高晴，魚文歡，何佳靜，張學(xué)紅*

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000；2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院，蘭州 730000；3.甘肅省生殖醫(yī)學(xué)與胚胎重點實驗室，蘭州 730000)

多囊卵巢綜合征(PCOS)是一種常見的生殖內(nèi)分泌疾病，同時也是一種異質(zhì)性疾病，是育齡期女性不孕的主要原因，以月經(jīng)異常、排卵障礙、高雄激素為主要臨床表現(xiàn)。PCOS的發(fā)病機制至今尚未闡明，一些學(xué)者認為PCOS與炎癥[1]密不可分。隨著炎癥小體逐漸成為研究熱點，越來越多的證據(jù)表明，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體參與PCOS的發(fā)生發(fā)展。

NLRP3炎癥小體是一種位于細胞內(nèi)的多蛋白復(fù)合物，可促進白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-18(IL-18)等炎癥因子的成熟、釋放。NLRP3炎癥小體由NLRP3、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(ASC)和含半胱氨酸的天冬氨酸水解酶-1前體(Pro-caspase-1)組成[2]。NLRP3炎癥小體在受到相應(yīng)刺激后，Pro-caspase-1可成為活化的Caspase-1，進而將Pro-IL-1β及Pro-IL-18轉(zhuǎn)化為有活性的IL-1β及IL-18[3]，并在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。目前，關(guān)于NLRP3炎癥小體在PCOS中的研究較少，NLRP3炎癥小體的深入研究可為PCOS的發(fā)病機制及診療提供新思路。

一、NLRP3炎癥小體的概述

炎癥小體是近些年來新發(fā)現(xiàn)的一種參與機體炎癥反應(yīng)的多蛋白復(fù)合物[4]，在固有免疫中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，通常由受體蛋白、ASC和Pro-caspase-1組成。根據(jù)受體蛋白的不同，炎癥小體主要分為NLRP1、NLRP3、包含半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域(CARD)的NOD樣受體蛋白4(NLRC4)、NLRP6、黑色素瘤缺乏因子2(AIM2)、干擾素γ誘導(dǎo)蛋白16(IFI16)等。根據(jù)是否依賴ASC，炎癥小體又可分為依賴ASC的炎癥小體，包含NLRP3、NLRP6、AIM2、IFI16等；不依賴ASC的炎癥小體，包含NLRP1、NLRC4等。當前研究最為廣泛、最為深入的炎癥小體是NLRP3炎癥小體，其由NLRP3、ASC和Pro-caspase-1構(gòu)成。其中，NLRP3蛋白包含3個結(jié)構(gòu)域[5]：位于中間的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NACHT)、識別配體的富亮氨酸重復(fù)區(qū)域以及連接ASC的熱蛋白結(jié)構(gòu)域。ASC蛋白主要由熱蛋白結(jié)構(gòu)域和CARD結(jié)構(gòu)域兩部分組成；效應(yīng)器蛋白Pro-caspase-1包括CARD結(jié)構(gòu)域和效應(yīng)結(jié)構(gòu)域兩部分(圖1)。

圖1 NLRP3炎癥小體的結(jié)構(gòu)示意圖

NLRP3炎癥小體作為一種炎癥介質(zhì)，參與體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，并與一些疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[6]。NLRP3炎癥小體是一種存在于胞質(zhì)內(nèi)的多蛋白復(fù)合體，廣泛存在于人體的多種細胞中，當機體受到刺激時可以介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。目前，學(xué)者普遍認為，NLRP3炎癥小體的活化分為啟動和激活兩個階段[7]：第一階段為啟動階段，即機體在受到如脂多糖(LPS)[8]、細菌或病毒核酸、三磷酸腺苷(ATP)、尿酸等病原相關(guān)分子模式(PAMPs)或損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)的刺激時，通過作用于Toll樣受體(TLR)，從而激活核因子(NF-κB)信號通路[9]，進而介導(dǎo)NLRP3蛋白、Pro-IL-1β及Pro-IL-18等轉(zhuǎn)錄；第二階段為激活階段，即在受到各種激活劑刺激后，NLRP3蛋白的NACHT區(qū)域寡聚化，同時，NLRP3的熱蛋白結(jié)構(gòu)域與ASC的同型結(jié)構(gòu)域連接，而ASC通過CARD與Pro-caspase-1相結(jié)合，進而組裝成結(jié)構(gòu)形式為NLRP3-ASC-Pro-caspase-1的NLRP3炎癥小體，從而介導(dǎo)下游級聯(lián)放大的炎癥反應(yīng)。與此同時，Pro-caspase-1通過自我剪切可形成活化的Caspase-1，有活性的Caspase-1可使Pro-IL-1β及Pro-IL-18成熟、釋放，參與體內(nèi)的炎癥反應(yīng)。除此之外，Caspase-1也可剪切消皮素D(GSDMD)并使其激活，活化的GSDMD使細胞膜形成孔隙，致使細胞內(nèi)外分子進出失衡、細胞腫脹，從而釋放大量IL-1β、IL-18等炎癥因子，進而引發(fā)炎癥反應(yīng)并誘導(dǎo)細胞焦亡[10]。NLRP3炎癥小體啟動、激活過程見圖2。

圖2 NLRP3炎癥小體啟動、激活過程示意圖

NLRP3炎癥小體可被多種不同的刺激物激活，然而其具體的激活機制尚未闡明，當前普遍認為NLRP3炎癥小體的激活途徑有以下幾種：活性氧(ROS)升高、K+外流、Ca2+的信號傳導(dǎo)以及溶酶體破裂等。Zhou 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，抑制線粒體呼吸鏈的復(fù)合體從而提高ROS水平時，NLRP3炎癥小體會發(fā)生自發(fā)性激活，由此推斷，線粒體來源的ROS可激活NLRP3炎癥小體，進而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。此外，K+外流被認為是NLRP3炎癥小體激活的共同通路。He 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體的大多數(shù)激活物可以通過誘導(dǎo)K+外流，降低胞內(nèi)K+濃度，促進NLRP3炎癥小體的激活。Youm 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，β-羥丁酸可減少K+外流，抑制斑點形成及ASC聚合，從而抑制NLRP3炎癥小體激活。有證據(jù)表明，在類風濕性關(guān)節(jié)炎患者中，Ca2+濃度升高并觸發(fā)鈣敏感受體信號通路，增強巨噬細胞吞噬膠體鈣蛋白顆粒的作用，從而誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體激活，增加IL-1β釋放[14]。Zhou 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在動物體內(nèi)溶酶體破裂能夠促進NLRP3炎癥小體以及IL-1β的激活。

二、NLRP3炎癥小體在PCOS中的作用

PCOS是一種常見的內(nèi)分泌疾病，發(fā)病率可高達17%，多伴有肥胖，因排卵障礙導(dǎo)致育齡期不孕，其常見的并發(fā)癥包括心血管疾病[16]、2型糖尿病[17]等。PCOS病因較為復(fù)雜，其發(fā)病機制至今尚不明確，然而，越來越多的證據(jù)表明，炎癥在PCOS的發(fā)生發(fā)展中起到了關(guān)鍵作用。

PCOS患者的慢性低度炎癥主要源于內(nèi)臟脂肪的堆積[18]。當PCOS患者中的脂肪細胞缺氧壞死時會聚集大量炎細胞，產(chǎn)生大量炎癥因子[19]，其炎癥因子水平可顯著高于正常婦女。此外，PCOS患者的NIMA相關(guān)蛋白激酶7(NEK7)和NLRP3的表達水平也顯著高于正常婦女[20]，因此，我們推斷炎癥與PCOS密切相關(guān)。Rostamtabar等[21]研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者的NLRP3炎癥小體、AIM2炎癥小體、炎癥小體組分(Caspase-1和ASC)以及下游炎癥標志物IL-18的表達水平均顯著高于正常婦女，且IL-18的表達水平與NLRP3炎癥小體的表達水平呈顯著正相關(guān)。研究表明，炎癥小體可能通過NLRP3、AIM2的途徑激活，進而誘導(dǎo)炎癥小體相關(guān)組分上調(diào)，從而在PCOS的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。PCOS小鼠模型中Toll樣受體4(TLR4)、NLRP3炎癥小體以及下游炎癥因子IL-1β的表達水平顯著升高，該PCOS模型小鼠表現(xiàn)為卵巢顆粒細胞焦亡，卵泡成熟障礙并導(dǎo)致排卵障礙[22]。與此相反，在使用NLRP3炎癥小體ATP酶抑制劑INF39后，NLRP3、ASC等的表達被顯著抑制。由此推測，PCOS經(jīng)由TLR4信號通路，激活NLRP3炎癥小體，促進IL-1β等炎癥因子的表達，誘導(dǎo)卵巢顆粒細胞焦亡、卵巢間質(zhì)纖維化，從而影響卵泡發(fā)育成熟，導(dǎo)致排卵障礙，不孕風險增加。TLR4通路介導(dǎo)NLRP3炎癥小體激活進而參與PCOS進程，而NLRP3抑制劑可顯著抑制這一過程。因而，NLRP3的靶向治療可為減輕PCOS的炎癥狀態(tài)及改善排卵提供一個新的研究方向。

1.NLRP3炎癥小體在卵泡微環(huán)境方面的作用：PCOS的主要臨床表現(xiàn)之一是卵巢呈多囊樣改變，出現(xiàn)稀發(fā)排卵或不排卵等排卵障礙的情況。PCOS患者的外周血及卵泡液中IL-1β和IL-18等炎癥因子含量顯著增加，其中，卵巢顆粒細胞分泌的炎癥因子是卵泡微環(huán)境的主要成分[23]。細胞內(nèi)的炎癥反應(yīng)破壞了線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，并誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、影響細胞代謝，同時抑制細胞增殖；此外，炎癥反應(yīng)也可導(dǎo)致卵母細胞質(zhì)量下降、卵泡過早閉鎖、排卵功能障礙[24]。Liu等[25]研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者卵泡液中IL-1β和IL-18表達水平均顯著升高，TLR4、NLRP3、IL-1β、ASC、Caspase-1蛋白含量均顯著增加。進一步研究顯示，用PCOS患者的卵泡液處理KGN細胞后，KGN細胞中NF-κB活化標志物的磷酸化P-65蛋白水平升高，同時，NLRP3及IL-1β的mRNA水平也顯著升高，除此之外，PCOS患者顆粒細胞線粒體呈碎片化且ROS含量增加，誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激并抑制細胞增殖。線粒體的結(jié)構(gòu)和功能受損可抑制細胞增殖、影響卵泡發(fā)育、導(dǎo)致卵泡過早閉鎖、排卵障礙。由此我們推測，PCOS患者卵泡液中的炎癥因子通過NF-κB通路產(chǎn)生NLRP3炎癥小體，后者可誘導(dǎo)顆粒細胞焦亡、卵巢纖維化；同時，顆粒細胞線粒體功能失調(diào)可影響卵泡發(fā)育成熟、抑制排卵和細胞增殖。抑制炎癥小體激活、改善卵泡微環(huán)境，對提高PCOS患者的生育力具有十分重要的意義，可為PCOS患者的治療提供新的研究方向。

2.NLRP3炎癥小體在卵巢纖維化方面的作用：在PCOS的病理機制中，排卵障礙是導(dǎo)致不孕的主要原因，而卵巢纖維化可能造成了PCOS患者稀發(fā)排卵或不排卵[26]。PCOS患者卵泡數(shù)量增加、卵巢被膜增厚、結(jié)締組織增多、纖維化相關(guān)因子表達增強，NLRP3炎癥小體激活后，可在一定程度上促進卵巢組織纖維化，進而誘導(dǎo)排卵障礙[22]。因此，通過抑制NLRP3炎癥小體的激活，可抑制卵巢組織纖維化，或許能夠緩解PCOS患者排卵障礙的情況。

三、NLRP3炎癥小體相關(guān)治療

1.相關(guān)心理障礙的治療：PCOS患者不但表現(xiàn)為月經(jīng)失調(diào)、不孕、多毛、痤瘡等特征，而且心理障礙的患病率也顯著增高。越來越多的證據(jù)表明，炎癥廣泛參與抑郁癥等心理疾病[27]，心理障礙發(fā)作時，下丘腦-垂體-腎上腺軸可以合成IL-1β、IL-6和TNF-α等炎癥因子[28]，因此，通過抑制PCOS患者的炎癥狀態(tài)或許可緩解其心理障礙。Guo等[29]的一項前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，吡格列酮二甲雙胍復(fù)方制劑(PM)能顯著改善PCOS患者焦慮和抑郁的嚴重程度，此外，PM還能有效降低NLRP3和Caspase-1的表達，減少IL-1β、IL-6和TNF-α等炎癥因子的釋放。研究認為，PM對于改善PCOS患者的炎癥狀態(tài)具有顯著作用，PM可通過抑制NLRP3炎癥小體的激活從而減輕PCOS患者的心理障礙，然而，其機制尚未闡明。闡明PM抑制NLRP3炎癥小體的作用機制，對PCOS患者心理障礙的治療具有重要意義，值得我們進一步研究。

2.相關(guān)腸道微生態(tài)失衡的中醫(yī)藥治療：改善生活方式、調(diào)整月經(jīng)周期等方法可以改善PCOS患者的病情，近期研究發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)藥治療也對PCOS患者具有重要意義。PCOS與腸道微生態(tài)的關(guān)系是當前研究的熱點[30]，徐雪飛等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在PCOS小鼠模型中結(jié)腸組織的TLR4、NF-κB、NLRP3、Caspase-1、IL-1β等炎癥相關(guān)蛋白表達顯著上調(diào)；在卵巢組織內(nèi)，卵泡數(shù)量增加、顆粒細胞減少、卵泡膜增厚。燮和飲的應(yīng)用除了可降低模型小鼠結(jié)腸組織中炎癥因子的表達外，還可減輕小鼠體重、減少卵巢組織中閉鎖卵泡的數(shù)量，促進其排卵。因此，燮和飲可通過調(diào)控腸道中的TLR4/NF-κB/NLRP3通路，減輕體重、下調(diào)炎癥因子表達、抑制腸道的炎癥反應(yīng)、改善腸道微生態(tài)環(huán)境、誘導(dǎo)PCOS患者排卵。上述研究表明，NLRP3炎癥小體可能參與了PCOS的發(fā)病過程，抑制NLRP3炎癥小體可改善PCOS患者的炎癥狀態(tài)并誘導(dǎo)排卵；除此之外，研發(fā)能夠抑制NLRP3炎癥小體或其通路形成的藥物，可為PCOS提供新的治療選擇。

四、展望

PCOS病因復(fù)雜，至今尚未明確其發(fā)病機制，隨著對PCOS不斷深入的研究，炎癥與PCOS之間的關(guān)系越來越受到關(guān)注。NLRP3炎癥小體作為一種炎性蛋白，因其與多種疾病密切相關(guān)，近年來成為研究的熱點。NLRP3炎癥小體在PCOS中扮演重要作用，參與PCOS的發(fā)生發(fā)展，而針對NLRP3炎癥小體的作用通路進行干預(yù)，可改善PCOS的炎癥狀態(tài)、減輕PCOS的癥狀，但其具體的作用機制尚未闡明。在今后的研究中，探究NLRP3炎癥小體在PCOS中的作用調(diào)節(jié)機制，可為我們提供新的探索方向，除此之外，NLRP3炎癥小體還可作為PCOS新的治療靶點，為PCOS靶向藥物的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。