時(shí)建銓 徐俊

阿爾茨海默?。ˋD）是導(dǎo)致老年人群認(rèn)知功能障礙的最常見疾病，已經(jīng)成為全球重大公共健康問題［1］。迄今阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制仍不明確，現(xiàn)有的一線藥物均不能有效延緩或阻止疾病進(jìn)展，多項(xiàng)藥物臨床試驗(yàn)相繼折戟沉沙［2］。持續(xù)過度的炎癥反應(yīng)在阿爾茨海默病的病理生理學(xué)機(jī)制中發(fā)揮重要作用［3］，其中，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3）炎癥小體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，抑制NLRP3炎癥小體的激活可以改善阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因模型的行為學(xué)和病理?yè)p害［4］。本文擬就NLRP3炎癥小體結(jié)構(gòu)和激活機(jī)制、參與阿爾茨海默病炎癥反應(yīng)機(jī)制、特異性NLRP3炎癥小體抑制劑以及潛在阿爾茨海默病治療策略進(jìn)行綜述。

一、NLRP3炎癥小體的分子結(jié)構(gòu)、組裝及激活機(jī)制

固有免疫通過模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別病原相關(guān)分子模式（PAMP）和損傷相關(guān)分子模式（DAMP），以清除病原體和受損宿主細(xì)胞并修復(fù)損傷組織；模式識(shí)別受體包括Toll樣受體（TLR）、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體（NLR）、RIG?I樣受體（RLR）等，激活后啟動(dòng)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，介導(dǎo)免疫反應(yīng)，其中某些NOD樣受體激活后可以形成炎癥小體，從而導(dǎo)致炎性反應(yīng)［5］。

NLRP3炎癥小體是目前研究最多的一種炎癥小體，包括NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（ASC）和Caspase?1 前體共三部分［6］，其中，NLRP3 包含羧基端（C端）富含亮氨酸重復(fù)序列（LRR）結(jié)構(gòu)域、中間NOD結(jié)構(gòu)域以及氨基端（N端）熱蛋白結(jié)構(gòu)域（PYD），C端LRR結(jié)構(gòu)域識(shí)別PAMP或DAMP后，中間NOD結(jié)構(gòu)域即介導(dǎo)自身寡聚化，繼而N端PYD結(jié)構(gòu)域與ASC相結(jié)合，募集Caspase?1前體，激活NLRP3炎癥小體，促進(jìn)白細(xì)胞介素（IL）?1β和18的活化成熟［7］。

NLRP3炎癥小體可以通過識(shí)別外來危險(xiǎn)信號(hào)（如細(xì)菌、病毒等病原體）和內(nèi)在危險(xiǎn)信號(hào)［如ATP、尿酸鹽、β?淀粉樣蛋白（Aβ）、氧化修飾低密度脂蛋白（ox?LDL）等］，導(dǎo)致自身激活［8］。迄今 NLRP3炎癥小體的激活機(jī)制尚不明確，公認(rèn)的激活模型包括3種，即溶酶體破壞模型、半通道模型和活性氧（ROS）模型［8］。溶酶體破壞模型通過包括Aβ等在內(nèi)的晶體或顆粒物質(zhì)導(dǎo)致溶酶體破壞，釋放組織蛋白酶，從而激活NLRP3炎癥小體；半通道模型通過細(xì)胞外ATP等激活細(xì)胞表面P2X7受體，開放鉀離子通道使鉀離子外流，從而激活NLRP3炎癥小體；活性氧模型作用于硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP），從而 激活 NLRP3 炎癥 小體［8］。雖然，NLRP3激動(dòng)劑可以通過不同模型激活NLRP3炎癥小體，但是目前尚未發(fā)現(xiàn)可以同時(shí)通過3種模型激活NLRP3炎癥小體的激動(dòng)劑［9］。NLRP3炎癥小體激活后，活化的Caspase?1切割消皮素D（GSDMD）并釋放N端結(jié)構(gòu)域，引起細(xì)胞膜穿孔，從而誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡并誘發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)［10］。

二、NLRP3炎癥小體是阿爾茨海默病炎癥反應(yīng)的核心機(jī)制

持續(xù)過度的炎癥反應(yīng)在阿爾茨海默病的病理生理學(xué)機(jī)制中發(fā)揮重要作用［11］。一方面，腦小膠質(zhì)細(xì)胞是清除Aβ的重要途徑；另一方面，炎癥反應(yīng)是小膠質(zhì)細(xì)胞損傷神經(jīng)元的關(guān)鍵媒介；與此同時(shí)，腦組織炎癥微環(huán)境改變還可調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞清除Aβ的能力［3］。因此，由小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)機(jī)制一直是阿爾茨海默病研究的焦點(diǎn)。既往研究顯示，NLRP3炎癥小體主要表達(dá)于外周免疫細(xì)胞。Gustin等［12］發(fā)現(xiàn)，腦組織小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá) NLRP3、ASC和Caspase?1，而星形膠質(zhì)細(xì)胞則不表達(dá)，表明腦組織NLRP3炎癥小體的激活主要發(fā)生于小膠質(zhì)細(xì)胞。

臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示，Aβ可刺激小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生 IL?1β［13］，小膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)纖維狀 Aβ刺激后可分泌更多 IL?1β［14］；阿爾茨海默病患者腦組織、腦脊液、外周血 IL?1β表達(dá)水平均顯著升高［15?17］；經(jīng)Aβ處理的阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因模型小鼠腦組織和神經(jīng)元均表達(dá)高水平的 Caspase?1 和 IL?1β［18?19］，尤其是Aβ斑塊周圍小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的IL?1β水平更高［20?21］；IL?1β可誘導(dǎo)阿爾茨海默病模型大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元發(fā)生Tau蛋白磷酸化等特征性病理改變［22］；阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因小鼠海馬過表達(dá)IL?1β，可加重中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥反應(yīng)［23］。上述研究結(jié)果表明，IL?1β在阿爾茨海默病的病理生理學(xué)機(jī)制中發(fā)揮重要作用。

IL?1β是NLRP3炎癥小體激活后的主要效應(yīng)因子。Halle等［24］的研究顯示，Aβ可以促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞溶酶體破壞和組織蛋白酶B釋放，激活NLRP3炎癥小體，一方面導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞分泌IL?1β，進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)；另一方面分泌的IL?1β通過下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路持續(xù)過度激活小膠質(zhì)細(xì)胞，表明NLRP3炎癥小體激活是Aβ誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們課題組的前期研究提示，某些因素（如大氣細(xì)顆粒物PM2.5暴露）可以加劇阿爾茨海默病細(xì)胞模型NLRP3炎癥小體激活、炎癥反應(yīng)和介導(dǎo)的神經(jīng)元損傷［25］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，青蒿素可通過抑制NLRP3炎癥小體激活而減輕APPswe/PS?1dE9轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織 Aβ的沉積［26］。Heneka 等［27］發(fā)現(xiàn)，NLRP3或Caspase?1基因敲除可調(diào)節(jié)阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞表型，增強(qiáng)其吞噬能力，改善Aβ沉積和行為學(xué)異常。進(jìn)一步研究顯示，Aβ可以誘導(dǎo)皮質(zhì)神經(jīng)元焦亡，Caspase?1短發(fā)夾RNA（shRNA）則具有減輕阿爾茨海默病轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織神經(jīng)元焦亡并改善其行為學(xué)異常的作用［28］。Dempsey等［29］發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體抑制劑可減輕APP/PS?1轉(zhuǎn)基因小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡，增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞清除Aβ的能力。由此可見，NLRP3炎癥小體是阿爾茨海默病炎癥反應(yīng)的核心機(jī)制。

三、NLRP3炎癥小體抑制劑

NLRP3炎癥小體是阿爾茨海默病藥物研發(fā)的新靶點(diǎn)［4］，目前臨床常用抗IL?1β抗體和重組 IL?1β受體阻斷劑治療NLRP3炎癥小體相關(guān)疾病，例如Canakinumab、Anakinra等。此外，某些小分子化合物也具有抑制NLRP3炎癥小體激活的功效，如β?羥丁酸［30］、Bay 11?7082［31］等，但這些抑制劑均缺乏特異性，有可能引起免疫抑制效應(yīng)［32］。因此，特異性NLRP3炎癥小體抑制劑方是最佳選擇。迄今已經(jīng)證實(shí)的特異性NLRP3炎癥小體抑制劑主要包括MCC950、CY?09、OLT1177、Tranilast以及Oridonin共5種。

1.MCC950 2015 年，Coll等［33］首次報(bào)告一種新型特異性NLRP3炎癥小體抑制劑——MCC950。MCC950特異性抑制巨噬細(xì)胞NLRP3炎癥小體激活的機(jī)制是：抑制NLRP3誘導(dǎo)的ASC寡聚化，同時(shí)對(duì)AIM2、NLRC4和NLRP1無(wú)明顯抑制作用。進(jìn)一步的在體實(shí)驗(yàn)顯示，MCC950可以顯著減少IL?1β和18的生成，減輕實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎（EAE）模型 小 鼠 的 疾 病 嚴(yán) 重 程 度［33］。 Dempsey 等［29］發(fā) 現(xiàn) ，MCC950可以減輕APP/PS?1轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織Aβ之聚集，改善其行為學(xué)異常。

2.CY?09 2017 年，Jiang等［34］發(fā)現(xiàn)，CY?09可以直接與NLRP3中間NOD結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，抑制NLRP3?ATP酶活性，進(jìn)而抑制NLRP3炎癥小體的組裝和激活，但對(duì)NLRC4、NLRP1、NOD2和RIG?I則無(wú)明顯抑制作用，表明CY?09可以特異性抑制NLRP3炎癥小體的激活。進(jìn)一步的在體實(shí)驗(yàn)，CY?09對(duì)Cryopyrin相關(guān)周期性綜合征和2型糖尿病動(dòng)物模型均顯示出極佳的療效［34］。

3.OLT1177 是一種治療關(guān)節(jié)炎的藥物，目前正在進(jìn)行治療急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的Ⅱ期臨床試驗(yàn)。Marchetti等［35］發(fā)現(xiàn)，OLT1177 可以減少關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型外周血中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，減輕關(guān)節(jié)腫脹，抑制IL?1β分泌。進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)提示，OLT1177具有抑制NLRP3炎癥小體激活的作用，而對(duì)AIM2和NLRC4無(wú)明顯抑制作用［36］。在體試驗(yàn)結(jié)果提示，OLT1177可降低Cryopyrin相關(guān)周期性綜合征患者外周血單核細(xì)胞Caspase?1活性和抑制IL?1β生成，其抑制NLRP3炎癥小體的主要機(jī)制是直接結(jié)合NLRP3、抑制 ATP 酶活性［36］。

4.Tranilast 是一種抗過敏藥，安全性極佳，大多數(shù)患者可耐受每日高達(dá)600 mg的劑量［37］。Tranilast還具有抗炎癥反應(yīng)作用，可抑制肥大細(xì)胞IgE誘導(dǎo)的組胺分泌，但其分子機(jī)制尚未明確［37］。Huang等［38］認(rèn)為，Tranilast為一特異性 NLRP3 炎癥小體抑制劑，通過直接與NLRP3中間NOD結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，抑制ASC寡聚化。進(jìn)一步的在體實(shí)驗(yàn)亦顯示，Tranilast對(duì)NLRP3炎癥小體相關(guān)疾病具有預(yù)防和治療作用［38］。

5.Oridonin 是冬凌草屬的主要生物活性成分，廣泛用于治療炎癥性疾病，具有抗腫瘤、抗炎癥反應(yīng)和促凋亡作用［39?41］。He 等［42］發(fā)現(xiàn)，Oridonin 可以特異性抑制NLRP3炎癥小體激活，且不影響AIM2和NLRC4的激活。Oridonin通過共價(jià)鍵與NLRP3中間NOD結(jié)構(gòu)域的半胱氨酸279（Cys279）相結(jié)合，以阻止NEK7與NLRP3相互作用、抑制NLRP3炎癥小體的激活。進(jìn)一步的在體試驗(yàn)，Oridonin對(duì)腹膜炎、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎和2型糖尿病患者等均具有顯著療效［42］。

四、靶向NLRP3炎癥小體的潛在阿爾茨海默病治療策略

盡管目前尚無(wú)NLRP3炎癥小體抑制劑用于治療阿爾茨海默病的臨床研究，但有研究提示NLRP3炎癥小體可能是阿爾茨海默病的治療新靶點(diǎn)。大量臨床研究與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示多種藥物具有NLRP3炎癥小體抑制作用：紫檀芪主要通過抑制NLRP3/Caspase?1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而減輕Aβ42誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞系炎癥反應(yīng)［43］；青蒿素通過抑制核因子 ?κ B（NF?κ B）和 NLRP3 炎 癥 小 體 激 活 ，減 輕APPswe/PS?1dE9轉(zhuǎn)基因小鼠Aβ在腦組織中的沉積和神經(jīng)炎癥［26］；丁苯酞通過抑制NLRP3炎癥小體激活，改善APPswe/PS?1dE9轉(zhuǎn)基因小鼠的腦組織病理?yè)p害［44］；NLRP3炎癥小體抑制劑可以減輕APP/PS?1轉(zhuǎn)基因小鼠腦小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡，增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞清除Aβ的能力［29］；于腦組織注射MCC950可以抑制外源性Tau蛋白的病理改變［45］。

五、展望

近年來，關(guān)于NLRP3炎癥小體的研究頗受關(guān)注，證實(shí)其在阿爾茨海默病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，針對(duì)阿爾茨海默病模型的研究提示，抑制NLRP3炎癥小體的激活可以減輕炎癥反應(yīng)、病理改變和行為學(xué)異常，因此，NLRP3炎癥小體是藥物研發(fā)的新靶點(diǎn)。然而，NLRP3炎癥小體的激活/抑制機(jī)制及其調(diào)控腦小膠質(zhì)細(xì)胞功能狀態(tài)和阿爾茨海默病病理生理學(xué)過程的機(jī)制仍待進(jìn)一步研究，這些對(duì)于阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制的研究具有重要意義，將為探索新的治療方法提供更多依據(jù)和靶點(diǎn)。特異性NLRP3炎癥小體抑制劑在阿爾茨海默病患者中的有效性和安全性尚待臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證。

利益沖突無(wú)