張鵬飛，于春澤，于建云，楊力*

昆明醫(yī)科大學(xué) 1.人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)系，2.法醫(yī)學(xué)院，昆明 650500

炎癥是具有血管系統(tǒng)的活體組織對損傷因子所發(fā)生的防御反應(yīng)。神經(jīng)炎癥是神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病機制的重要組成部分，過度的神經(jīng)炎癥會導(dǎo)致神經(jīng)元死亡、加劇神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)展，抑制神經(jīng)炎癥有助于神經(jīng)元的存活，改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀和預(yù)后。大量研究證實，促炎因子白介素-1β（IL-1β）、白介素-18（IL-18）和腫瘤壞死因子TNF-α在炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。最近研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎性小體可介導(dǎo)IL-1β和IL-18釋放，對引發(fā)炎性反應(yīng)部位的細(xì)胞焦亡至關(guān)重要。目前對神經(jīng)系統(tǒng)疾病與炎性因子的研究較多，但對神經(jīng)系統(tǒng)疾病與NLRP3炎性小體之間關(guān)系的研究還在起步階段，探明它們間的具體關(guān)系和作用將對闡明中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制和提高治療效果具有重要意義。本文對NLRP3炎性小體在常見神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用進行綜述。

1 炎性小體的結(jié)構(gòu)與功能

2002年，炎性小體（inflammasome）首次被描述為激活caspase-1的多蛋白復(fù)合物。當(dāng)時觀察到它們在單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中高度表達(dá)。之后發(fā)現(xiàn)，炎性小體也在腦內(nèi)皮細(xì)胞、肺內(nèi)皮細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞中廣泛表達(dá)。炎性小體通常由傳感器、適配器和效應(yīng)器組成。炎性小體以其傳感器命名，至今已鑒定出多種炎性小體。炎性小體包括核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體家族（nucleotide binding oligomeric domain like receptor，NLRs）、黑色素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2）和Pyrin炎癥小體。作為炎性小體主要代表的NLRs包含有多個亞型，其中，NLRP 1由1個pyrin結(jié)構(gòu)域（pyrin domaincontaining 1，PYD-containing 1）組成；NLRP 3由3個結(jié)構(gòu)域（pyrin domain-containing 1，PYD-containing 3）組成；NAIP是NLR家族凋亡抑制蛋白；NLRC 4由4個胱天蛋白酶激活和募集結(jié)構(gòu)域（caspase activation and recruitment domain-containing 4，CARD-containing 4）組成；此外，還有NLRP 2，NLRP 6，NLRP7，NLRP9和NLRP12等NLR家族蛋白[1]。

正常情況下，炎性小體可通過其依賴的細(xì)胞因子促進損傷細(xì)胞的有效清除和組織修復(fù)，從而促進組織再生；同時，炎性小體可協(xié)調(diào)宿主對入侵病原體的免疫反應(yīng)和宿主衍生的危險信號；炎性小體還能維持體內(nèi)促炎和抑炎因子平衡。病理條件下，炎癥小體的激活與自身炎性疾病和自身免疫性疾病的發(fā)展有關(guān)，如結(jié)腸炎、I型糖尿病、多發(fā)性硬化癥、白癜風(fēng)等，可導(dǎo)致過度的炎性反應(yīng)。慢性炎性小體活化還與代謝綜合征、神經(jīng)退行性疾病以及癌癥進展有著緊密的聯(lián)系[2]。隨著近年研究的深入，NLRP3炎性小體在創(chuàng)傷性腦損傷、帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮性側(cè)索硬化癥、多發(fā)性硬化癥、腦缺血、創(chuàng)傷性脊髓損傷等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的重要作用引起了廣泛關(guān)注。

2 NLRP3炎性小體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用

2.1 NLRP3炎性小體在創(chuàng)傷性腦損傷中的作用

創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是全球人口死亡和殘疾的最常見原因之一。TBI可導(dǎo)致創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、慢性創(chuàng)傷性腦病和慢性神經(jīng)炎癥。創(chuàng)傷性腦損傷幸存者可能面臨暫時或永久性殘疾，如認(rèn)知、運動、感覺功能受損，或情緒功能紊亂。這些問題不僅困擾患者的生活，而且會對家庭和社會產(chǎn)生持久的影響。目前，顱腦損傷的治療主要集中于延緩神經(jīng)元的退變、促進神經(jīng)元再生、糾正多種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)，以及為腦駐留細(xì)胞提供更適宜的微環(huán)境。

在創(chuàng)傷性腦損傷后，神經(jīng)炎癥是顯著加重腦組織損傷并導(dǎo)致功能缺陷的關(guān)鍵因素。研究報道，炎性小體在調(diào)控TBI的繼發(fā)性損傷過程中具有重要意義。多種炎性小體，尤其是NLRP3炎性小體在損傷腦組織的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中被檢測到，其可誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元死亡，加重腦神經(jīng)組織的損傷，與TBI的發(fā)病機制關(guān)系極為密切[3]。NLRP 3炎性小體由3個蛋白亞基組成：傳感器NLRP 3、銜接蛋白ASC和效應(yīng)器蛋白caspase-1。NLRP 3蛋白激活后先進行寡聚，然后募集并結(jié)合ASC，部分ASC將pro-caspase-1切割成其活性異構(gòu)體caspase-1，最后NLRP 3、ASC與caspase-1結(jié)合形成完整的NLRP3炎性小體[4]。caspase-1通過裂解非活性的前體異構(gòu)體pro-IL-1β和pro-IL-18形成活躍結(jié)構(gòu)IL-1β和IL-18。這些細(xì)胞因子參與感染和創(chuàng)傷的免疫反應(yīng)，進而導(dǎo)致炎癥的發(fā)展。因此，caspase-1、IL-1β和IL-18通?？勺鳛镹LRP3炎性小體激活的指標(biāo)。研究顯示，中度TBI后NLRP3炎性小體的基因和蛋白質(zhì)水平均有明顯的上調(diào)[5]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)嬰幼兒腦損傷后第1 d腦脊液中NLRP 3水平升高，第2 d水平降低，第3、4 d水平再次升高[6]。NLRP3的早期升高可能是由于細(xì)胞壞死或創(chuàng)傷性溶解，而晚期升高則可能是感染、細(xì)胞應(yīng)激或其他炎性小體激活所致[6]。NLRP3炎性小體在腦損傷后被激活；抑制NLRP3炎性小體可使腦損傷模型小鼠的炎癥減輕和神經(jīng)功能改善[5]。有學(xué)者采用高壓氧療法研究觀察到，高濃度氧可以抑制NLRP3炎性小體激活，并抑制小鼠創(chuàng)傷性腦損傷后的炎癥反應(yīng)[7]。說明NLRP3炎性小體參與TBI的炎癥反應(yīng)，而它的抑制很可能作為治療TBI的一種新的重要途徑。

2.2 NLRP3炎性小體在阿爾茨海默病中的作用

阿爾茨海默病（Alzheimer’sdisease，AD）是一種最常見的神經(jīng)退行性疾病，其典型病理特征是細(xì)胞外淀粉樣斑塊、tau蛋白過度表達(dá)及神經(jīng)纖維纏結(jié)形成，同時伴有膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)炎癥[8]，導(dǎo)致患者記憶喪失和認(rèn)知功能衰退，從輕度認(rèn)知障礙發(fā)展為完全喪失語言能力和生活自理能力。

免疫系統(tǒng)參與AD發(fā)病機制已被廣泛接受，越來越多的證據(jù)表明自體免疫和神經(jīng)炎癥過程之間存在活躍的交互作用。在AD的發(fā)病機制中，NLRP 3炎性小體發(fā)揮重要作用。它可以刺激先天免疫應(yīng)答從而啟動炎癥反應(yīng)，釋放促炎因子IL-1β和IL-18，并在疾病發(fā)生發(fā)展過程中持續(xù)激活[9]，導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙和神經(jīng)元凋亡。NLRP 3炎性小體可以調(diào)控caspase-1的活化、IL-1β和IL-18的成熟，在AD腦組織內(nèi)顯著增加，與疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)[10]。NLRP3炎性小體已被證明與淀粉樣斑塊共定位，其水平在AD大腦中顯著升高。NLRP 3炎性小體的激活可通過減弱小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬Aβ的作用從而增強Aβ聚集，促進神經(jīng)炎癥和tau病變的發(fā)展。有文獻報道，培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中加入Aβ后，NLRP 3炎性小體顯著活化；對ASC或NLRP 3缺陷小鼠腦內(nèi)注射Aβ后，tau磷酸化水平和病變特征顯著下降[11]，說明Aβ誘導(dǎo)的tau病變依賴于NLRP3炎性小體。因此，靶向NLRP3炎性小體很可能成為一種潛在的AD治療方法。

2.3 NLRP3炎性小體在帕金森病中的作用

帕金森?。≒arkinson disease，PD）是一種進行性神經(jīng)退行性疾病，主要由于中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡和路易小體（Lewybody，LB）形成所致。研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)炎癥可能是帕金森病多巴胺能神經(jīng)元丟失的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和促炎介質(zhì)在大腦中的過度釋放可導(dǎo)致共刺激分子的表達(dá)，從而導(dǎo)致神經(jīng)炎癥和神經(jīng)功能障礙。最近發(fā)現(xiàn)，PD患者的腦黑質(zhì)組織中，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和NLRP3炎性小體均顯著增加，多巴胺能神經(jīng)元數(shù)量減少[12]，進而引起神經(jīng)功能異常。通過PD轉(zhuǎn)基因小鼠研究發(fā)現(xiàn)，肺內(nèi)NLRP 3炎性小體激活引起的外周炎癥可將炎癥細(xì)胞滲透到腦組織內(nèi)，引起中樞炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元退化[13]。這些研究表明炎性小體與PD的發(fā)生發(fā)展存在重要關(guān)系，但該方向的研究尚少，進一步探明小膠質(zhì)細(xì)胞及NLRP3炎性小體與帕金森病的關(guān)系將為深入闡明其發(fā)病機制奠定基礎(chǔ)。

2.4 NLRP3炎性小體在肌萎縮性側(cè)索硬化癥中的作用

肌萎縮性側(cè)索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是由運動皮層，腦干和脊髓內(nèi)的運動神經(jīng)元退化引起的成人發(fā)作性進行性神經(jīng)退行性疾病[14]，可以導(dǎo)致肌肉萎縮和癱瘓。有研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎性小體在SOD1G93A大鼠（ALS轉(zhuǎn)基因鼠）大腦中大量激活。在ALS患者和ALS模型小鼠中均觀察到NLRP3激活及其蛋白水平的上調(diào)；caspase-1和IL-1β共同在ALS病理發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[15]。此外，在ALS死亡患者脊髓中也發(fā)現(xiàn)NLRP 3、ASC、IL-18和caspase-1水平升高。這些研究支持NLRP 3炎性小體在ALS的發(fā)病機制中具有重要作用，并提示NLRP3炎性小體的靶向調(diào)控可能是ALS的一種適宜的神經(jīng)保護策略。

2.5 NLRP3炎性小體在多發(fā)性硬化癥中的作用

多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）是一種多因子、免疫介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，以炎癥、脫髓鞘和神經(jīng)退行性變?yōu)樘卣鳌．?dāng)前還沒有針對MS的有效療法，需要進一步闡明驅(qū)動MS病理的機制，以探求可以顯著改善疾病進展的治療方法。多發(fā)性硬化患者的病變嚴(yán)重程度與IL-1、IL-18、caspase-1水平密切相關(guān)。EAE轉(zhuǎn)基因小鼠血清中ILs和caspase-1水平均顯著升高。同時，在EAE模型小鼠的脊髓中也觀察到NLRP3表達(dá)增加，而Nlrp3-/-小鼠的病變嚴(yán)重程度降低、星形膠質(zhì)細(xì)胞增生減少、炎癥細(xì)胞浸潤減少，癥狀得到改善[16]。上述研究說明，詳細(xì)評估抑制NLRP3在多發(fā)性硬化癥中的神經(jīng)保護作用，將為多發(fā)性硬化癥的有效治療提供新的切入點；探索抑制NLRP3活化的藥物及方法將對有效治療MS提供新的希望。

2.6 NLRP3炎性小體在腦缺血中的作用

腦缺血與神經(jīng)功能缺失、認(rèn)知功能障礙和嚴(yán)重腦損傷高度相關(guān)，其發(fā)生發(fā)展機制被證實與神經(jīng)炎癥密切相關(guān)，是腦缺血后繼發(fā)腦損傷的主要因素。NLRP 3作為腦缺血后神經(jīng)炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì)，介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞損傷和神經(jīng)炎性反應(yīng)[17]。銜接蛋白ASC和效應(yīng)蛋白caspase-1是NLRP3炎性復(fù)合體的重要組成部分，研究顯示腦缺血后ASC和caspase-1的表達(dá)水平均明顯升高，并在調(diào)節(jié)IL-1β和IL-18的裂解和釋放中發(fā)揮重要作用[18]；NLRP 3炎性小體在腦缺血后通過產(chǎn)生促炎因子IL-1β和IL-18加劇神經(jīng)炎性反應(yīng)[19]；敲除NLRP3基因可以減少腦缺血后腦組織壞死體積并減輕神經(jīng)元的損傷[20]；說明NLRP3炎性小體在腦缺血的發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用，抑制NLRP3的表達(dá)可為腦缺血的治療提供新的思路。

2.7 NLRP3炎性小體在創(chuàng)傷性脊髓損傷中的作用

創(chuàng)傷性脊髓損傷（traumatic spinal cord injury，TSCI）會引起強烈的炎癥反應(yīng)，包括小膠質(zhì)細(xì)胞激活和促炎因子釋放，導(dǎo)致永久性損傷。近期有研究探索了TSCI與炎性小體的關(guān)系。脊髓損傷可誘導(dǎo)脊髓中NLRP 1炎性小體組分的表達(dá)。脊髓損傷可上調(diào)NLRP1炎性小體成分的mRNA和蛋白水平，包括NLRP 1、ASC、caspase-1，進而提高促炎因子IL-1β和IL-18的水平[21]。在脊髓損傷實驗?zāi)Ｐ椭校t素加氧酶-1可減弱NLRP 1表達(dá)，從而減少神經(jīng)元細(xì)胞死亡、改善神經(jīng)功能。NLRP3炎性小體的激活和表達(dá)水平的增加發(fā)生于脊髓損傷后，并在脊髓神經(jīng)炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用?？诜什菟嶂委煟赏ㄟ^抑制NLRP 3炎性小體激活來降低NLRP 3炎性小體成分（包括NLRP 3、ASC和caspase-1）以及IL-1β和IL-18的表達(dá)，并促進TSCI的功能恢復(fù)[22]。這證明NLRP 3炎性小體很可能是脊髓損傷中的重要介質(zhì)和治療靶點。

有趣的是，雖然在黑色素瘤2（AIM2）炎性小體中不包含任何NLR家族成員，但AIM2活化后，也可與ASC相互作用，招募caspase-1形成炎性小體，導(dǎo)致IL-1β和IL-18的釋放以及炎癥反應(yīng)。近期研究發(fā)現(xiàn)，AIM2主要在正常脊髓的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，當(dāng)脊髓損傷后，其表達(dá)明顯增加[23]。

鑒于脊髓損傷后炎癥變化的特點，炎性小體的抑制及炎癥反應(yīng)的阻斷將是今后TSCI研究的重要領(lǐng)域。

2.8 NLRP3炎性小體在其它神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用

除上述研究外，NLRP3炎性小體還在其它神經(jīng)疾病中被發(fā)現(xiàn)。例如，拉斯穆森腦炎（Rasmussen's encephalitis，RE）是一種以抽搐和進行性認(rèn)知障礙為特征的炎癥性腦病，RE患者的皮層和白質(zhì)樣本中IL-1、IL-18、NLRP1、NLRP3和caspase-1均出現(xiàn)高表達(dá)[24]。NLRP 3在顳葉癲癇患者顳新皮層的表達(dá)上調(diào)，且主要出現(xiàn)在局部的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞[25]。促炎因子和趨化因子等炎性介質(zhì)也與神經(jīng)性疼痛的發(fā)展有關(guān)，NLRP3炎性小體在神經(jīng)性疼痛的發(fā)病機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用；注射miR-186可顯著降低三叉神經(jīng)痛小鼠促炎因子IL-1β和IL-18水平，同時miR-186可能通過靶向NLRP3炎性小體減輕三叉神經(jīng)痛[26]。

3 NLRP3炎性小體激活及調(diào)節(jié)機制

3.1 NLRP3炎性小體的啟動與激活

NLRP 3炎性小體的激活包括經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑。經(jīng)典途徑需要兩步完成，啟動信號使NLRP3炎性小體成分和相關(guān)分子的轉(zhuǎn)錄上調(diào)，隨后的激活信號使NLRP3蛋白寡聚并結(jié)合ASC，進行炎癥小體活化。啟動主要有兩個功能：一是上調(diào)炎性小體成分NLRP 3，caspase-1和pro-IL-1β的表達(dá)，這種轉(zhuǎn)錄上調(diào)可以通過識別各種病原相關(guān)分子模式、微生物相關(guān)分子模式或損傷相關(guān)分子模式來誘導(dǎo)，經(jīng)識別Toll樣受體、NOD 2、TNF或IL-1β等因子，導(dǎo)致NF-κB激活和基因轉(zhuǎn)錄；二是誘導(dǎo)NLRP3的翻譯后修飾（protein translational modifications，PTMs），使NLRP 3穩(wěn)定在一個自抑制的無活性狀態(tài)。在啟動之后，NLRP3炎性小體可被多種刺激物激活，包括ATP、K+離子載體、血紅素、顆粒物、病原體相關(guān)RNA、細(xì)菌和真菌毒素及其成分，但尚未觀察到它們與NLRP3炎性小體的相互作用，基于它們在生化上的差異，可能會具有誘導(dǎo)某些細(xì)胞信號的作用。此外，還發(fā)現(xiàn)多種分子和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，如離子通量、線粒體功能障礙和活性氧物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生以及溶酶體破壞，均可激活NLRP 3炎性小體[27]。非經(jīng)典激活途徑可通過CASP11依賴的、ZBP 1依賴的和TAK 1依賴的機制誘導(dǎo)NLRP3炎性小體激活[28]。

3.2 NLRP3炎性小體的調(diào)節(jié)機制

在NLRP3炎性小體激活的過程中常伴有多種調(diào)控機制，包括NLRP 3翻譯后的修飾，并以泛素化和磷酸化最為明顯。NLRP 3泛素化在NLRP 3炎性小體激活中可能發(fā)揮雙向作用，并取決于泛素連接酶和泛素化類型。也有研究顯示NLRP3的磷酸化可能對炎性小體的激活具有反作用，但具體機制不清楚。NLRP 3炎性小體激活的過程還與其它蛋白的作用相關(guān)。Hsp 90可保護NLRP 3免受蛋白酶和自噬降解，Hsp 90招募SGT 1到NLRP3形成復(fù)合物，維持NLRP3處于不活躍但信號正常的狀態(tài)。PKR的敲除或抑制可減少炎性小體介導(dǎo)的caspase-1激活以及IL-1和IL-18成熟，從而抑制炎性小體的激活。TXNIP作為氧化傳感器與NLRP3相互作用后能激活NLRP 3炎性小體。PKR和MARK 4也可通過與NLRP 3相互作用促進其激活。另有研究發(fā)現(xiàn)，所有對NLRP 3的刺激，無論是否誘導(dǎo)K+外流以及NLRP3突變，需要Nek 7激活NLRP3炎性小體，因此Nek 7成為NLRP3寡聚化的近端調(diào)節(jié)因子和NLRP3炎性小體的組裝成分，是激活過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[29]。最近研究證實，DDX3X也是NLRP 3炎性小體激活所必需的一種蛋白，DDX3X參與應(yīng)激顆粒形成，通過隔離DDX3X形成的應(yīng)激顆粒能夠抑制NLRP 3炎性小體的激活[30]。這些研究說明參與NLRP3激活的蛋白種類較多、調(diào)控過程復(fù)雜，還需要大量深入的研究以闡明其確切的調(diào)節(jié)機制。

盡管炎性小體激活的下游結(jié)果是炎癥和細(xì)胞死亡，但控制配體檢測和每個炎性小體傳感器激活的分子機制截然不同，關(guān)鍵是NLRP3炎性小體激活過程被精確調(diào)節(jié)以提供足夠的免疫保護而不會對宿主組織造成損害。

4 展望

本文對NLRP 3炎性小體在多種常見中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用進行歸納總結(jié)，并陳述NLRP3炎性小體的主要激活及調(diào)節(jié)機制。隨著免疫學(xué)研究的發(fā)展，人們更加清晰地觀察到NLRP3炎性小體在不同神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有重要意義，深入闡明中樞神經(jīng)疾病中NLRP3炎性小體的作用將為全面理解疾病的發(fā)生發(fā)展、提出以NLRP3炎性小體抑制劑為核心的特異性靶向治療方法奠定基礎(chǔ)。