焦 雪， 黃樹宣

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)是最常見的神經(jīng)退行性疾病之一，多發(fā)于60歲以上的中老年人。該病隱匿起病，緩慢進展，主要臨床表現(xiàn)包括靜止性震顫、運動遲緩、肌肉強直等運動癥狀和睡眠障礙、植物神經(jīng)功能紊亂等非運動癥狀。PD的典型病理特征為中腦黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元的變性和神經(jīng)元內(nèi)α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)聚集形成路易小體。迄今為止，PD發(fā)病機制尚未完全清楚，研究認為是線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥等多種機制綜合作用導(dǎo)致的。正由于發(fā)病機制復(fù)雜，PD治療研究進展緩慢，目前尚無有效的根治方法，臨床上主要以藥物治療延緩疾病的進程為主。近年來，越來越多的研究證實核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體活化與炎性相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[1]，其所誘發(fā)的神經(jīng)炎癥在PD的發(fā)病機制中發(fā)揮了重要作用。本文圍繞NLRP3炎癥小體，論述其在PD病理環(huán)境下的活化機制和在PD發(fā)病機制中的作用，并討論靶向NLRP3炎癥小體的PD治療研究新進展。

1 NLRP3炎癥小體概述

1.1NLRP3炎癥小體的結(jié)構(gòu)和組裝 NLRP3炎癥小體是目前備受關(guān)注的炎癥小體類型，亦是近年被發(fā)現(xiàn)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病關(guān)系最為密切的炎癥小體，其由三種胞內(nèi)成分構(gòu)成，分別為感受器NLRP3受體蛋白、適配器凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis associated speck-like protein containing a CARD,ASC)和效應(yīng)器caspase-1前體蛋白(pro-caspase-1)。NLRP3受體蛋白是NLRP3炎癥小體的核心部分，由位于中央的NACHT結(jié)構(gòu)域、N-端熱蛋白結(jié)構(gòu)域(pyrin domains,PYD)和C-端的亮氨酸富集重復(fù)結(jié)構(gòu)域(leucine-rich repeat,LRR)組成(見圖1)。其中，NACHT富含ATP酶，在危險信號相關(guān)分子模式(danger-associated molecular patterns,DAMP)或病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)信號刺激下可調(diào)控NLRP3蛋白的寡聚化。NLRP3寡聚化后，其N-端的PYD可通過相互作用招募和結(jié)合ASC，ASC再通過其C端的CARD結(jié)構(gòu)域相互作用募集pro-caspase-1，從而組裝形成NLRP3炎癥小體[2]。

1.2NLRP3炎癥小體的激活方式 目前認為NLRP3炎癥小體經(jīng)典的活化途徑需要兩個信號步驟，分別為啟動和激活。啟動階段，細胞在炎癥刺激信號下，核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信號通路被激活，從而上調(diào)前體蛋白[包括NLRP3、pro-白細胞介素(interleukin,IL)-1β和pro-IL-18等]的表達。激活階段，細胞在DAMP或PAMP的作用下，NLRP3、ASC和pro-caspase-1發(fā)生結(jié)合而完成炎癥小體的組裝。組裝后，pro-caspase-1被催化切割成為具有酶活性的caspase-1，caspase-1將pro-IL-1β和pro-IL-18裂解為成熟且有生物活性的IL-1β和IL-18，從而促進炎癥反應(yīng)[3](見圖1)。此外，NLRP3炎癥小體完成組裝后，生成的caspase-1可作用于消皮素D(gasdermin D,GSDMD)，使其分解為具有打孔特性的N端結(jié)構(gòu)域，在細胞膜上形成孔洞，介導(dǎo)細胞焦亡[4](見圖1)。

NLRP3炎癥小體由NLRP3、ASC和pro-caspase-1組成。NF-κB信號通路激活引起炎癥小體相關(guān)成分前體蛋白表達增加，NLRP3寡聚化后結(jié)合ASC和pro-caspase-1而完成激活。炎癥小體活化后，釋放出IL-1β和IL-18，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和細胞焦亡圖1 NLRP3炎癥小體的結(jié)構(gòu)及活化方式

2 NLRP3炎癥小體與神經(jīng)炎癥

神經(jīng)炎癥是多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的共同病理特征。據(jù)報道，神經(jīng)炎癥在神經(jīng)系統(tǒng)中扮演雙刃劍的角色，適度的炎癥反應(yīng)可清除壞死細胞和毒性蛋白質(zhì)，并維護血腦屏障的穩(wěn)定，利于疾病恢復(fù)，但過度的炎癥反應(yīng)則會引起炎性細胞因子大量釋放，破壞血腦屏障、線粒體功能及細胞能量代謝，加重腦組織的損傷[5]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，參與炎癥反應(yīng)的主要細胞類型為小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞，前者發(fā)揮免疫監(jiān)視功能，但異常激活的小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元具有毒性作用[6]，后者除了參與神經(jīng)炎癥反應(yīng)，還具有神經(jīng)營養(yǎng)、吞噬清除、維持微環(huán)境穩(wěn)態(tài)等功能[7]。NLRP3炎癥小體活化是誘發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要定位在小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞胞漿內(nèi)[8]。在腦卒中、顱腦創(chuàng)傷、阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)、PD、多發(fā)性硬化等疾病病理狀態(tài)下，NF-κB信號通路被激活，NLRP3和pro-IL-1β、pro-IL-18等前體蛋白表達增加，觸發(fā)了NLRP3炎癥小體活化的啟動階段。在活性氧(reactive oxygen species,ROS)、鉀離子失衡、線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)等作用下，NLRP3炎癥小體的成分發(fā)生組裝而啟動其激活階段[2]。更值得關(guān)注的是，NLRP3炎癥小體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活化還與β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)、tau蛋白和α-syn等錯誤折疊蛋白的表達、聚集息息相關(guān)。在AD、PD等神經(jīng)系統(tǒng)變性病中，Aβ、α-syn既可激活NLRP3炎癥小體活化的啟動階段，還可以直接或通過破壞線粒體、釋放活性氧簇等間接的方式促進該炎癥小體的組裝、激活。NLRP3炎癥小體活化后誘發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)，長期的慢性炎癥可加重腦內(nèi)Aβ、α-syn的錯誤折疊和堆積，形成錯誤折疊蛋白堆積和NLRP3炎癥小體活化之間的惡性循環(huán)[9]，而抑制腦內(nèi)NLRP3炎癥小體的活化可減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)[10]。由此可見，NLRP3炎癥小體在中樞神經(jīng)炎癥反應(yīng)中扮演著重要角色。

3 NLRP3炎癥小體與PD

3.1NLRP3炎癥小體在PD中的表達 對PD患者的尸體解剖證據(jù)表明，與健康對照者比較，NLRP3的mRNA水平在PD患者腦組織中升高，并且NLRP3、ASC和caspase-1的蛋白表達也升高[11]，提示NLRP3炎癥小體在PD患者腦組織中被活化。提取PD患者與健康對照組的外周血進行分析比較，發(fā)現(xiàn)NLRP3、caspase-1在PD患者的外周血中升高明顯[12]，并且NLRP3的升高水平與α-syn總含量顯著相關(guān)，經(jīng)分析還證實炎癥小體的活化與PD患者的運動癥狀呈正相關(guān)[13]。隨訪20例PD患者和15名健康對照者的研究還發(fā)現(xiàn)，PD患者血清中NLRP3蛋白水平與發(fā)病1年后疾病的進展和病情嚴重程度顯著相關(guān)[14]。對NLRP3基因的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)分析表明，rs7525979與PD患病風(fēng)險降低有關(guān)，進一步的研究證實SNP rs7525979可改變NLRP3基因的翻譯過程，從而影響NLRP3蛋白的穩(wěn)定性和泛素化[15]。在各種PD疾病模型的基礎(chǔ)研究中也證實了NLRP3炎癥小體被活化。過表達α-syn的A53T轉(zhuǎn)基因小鼠或采用α-syn原纖維中腦立體定位注射構(gòu)建的PD模型小鼠中，可觀察到小鼠中腦組織的NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β蛋白表達升高，提示NLRP3炎癥小體被活化[16-17]。1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)是常用的PD模型毒性誘導(dǎo)劑，盡管急性、亞急性和慢性模型的MPTP給藥時間及劑量有所差別，但在MPTP誘導(dǎo)的急性/亞急性/慢性模型小鼠腦組織中均觀察到NLRP3炎癥小體被活化[11，18-19]。6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)是除MPTP之外另一種常用于構(gòu)建PD疾病模型的神經(jīng)毒性物質(zhì)。6-OHDA注射至小鼠紋狀體后，可觀察到黑質(zhì)-紋狀體系統(tǒng)NLRP3、caspase-1的蛋白表達以及NLRP3、IL-1β和IL-18的mRNA水平升高[20]，提示6-OHDA可誘導(dǎo)腦內(nèi)NLRP3炎癥小體活化。

3.2NLRP3炎癥小體在PD中的活化機制及可能的致病機制 NLRP3炎癥小體的活化包括啟動和激活兩個步驟。在PD的病理生理改變中，Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)、腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR)、IL-1受體1型(IL-1 receptor type 1,IL-1R1)和CD36受體等參與了NF-κB信號通路的激活，與NLRP3炎癥小體活化的啟動步驟密切相關(guān)。α-syn單體毒性低，但其錯誤折疊、異常聚集后形成具有毒性的α-syn多聚體，多聚體可直接作用于TLR2/4受體，并通過激活MyD88/IKKα/IKKβ和MyD88/IκBα信號通路誘導(dǎo)NF-κB發(fā)生核轉(zhuǎn)移，從而激活NF-κB信號通路(見圖2)。CD36作為小膠質(zhì)細胞的清道夫受體，可識別和介導(dǎo)α-syn的吞噬清除。α-syn與CD36結(jié)合后招募胞漿內(nèi)的Fyn激酶，F(xiàn)yn激酶通過磷酸化PKCδ而激活PKCδ依賴性的NF-κB信號通路，進而觸發(fā)NLRP3炎癥小體活化的啟動步驟[17](見圖2)。MPTP可作用于TLR4受體，從而激活NF-κB信號通路，而敲除TLR4受體可抑制MPTP誘導(dǎo)的NF-κB信號通路激活及NLRP3炎癥小體活化[21]。另外，在PD的發(fā)展過程中，長期的慢性炎癥刺激使TNF-α、IL-1β炎性細胞因子產(chǎn)生增加，分別作用于小膠質(zhì)細胞膜上的TNRF和IL-1R1受體，促使胞漿內(nèi)NF-κB向胞核轉(zhuǎn)移而激活NF-κB信號通路(見圖2)。NLRP3炎癥小體的激活步驟與溶酶體破壞、線粒體功能障礙、K+外流等有關(guān)。α-syn被小膠質(zhì)細胞識別、吞噬后，可破壞溶酶體穩(wěn)態(tài)，使具有活性的cathepsin B從溶酶體釋放到胞漿，cathepsin B在胞漿中促進NLRP3炎癥小體的組裝而完成激活步驟[22](見圖2)。另一方面，α-syn在小膠質(zhì)細胞內(nèi)可破壞線粒體功能，向胞質(zhì)釋放出線粒體活性氧(mitochondrial ROS,mtROS)和mtDNA，進而激活NLRP3炎癥小體[23](見圖2)。因此，作為PD的核心致病蛋白，α-syn與NLRP3炎癥小體活化的關(guān)系極為密切，既可觸發(fā)炎癥小體活化的啟動步驟，同時可促進炎癥小體活化的激活步驟。MPTP、6-OHDA和魚藤酮也均被證實可破壞線粒體功能，通過誘導(dǎo)mtROS促進NLRP3炎癥小體的激活[10](見圖2)。NLRP3炎癥小體在PD中的活化還可能與低水平的多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)。多巴胺與多巴胺受體(dopamine receptor,DR)D1結(jié)合后促使第二信使環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)與NLRP3結(jié)合，cAMP通過E3泛素化連接酶MARCH7促進NLRP3泛素化降解，從而負向調(diào)控NLRP3炎癥小體的活化[24]。多巴胺與小膠質(zhì)細胞上的受體結(jié)合后還可抑制α-syn誘導(dǎo)的K+外流依賴的NLRP3炎癥小體活化[25]。與PD發(fā)病相關(guān)的parkin基因也參與了NLRP3炎癥小體的活化。正常情況下，NLRP3蛋白是parkin的底物，parkin可泛素化降解NLRP3蛋白而抑制炎癥小體的啟動步驟，而敲除parkin基因不僅其泛素化作用被消除，并且導(dǎo)致其相互作用的底物ZNF746沉積，該底物可誘導(dǎo)mtROS的生成，進而促進NLRP3炎癥小體的激活[26]。NLRP3炎癥小體活化后，產(chǎn)生的炎性細胞因子IL-1β通過炎性級聯(lián)效應(yīng)導(dǎo)致炎癥風(fēng)暴，并誘發(fā)α-syn錯誤折疊、異常聚集而產(chǎn)生細胞毒性作用(見圖2)。NLRP3炎癥小體活化后產(chǎn)生的caspase-1還可將α-syn單體截斷和聚集為聚合體，誘發(fā)PD樣病理改變[27]。另外，caspase-1可以剪切GSDMD的N端，從而在細胞膜上形成孔徑，觸發(fā)神經(jīng)細胞發(fā)生一種被稱為焦亡的程序性細胞死亡，加重神經(jīng)元的變性、丟失(見圖2)。

在PD發(fā)病過程中，TLRs受體、TNRF受體、IL-1R1受體、CD36受體參與NF-κB信號通路的激活，觸發(fā)炎癥小體活化的啟動步驟，在線粒體損傷釋放的mtROS、mtDNA以及溶酶體破壞釋放的cathepsin B作用下，NLRP3炎癥小體發(fā)生組裝激活，從而誘發(fā)炎癥反應(yīng)、細胞焦亡和α-syn的細胞毒性作用圖2 NLRP3炎癥小體在PD中的主要活化方式及可能致病機制圖[9]

4 以NLRP3炎癥小體為靶點的PD治療新策略

4.1靶向抑制NLRP3炎癥小體活化而發(fā)揮PD保護作用的小分子抑制劑或化合物 目前，已經(jīng)有部分抑制NLRP3炎癥小體活化的小分子抑制劑或化合物被證實對PD模型具有保護作用。MCC950，NLRP3的一種選擇性抑制劑，被證實可抑制α-syn誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞NLRP3炎癥小體活化和胞外ASC的釋放，并且口服MCC950可抑制α-syn原纖維和6-OHDA注射小鼠引起的NLRP3炎癥小體的活化，減少α-syn的異常聚集和多巴胺神經(jīng)元丟失[28]。在MPTP誘導(dǎo)的PD亞急性小鼠模型中，腹腔注射MCC950可抑制NLRP3炎癥小體活化而減輕中腦黑質(zhì)的神經(jīng)炎癥，改善小鼠的PD樣運動障礙[29]。MCC950還可以抑制錳誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體活化，減輕錳介導(dǎo)的體內(nèi)、外模型的神經(jīng)毒性作用[30]。多巴胺受體激動劑普拉克索與多巴胺D3受體結(jié)合后，可提高星形膠質(zhì)細胞的自噬水平，抑制NLRP3炎癥小體活化，對脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)腦內(nèi)注射誘導(dǎo)的PD小鼠發(fā)揮保護作用[31]。褪黑素是一種具有多種功效的吲哚雜環(huán)類化合物，在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型中具有保護效應(yīng)。在MPTP誘導(dǎo)的PD模型中，褪黑素通過激活SIRT1信號通路抑制NLRP3炎癥小體的活化，改善MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性損傷[32]。由腸道菌群合成的天然化合物尿石素A可修復(fù)MPTP破壞的線粒體自噬，抑制NLRP3炎癥小體活化，從而緩解MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用[33]。

4.2靶向抑制PD中NLRP3炎癥小體活化的microRNA(miR) 隨著研究的不斷深入，越來越多的miR被證實在PD中可調(diào)控NLRP3炎癥小體的活化。研究發(fā)現(xiàn)，miR-7除能夠靶向α-syn外，還可靶向NLRP3基因調(diào)控NLRP3炎癥小體的活化，從而減輕MPTP小鼠中腦黑質(zhì)小膠質(zhì)細胞的激活和多巴胺神經(jīng)元的丟失[16]。miR-188-3p可分別靶向NLRP3和細胞分裂蛋白激酶5而抑制NLRP3炎癥小體活化和細胞自噬活動，進而對PD模型發(fā)揮保護作用[34]。miR-30e和miR-190均被證實可通過靶向NLRP3基因抑制炎癥小體的活化，進而改善MPTP誘導(dǎo)的PD樣病理改變或小鼠的行為運動缺陷[35-36]。研究還發(fā)現(xiàn)，miR-135b通過靶向其下游的FoxO1轉(zhuǎn)錄因子抑制NLRP3炎癥小體的活化，對MPTP代謝產(chǎn)物MPP+干預(yù)的神經(jīng)元起保護作用[37]。而另一MicroRNA-miR-29c-3p通過靶向活化T細胞核因子5調(diào)控NLRP3炎性小體的活化，在PD模型中發(fā)揮抗炎作用[38]。

4.3中醫(yī)藥、運動訓(xùn)練或其他可抑制PD中NLRP3炎癥小體活化的方法 在PD的研究中，已有多種中草藥或中草藥提取物被發(fā)現(xiàn)可抑制不同PD疾病模型中NLRP3炎癥小體的活化。補腎益智方是一種由牡丹皮、人參根、何首烏、枸杞和女貞子等組成的傳統(tǒng)中藥，可抑制MPTP及MPP+誘導(dǎo)的NLRP3炎癥小體活化，減輕小膠質(zhì)細胞和小鼠腦內(nèi)的神經(jīng)炎癥，改善多巴胺神經(jīng)元變性和小鼠運動障礙[39]。金絲桃苷，中草藥黃秋葵的活性提取化合物，可上調(diào)垂體腺苷酸環(huán)化酶激活肽而抑制NLRP3炎癥小體的活化，發(fā)揮減輕MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥和保護多巴胺神經(jīng)元的作用[40]。同樣在MPTP誘導(dǎo)的PD模型中，穿心蓮內(nèi)酯可促發(fā)parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，抑制小膠質(zhì)細胞NLRP3炎癥小體的活化，改善MPTP小鼠的運動缺陷[41]。黃芪也被發(fā)現(xiàn)可通過抑制NF-κB信號通路和減少ROS產(chǎn)生而抑制NLRP3炎癥小體的活化，從而對MPTP毒性發(fā)揮保護作用[42]。此外，紅景天甙、芫花素、大麻二酚等也被證實可抑制MPTP誘導(dǎo)的PD模型中NLRP3炎癥小體的活化[43-45]。在6-OHDA誘導(dǎo)的PD模型中，樟芝多糖通過減少ROS的釋放而抑制NLRP3炎癥小體的活化[46]。丁苯酞可通過修復(fù)線粒體損傷而抑制NLRP3炎癥小體的活化，進而改善小鼠運動缺陷和多巴胺神經(jīng)元變性[47]。除了上述的抑制劑、化合物、miR和中草藥外，尚有一些方法也可抑制PD模型中NLRP3炎性小體的活化。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，跑步運動訓(xùn)練可抑制MPTP小鼠腦內(nèi)的TLR4/MyD88/NF-κB信號通路，進而抑制NLRP3炎性小體的活化[19]。靜脈注射人臍帶間充質(zhì)基質(zhì)細胞可同時抑制MPTP誘導(dǎo)的腦內(nèi)和外周的NLRP3炎癥小體活化[48]。將正常大鼠的腸道菌群移植至錳暴露環(huán)境下的大鼠體內(nèi)，觀察到受植大鼠腦內(nèi)的NLRP3炎癥小體活化被抑制，錳的神經(jīng)毒性作用被減弱，提示腸道菌群可通過抑制NLRP3炎癥小體減輕錳介導(dǎo)的神經(jīng)損傷[49]。

5 總結(jié)與展望

越來越多的證據(jù)表明，NLRP3炎癥小體活化介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)在PD的病理機制和疾病進展過程中發(fā)揮著不可忽視的作用，以NLRP3炎癥小體為靶點的PD治療研究策略也逐漸被發(fā)掘。然而，盡管絕大部分研究表明NLRP3炎癥小體活化在PD中起破壞作用，但其在外周的免疫穩(wěn)態(tài)中具有重要保護作用，因此該炎癥小體在PD中的確切作用可能需進一步深入研究確認。此外，NLRP3炎癥小體在PD中的活化機制及其與核心致病蛋白α-syn的相互作用關(guān)系仍未完全清楚。因此，深入研究NLRP3炎癥小體在PD中的作用、活化機制及其與α-syn的關(guān)系，從而探索以NLRP3炎癥小體為靶點的PD治療新策略將具有重要意義，可能為PD等NLRP3炎癥小體相關(guān)疾病提供新的治療思路。