā)癥的研究已經明確,炎癥在誘發(fā)糖尿病并發(fā)癥中發(fā)揮著重要作用。目前，新的研究又發(fā)現(xiàn)核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥體與糖尿病及其并發(fā)癥的產生及發(fā)展有關[1-3]。該文就NLRP3,炎癥體與糖尿病并發(fā)癥的最近研究成果進行綜述，探討NLRP3炎癥體與糖尿病并發(fā)癥的關系，為糖尿病并發(fā)癥的早期診治提供新的方向。

1 NLRP3炎癥體

NLRP3炎癥體是核苷酸結合寡聚化結構域樣受體被激活后形成的巨大的蛋白復合體——炎癥體，包含NLRP3、細胞凋亡相關的斑點樣蛋白質(apoptosis-associated speck-like protein，ASC)和caspase-1前體。NLRP3又稱cryopyrin、PYPAF1或Nalp3，由寒冷誘導自身炎癥綜合征1基因編碼,是核苷酸結合寡聚化結構域樣受體家族成員之一，由N端熱蛋白結構域(pyrin domain,PYD)、C端亮氨酸重復序列和中間的核苷酸結合寡聚域(NOD domain,NACHT)三部分組成。ASC亦稱TMS1，由PYCARD基因編碼，是一種連接蛋白，其結構包括N端PYD結構域和C端CARD。NLRP3的激活可致其PYD結構域與ASC的PYD結構域連接,導致ASC的CARD與caspase-1的CARD結合，由此完成NLRP3炎性體的裝配[4]。

NLRP3炎癥體可以激活胱天蛋白酶caspase-1,進而對白細胞介素(interluekin,IL)1β和IL-18等炎性因子的前體形式進行切割，使其成熟并釋放到胞外，引起炎性反應。近年來，對糖尿病炎癥機制的研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β、活性氧類(reactive oxygen species，ROS)、硫氧還蛋白相互作用蛋白與2型糖尿病的發(fā)病有關。慢性高血糖下，持續(xù)高血糖誘導產生ROS，ROS可以直接激活NLRP3炎癥體或通過刺激硫氧還蛋白釋放硫氧還蛋白相互作用蛋白間接激活NLRP3炎癥體，進而引起IL-1β的成熟和分泌,導致β細胞死亡或功能障礙，進一步加重慢性高血糖，導致糖尿病惡化；其中NLRP3炎癥體激活是糖尿病炎癥機制的中心環(huán)節(jié)[1]。

核苷酸結合寡聚化結構域蛋白受體屬于胞內感應分子，不但可以識別病原相關分子模式、損傷相關分子模式，還可識別環(huán)境刺激因素，激活NLRP3炎癥體[5]。目前發(fā)現(xiàn)的NLRP3炎癥體激活機制主要有三種:①晶體類物質被細胞吞噬后，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炎癥體[6]，故抑制成熟溶酶體或溶酶體蛋白酶可以有效阻斷炎癥體的激活[7]；②細胞外的ATP結合細胞膜表面的嘌呤受體P2X7R，使其介導的離子通道打開，導致鉀離子外流，鈣離子內流，并誘導細胞膜上的泛連接蛋白1小孔開放，進而微生物分子進入胞質，被NLRP3識別，激活炎癥體[8]；③目前發(fā)現(xiàn)的所有NLRP3激活劑都能夠誘導產生ROS，即ROS可作為共同信號激活NLRP3炎癥體，導致ASC和caspase-1前體寡聚化和募集，并引發(fā)caspase-1前體的自我剪切和激活，激活的caspase-1 剪切IL-1β前體，促進IL-1β的成熟和分泌，導致細胞毒性反應和炎性反應[1]。而在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，動脈粥樣硬化和糖尿病腎病患者的NLRP3、IL-1β上調，這很可能意味著在疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中存在NLRP3炎癥體被激活[3,9]。

2 NLRP3炎癥體和糖尿病大血管病變——動脈粥樣硬化

糖尿病大血管病變主要累及主動脈、冠狀動脈、腦動脈等部位，表現(xiàn)為動脈粥樣硬化。相對于非糖尿病人群，糖尿病人群中動脈粥樣硬化的患病率較高，發(fā)病年齡較輕，病情進展較快,同時糖尿病(主要是2型糖尿病)人群動脈粥樣硬化的易患因素，如肥胖、高血壓、脂代謝異常等的發(fā)生率均明顯增高。

2.1動脈粥樣硬化與炎癥 目前，動脈粥樣硬化的發(fā)病機制可被歸納為：慢性或反復的內皮損傷、血脂沉積及其氧化作用、單核巨噬細胞和平滑肌細胞反應等。研究發(fā)現(xiàn)，剔除參與動脈粥樣硬化的炎癥基因，在幾乎所有情況下均會導致動脈粥樣硬化減少，但這種改變在動脈粥樣硬化早期比較明顯，在后期動脈粥樣硬化的進展中則并不明顯[10]。而無論是以何種形式發(fā)生的動脈粥樣硬化，均有各種生長因子和細胞因子(包括IL-1β、IL-18等)參與，存在動脈壁免疫細胞聚集，具有炎癥性疾病的特征[11]。

2.2炎癥與膽固醇結晶 無菌鼠動脈粥樣硬化模型的成功構建提示動脈粥樣硬化的炎癥是內源性的[12]，與其相關的內源性分子之一是膽固醇[13]。高血膽固醇水平與動脈粥樣硬化性疾病的發(fā)展密切相關。在動脈粥樣硬化病變靠近激活的免疫細胞處，可以發(fā)現(xiàn)大量的不同形式的膽固醇，如在巨噬細胞、泡沫細胞以膽固醇酯形式存在，在胞內/外則以晶體膽固醇形式存在。另外，最近的激光反射顯微鏡已經發(fā)現(xiàn)，在動脈粥樣硬化病變處除了組織中有膽固醇晶體沉淀外，在細胞外空間以及免疫細胞中也存在更多、更小的膽固醇晶體。

2.3NLRP3炎癥體與動脈粥樣硬化 Menu等[14]研究使用apoE缺陷小鼠動脈粥樣硬化模型的研究證實，NLRP3炎癥體在動脈粥樣硬化發(fā)生和發(fā)展過程中必不可少。體外實驗表明，在小鼠及人類細胞，膽固醇晶體可以通過激活NLRP3炎癥體刺激早期巨噬細胞分泌大量的IL-1β誘發(fā)炎性反應[9,15]。將缺乏NLRP3、ASC或IL-1α/β的小鼠骨髓轉移到受過輻射的有動脈粥樣硬化性傾向的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)受體缺陷的小鼠，且高膽固醇喂養(yǎng)，與植入野生型小鼠相比，前者主動脈病變顯著減少，且循環(huán)中IL-18的水平降低[9]。由此可以得知，小鼠動脈粥樣硬化與炎癥體激活有關，且其動脈粥樣硬化硬化程度與LDL及IL-18有關，LDL受體缺陷或低IL-18水平者動脈粥樣硬化病變較輕。

LDL是動脈粥樣硬化進展的核心，早期即在動脈內膜沉積，發(fā)生修飾(如氧化)，形成變性LDL，并促進單核細胞募集，形成富含膽固醇的巨噬細胞泡沫細胞[11]。變性LDL首先被巨噬細胞Toll樣受體(如Toll樣受體4/6、CD14)和各種清道夫受體(如CD36、清道夫受體A)識別，通過骨髓分化主要反應蛋白88及IL-1受體相關激酶4的激酶活性產生信號，激活核因子κB，進而允許pro-IL-1β和NLRP3炎癥體的上調，引起IL-1β表達增加。此外，LDL的氧化依賴于巨噬細胞和上皮細胞周圍產生的ROS，氧化的LDL本身也會誘使ROS生成。變性LDL也可以誘導膽固醇晶體被巨噬細胞吞噬，引起溶酶體破裂，溶酶體蛋白酶釋放；與此同時，組織蛋白酶與ROS結合介導NLRP3炎癥體激活，對caspase-1前體進行剪切，促進細胞因子IL-1的成熟和分泌，造成持續(xù)的炎癥體組件上調以及炎性反應，導致大量的免疫細胞浸潤和動脈粥樣硬化斑塊形成的進展[2]。

3 NLRP3炎癥體與微血管病變——糖尿病腎病

微血管病變是糖尿病的特異性并發(fā)癥，典型改變?yōu)槲⒀h(huán)障礙和微血管基膜增厚，尤以糖尿病腎病為重。當前，糖尿病腎病發(fā)病率逐年升高，已成為慢性腎衰竭的主要原因。高尿酸血癥、高脂血癥及炎癥均與糖尿病腎病的進展與惡化密切相關[3]。最近的研究表明，NLRP3炎癥體介導的炎癥與腎臟損傷進展有關[16-17]。

3.1糖尿病腎病NLRP3激活的證據 已知NLRP3炎癥體由NLRP3、ASC及caspase-1組成。最近的動物研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥體-caspase-1-IL-1β/IL-18軸在腎臟疾病中起著重要作用[3]。NLRP3炎癥體可以通過調控caspase-1的激活而促進IL-1β、IL-18成熟?；继悄虿r，循環(huán)及局部促炎因子IL-1β、IL-18水平的升高可以誘發(fā)持續(xù)的炎癥，進而造成糖尿病患者腎臟損傷的發(fā)生和發(fā)展。Wang等[3]關于STZ大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，STZ誘導的伴有高尿酸血癥和高脂血癥的糖尿病腎病模型中，除IL-1β、IL-18的水平升高外，NLRP3炎癥體的組件ASC、caspase-1存在過度表達。以上證據表明，在糖尿病腎病發(fā)生、發(fā)展過程中，NLRP3炎癥體被激活。

3.2糖尿病腎病與尿酸 糖尿病腎病患者腎功能減退，腎小球濾過功能受損，尿酸濾過減少，導致血漿尿酸水平增高，在腎小球功能受損早期，即可出現(xiàn)高尿酸血癥。此外，糖尿病患者脂質代謝紊亂會導致尿酸鹽清除延遲，血清尿酸水平升高[18]；而非酯化脂肪酸也可以通過協(xié)同作用提高尿酸水平[19]。因此，研究發(fā)現(xiàn)血清尿酸水平升高可能與糖尿病腎病進展有關[20-21]。進一步的干預研究發(fā)現(xiàn)，尿酸合成抑制劑——別嘌呤醇可以降低血清總膽固醇和三酰甘油水平，減輕果糖喂養(yǎng)糖尿病大鼠的腎臟病理改變程度[22-23]。而在2型糖尿病db/db小鼠和糖尿病腎損傷患者，別嘌呤醇同樣也起到了腎臟保護作用[3]。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)口服黃酮類藥物——槲皮素可以通過調節(jié)大鼠腎尿酸鹽轉運相關蛋白(如葡萄糖轉運蛋白9、腎臟尿酸轉運蛋白、有機陰離子轉運蛋白1、尿酸鹽轉運子等)降低尿酸水平，減輕果糖誘導的糖尿病大鼠的高尿酸血癥和腎功能紊亂[22-23]。與此同時，研究還發(fā)現(xiàn)槲皮素可以防止糖尿病大鼠的腎臟損傷[24]。動物的干預研究表明，高尿酸血癥可以在糖尿病基礎上誘發(fā)或加重腎臟損傷，通過降低血清尿酸水平可以有效預防或減輕糖尿病腎病。當前大量的流行病學研究證實，糖尿病腎病患者血尿酸水平與腎臟損害密切相關,且對糖尿病腎病發(fā)生、發(fā)展起促進作用[25]。Momeni等[26]有關尿酸與糖尿病腎病的人群干預性研究亦證實，降尿酸藥物別嘌呤醇可以通過降低血尿酸水平，延緩糖尿病腎病的進展。這些結果與動物研究結果完全一致。

3.3尿酸與NLRP3激活：相關性研究和干預研究 目前研究已經發(fā)現(xiàn)，STZ誘導的腎臟炎癥與在高尿酸血癥和脂質紊亂狀態(tài)下NLRP3炎癥體激活有關。相關試驗的蛋白質印跡法和多聚酶鏈反應分析均表明，鏈脲佐菌素誘導大鼠腎臟NLRP3炎癥體及其組件ASC、caspase-1表達增加[3]。而通過降尿酸藥(如別嘌呤醇、槲皮素)降低尿酸和血脂水平，NLRP3炎癥體激活可能被抑制，并且可以防止STZ誘導的腎臟損傷[3]。其他的研究發(fā)現(xiàn)，尿酸可以導致促炎細胞因子(如IL-1β和IL-18)的分泌，高尿酸水平也是誘發(fā)肺損傷中NLRP3炎癥體激活的一個重要因素[6]。這些研究結果提示，高尿酸水平與NLRP3炎癥體激活有關。根據目前已發(fā)現(xiàn)的NLRP3炎癥體激活機制，可以推測尿酸可能通過溶酶體吞噬尿酸結晶，或激活ROS，或經由巨噬細胞Toll樣受體/清道夫受體識別信號而激活NLRP3炎癥體，促進IL-1β和IL-18的成熟和分泌而誘發(fā)腎臟炎癥，導致糖尿病腎病的發(fā)生和發(fā)展。

4 結 語

NLRP3炎癥體是核苷酸結合寡聚化結構域樣受體被激活后形成的巨大的蛋白復合體，在高血糖、肥胖、高脂血癥、高尿酸血癥等因素刺激下，巨噬細胞Toll樣受體和清道夫受體可識別信號，進而激活NLRP3炎癥體，促進IL-1β、IL-18的成熟和分泌，產生強大的內源性炎性反應，誘導糖尿病動脈粥樣硬化及糖尿病腎病發(fā)生及發(fā)展。目前的研究已初步闡明NLRP3炎癥體在動脈粥樣硬化中的作用機制，但其在糖尿病腎病的作用機制還不甚明確，僅能確定高尿酸血癥可能與之相關?，F(xiàn)有的研究已證實，通過藥物(如別嘌呤醇)干預減少動物及糖尿病腎病患者體內NLRP3炎癥體激活的刺激信號(即高尿酸)，可以有效減少NLRP3炎癥體激活，降低血清IL-1β/IL-18水平，從而預防甚至減輕糖尿病腎病。進一步研究NLRP3在動脈粥樣硬化和糖尿病腎病的炎癥作用機制，甚至NLRP3炎癥體對糖尿病其他并發(fā)癥 (如糖尿病視網膜病變、中樞神經系統(tǒng)并發(fā)癥等)的炎癥作用機制前景廣闊；NLRP3炎癥體可以作為新的干預靶點，為未來糖尿病及其并發(fā)癥的防治提供新的方向。

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