黃緯凌 楊 俊 楊 簡

(三峽大學(xué)心血管病研究所 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

NLRP3介導(dǎo)炎癥反應(yīng)在心血管疾病中的研究進(jìn)展

黃緯凌 楊 俊 楊 簡

(三峽大學(xué)心血管病研究所 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

NLRP3；MIRI；GSDMD蛋白；高血壓

1 NLRP3組成介紹

1.1 NOD樣受體(NLR) 模式識別受體(PRR)是固有免疫中的免疫受體，其與病原微生物表面的病原體相關(guān)分子模式相互識別和作用是啟動固有免疫應(yīng)答的關(guān)鍵。目前已知的PRR有四種：NLRs、Toll樣受體(TLR)、RIG樣解旋酶(RLHs)和C型凝集素(CTL)。與TLR這個(gè)膜結(jié)合受體不同，NLR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)病原體的先天免疫。到目前為止，NLR內(nèi)發(fā)現(xiàn)了23個(gè)人類相關(guān)基因。NLR由三個(gè)部分組成：中央核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域、C端富含亮氨酸重復(fù)序列(LRRs)和N-末端的半胱天冬酶(Caspase)區(qū)域。NLR的上游信號通過與C端LRR結(jié)構(gòu)域的結(jié)合與改變N端結(jié)構(gòu)域，從而產(chǎn)生一系列炎癥應(yīng)答〔1〕。

1.2 凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC) ASC最初發(fā)現(xiàn)形成了蛋白質(zhì)凋亡細(xì)胞中的沉淀物，在炎癥反應(yīng)、腫瘤發(fā)生、細(xì)胞凋亡和核因子(NF)-κB信號通路的調(diào)節(jié)中有關(guān)鍵作用，其包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)是折疊熱蛋白(PYD)，另一個(gè)是CARD招募域。ASC與NLRP3通過PYD相互作用，NLRP3活化后激活A(yù)SC表達(dá)pro-Caspase-1和 pro-IL-1β。通過活化CARD，ACS讓pro-Caspase-1反復(fù)自我切割，最終形成有活性的Caspase-1 介導(dǎo)細(xì)胞凋亡〔2〕。

2 NLRP3的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

2.1 NLRP3主要信號途徑 目前已經(jīng)提出了幾種主要的有關(guān)NLRP3誘導(dǎo)Caspase-1的激活機(jī)制：①鉀離子外流；②活性氧水平升高；③線粒體損傷；④溶酶體破裂。最近發(fā)現(xiàn)，NLRP3在造血髓樣細(xì)胞，如樹突狀細(xì)胞，單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞內(nèi)均有不同程度的表達(dá)〔3〕。線粒體產(chǎn)生的活性氧在巨噬細(xì)胞內(nèi)被脂多糖(LPS)刺激是觸發(fā)激活NLRP3炎性小體的主要機(jī)制〔4〕。LPS激活Caspases-11然后活化GSDMD蛋白〔5〕，一個(gè)在細(xì)胞炎性壞死中發(fā)揮關(guān)鍵作用的蛋白質(zhì)。Shi等發(fā)現(xiàn)〔6〕，GSDMD缺陷的細(xì)胞可以抵抗胞質(zhì)LA和炎性體配體誘導(dǎo)的炎癥壞死，顯著降低Caspase-1釋放。GSDMD蛋白促進(jìn)NLRP3活化，激活A(yù)SC蛋白，從而導(dǎo)致Caspase-1大量表達(dá)釋放促炎性細(xì)胞因子IL-1，IL-18，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Caspase-1的表達(dá)通過正反饋?zhàn)饔么龠M(jìn)GSDMD蛋白增加，也可直接導(dǎo)致細(xì)胞焦亡。Okada等〔7〕發(fā)現(xiàn)溶酶體破裂誘導(dǎo)的c-Jun氨基末端激酶(JNK)活化可以激活NLRP3。并且鈣離子可有效調(diào)節(jié)NLRP3炎性小體的激活。溶酶體破裂致使鈣離子從溶酶體內(nèi)流到胞質(zhì)，激活CAMKⅡ-TAK1-JNK通路促進(jìn)NLRP3的活化。NLRP3的誘導(dǎo)劑引起的異常線粒體代謝減少輔酶NAD+的濃度，從而抑制NAD+依賴的微管蛋白去乙?；?。He等〔8〕研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物NIMA相關(guān)激酶家族(NEK7)，一種酶通過和NLRP3結(jié)合蛋白作用的介導(dǎo)鉀離子外流調(diào)節(jié)和激活下游NLRP3。缺少NEK7，Caspase-1就不會就不會響應(yīng)激活的NLRP3關(guān)于釋放IL-1β的信號。

2.2 NLRP3其他信號途徑 除了主要的激活NLRP3的信號通路外，還有一些其他通路。例如，過量的細(xì)胞活性鐵可以激活NLRP3。肝細(xì)胞可產(chǎn)生鐵調(diào)素，一種由肝臟產(chǎn)生的肽類激素，主要調(diào)節(jié)哺乳動物的鐵離子代謝，鐵過載導(dǎo)致的NLRP3激活，能在網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞局部產(chǎn)生鐵富集現(xiàn)象，這一過程與組織器官的纖維化作用相關(guān)〔9〕。一些分子，如NO、MnS、Gpsm3和CARD8在調(diào)節(jié)NLRP3復(fù)合物的組裝也起著至關(guān)重要的作用。Gpsm3和CARD8直接綁定到NLRP3炎性小體進(jìn)行負(fù)調(diào)控。NO和MnS抑制焦亡小體的形成〔10〕。Haneklaus等〔11〕通過基因研究也發(fā)現(xiàn)，miRNA-223可以對NLRP3的基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過靶向抑制NLRP3C端LRR結(jié)構(gòu)域表達(dá)從而防止NLRP3積累。

3 NLRP3介導(dǎo)MIRI中的炎癥作用

早期血運(yùn)重建已經(jīng)被證實(shí)是急性心肌梗死首選治療方法，然而同時(shí)引起的MIRI是影響遠(yuǎn)期預(yù)后的重要因素。圍繞改善MIRI后抑制NLRP3表達(dá)相關(guān)藥物的研究意義重大。Yan等〔12〕研究發(fā)現(xiàn)ω-3脂肪酸(U-3 FA)抑制Caspase-1激活NLRP3和IL-1β的分泌。U-3 FA在體內(nèi)抗動脈粥樣硬化作用與其通過抑制NLRP3炎性小體的激活來防止高脂飲食引起的代謝紊亂相關(guān)。研究表明，U-3FA可以通過激活G蛋白偶聯(lián)受體GPR40和GPR120抑制NLRP3的活化。膽固醇的積累可以誘發(fā)NLRP3在巨噬細(xì)胞中激活，而IL-1β和IL-18β是已知調(diào)節(jié)和加速動脈粥樣硬化的重要因子〔13〕。Wang等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)丁酸鈉可以抑制NLRP3通路有效減少小鼠MIRI的發(fā)生，這一發(fā)現(xiàn)極有可能改善患者早期血運(yùn)重建后的遠(yuǎn)期預(yù)后。Wang等〔15〕也發(fā)現(xiàn)7-羥基香豆素(UMB)通過上調(diào)對NLRP3/TXNIP信號通路的抑制作用抑制炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生在MIRI中發(fā)揮有益作用。正常情況下TRX復(fù)合物普遍存在于細(xì)胞內(nèi)，TRX相關(guān)蛋白(TXNIP)少量存在，氧化應(yīng)激時(shí)復(fù)合物解離，TXNIP與NLRP3的LRR區(qū)域結(jié)合激活NLRP3〔16〕。由于IL-1是主要的介導(dǎo)心肌缺血再灌注損傷的物質(zhì)，在激活NLRP3后其水平顯著提高。因此可以考慮將NLRP3作為評價(jià)MIRI患者預(yù)后的敏感指標(biāo)〔17〕。

4 NLRP3介導(dǎo)高血壓的炎癥作用

抗炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α、IL-1β在高血壓大鼠在調(diào)節(jié)中起重要作用，IL-1β可以誘導(dǎo)并放大其他細(xì)胞因子的分泌，抑制IL-1β和NLRP3活性，可有效降低交感神經(jīng)興奮性從而減輕高血壓〔18〕。吡非尼酮是一種小分子藥物具有抗炎抗纖維化用，它可以減輕成纖維細(xì)胞的增殖和活化及表達(dá)促纖維化因子，如轉(zhuǎn)化生長因子，在炎癥反應(yīng)與組織修復(fù)中發(fā)揮作用。Wang等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)吡非尼酮顯著抑制NLRP3表達(dá)，降低炎性細(xì)胞因子TGF-β1、IL-1β在心肌細(xì)胞中的表達(dá)，治療高血壓導(dǎo)致的心肌纖維化。對吡非尼酮的研究還發(fā)現(xiàn)，其不僅可以抑制NLRP3誘導(dǎo)IL-1β產(chǎn)生和Caspase-1激活的作用，還可以通過抑制自噬作用抑制NLRP3的激活〔20〕。因此吡非尼酮可能是一個(gè)潛在的治療NLRP3炎性小體導(dǎo)致高血壓疾病的藥物。與正常人相比，擁有功能多態(tài)性NLRP3基因的人群更容易發(fā)生高血壓。Krishnan等〔21〕研究證實(shí)，NLRP3抑制劑對高血壓大鼠的收縮壓增高這一現(xiàn)象有明顯逆轉(zhuǎn)作用，且在NLRP3-/-大鼠體內(nèi)，血壓波動較小。以上研究均表明，針對NLRP3的治療將可能成為治療高血壓的新靶點(diǎn)。

5 結(jié) 論

NLRP3信號通路導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的機(jī)制仍有不清楚的地方，隨著對NLRP3導(dǎo)致炎癥的分子機(jī)制的研究深入，將會有更多針對抑制NLRP3信號通路來緩解炎癥，延緩或逆轉(zhuǎn)冠脈粥樣硬化過程。目前NLRP3治療MIRI的研究尚處于動物實(shí)驗(yàn)階段，但有關(guān)NLRP3信號通路的研究可能為MIRI的防治提供了一個(gè)新思路?，F(xiàn)有的針對高血壓的藥物主要通過利尿、鈣通道阻滯、抑制交感神經(jīng)、擴(kuò)張血管發(fā)揮效應(yīng)，而針對NLRP3控制的炎性信號通路的研究可能會為高血壓的研究提供新方法。

1 Chen S，Sun B.Negative regulation of NLRP3 inflammasome signaling〔J〕.Protein Cell，2013；4(4)：251-8.

2 Latz E，Xiao TS，Stutz A.Activation and regulation of the inflammasomes〔J〕.Nat Rev Immunol，2013；13(6)：397-411.

3 Pérez-Figueroa E，Torres J，Sánchez-Zauco N，etal.Activation of NLRP3 inflammasome in human neutrophils by Helicobacter pylori infection〔J〕.Innate Immun，2016；22(2)：103-12.

4 Ren JD，Wu XB，Jiang R，etal.Molecular hydrogen inhibits lipopolysaccharide-triggered NLRP3 inflammasome activation in macrophages by targeting the mitochondrial reactive oxygen species〔J〕.Biochim Biophys Acta，2016；1863(1)：50-5.

5 de Vasconcelos NM，Van Opdenbosch N，Lamkanfi M.Inflammasomes as polyvalent cell death platforms〔J〕.Cell Mol Life Sci，2016;73(11-12):2335-47.

6 Shi J，Zhao Y，Wang K，etal.Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death〔J〕.Nature，2015；526(7575)：660-5.

7 Okada M，Matsuzawa A，Yoshimura A，etal.The lysosome rupture-activated TAK1-JNK pathway regulates NLRP3 inflammasome activation〔J〕.J Biol Chem，2014；289(47)：32926-36.

8 He Y，Zeng MY，Yang D，etal.NEK7 is an essential mediator of NLRP3 activation downstream of potassium efflux〔J〕.Nature，2016；530(7590)：1-16.

9 Nakamura K，Kawakami T，Yamamoto N，etal.Activation of the NLRP3 inflammasome by cellular labile iron〔J〕.Exp Hematol，2016；44(2)：116-24.

10 Jo EK，Kim JK，Shin DM，etal.Molecular mechanisms regulating NLRP3 inflammasome activation〔J〕.Cell Mol Immunol，2016；13(2)：148-59.

11 Haneklaus M，Gerlic M，Kurowska-Stolarska M，etal.Cutting edge：miR-223 and EBV miR-BART15 Regulate the NLRP3 Inflammasome and IL-1beta Production〔J〕.J Immunol，2012，189(8)：3795-9.

12 Yan Y，Jiang W，Spinetti T，etal.Omega-3 fatty acids prevent inflammation and metabolic disorder through inhibition of NLRP3 inflammasome activation〔J〕.Immunity，2013;38(6)：1154-63.

13 Kunnas T，M??tt? K，Nikkari ST.NLR family pyrin domain containing 3(NLRP3) inflammasome gene polymorphism rs7512998 (C>T) predicts aging-related increase of blood pressure，the TAMRISK study〔J〕.Immun Ageing，2015;12(19)：1-5.

14 Wang X，He G，Peng Y，etal.Sodium butyrate alleviates adipocyte inflammation by inhibiting NLRP3 pathway〔J〕.Sci Rep，2015;5(12676)：1-10.

15 Wang X，Li R，Wang X，etal.Umbelliferone ameliorates cerebral ischemia-reperfusion injury via upregulating the PPAR gamma expression and suppressing TXNIP/NLRP3 inflammasome〔J〕.Neurosci Lett，2015;600：182-7.

16 Minutoli L，Puzzolo D，Rinaldi M，etal.ROS-Mediated NLRP3 Inflammasome Activation in Brain，Heart，Kidney，and Testis Ischemia/Reperfusion Injury〔J〕.Oxid Med Cell Longev，2016;2016:2183026.

17 Abderrazak A，Syrovets T，Couchie D，etal.NLRP3 inflammasome：From a danger signal sensor to a regulatory node ofoxidative stress and inflammatory diseases〔J〕.Redox Biol，2015;4：296-307.

18 Qi J，Yu XJ，Shi XL，etal.NF-jB blockade in hypothalamic paraventricular nucleus inhibits high-salt-induced hypertension through NLRP3 and caspase-1〔J〕.Cardiovasc Toxicol，2016;16(4):345-54.19 Wang Y，Wu Y，Chen J，etal.Pirfenidone attenuates cardiac fibrosis in a mouse model of TAC-induced left ventricular remodeling by suppressing NLRP3 inflammasome formation〔J〕.Cardiology，2013;126(1)：1-11.

20 Yu SX，Du CT，Chen W，etal.Genipin inhibits NLRP3 and NLRC4 inflam-masome activation via autophagy suppression〔J〕.Sci Rep，2015;5(17935)：1-12.

21 Krishnan SM，Dowling JK，Ling YH，etal.Inflammasome activity is essential for one kidney/deoxycorticosterone acetate/salt-induced hypertension in mice〔J〕.Br J Pharmacol，2016;173(4)：752-65.

〔2015-12-20修回〕

(編輯 李相軍)

國家自然科學(xué)基金(81170133，81470387);湖北省科技支撐計(jì)劃(No.2015BKA340);2016三峽大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金(No.SDYC2016093)

楊 俊(1962-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事心血管疾病的臨床及基礎(chǔ)研究。

黃緯凌(1991-)，男，在讀碩士，主要從事心血管系統(tǒng)研究。

R541.9

A

1005-9202(2016)24-6289-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.24.118