張翠 劉振 劉婧揚(yáng) 石新燁 劉志強(qiáng) 孫經(jīng)武

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，濱州 256603

糖尿病患病率呈逐年上升趨勢(shì)，其相關(guān)并發(fā)癥可累及全身多處器官，嚴(yán)重危害著人類(lèi)的生命健康，加劇全球疾病負(fù)擔(dān)。糖尿病是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，并發(fā)癥主要以大血管（如心血管疾?。┖臀⒀懿∽儯ㄈ缬绊懩I臟、視網(wǎng)膜和神經(jīng)系統(tǒng)的并發(fā)癥）為主［1］。1972年，Rubler等［2］對(duì)4例死于心力衰竭（heart failure，HF）的糖尿病患者的心臟進(jìn)行解剖時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種以心臟結(jié)構(gòu)和功能異常為特征的心肌病，首次提出了糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）的概念。此后，將DCM定義為由糖尿病導(dǎo)致的一種特異性心肌病，與高血壓或冠狀動(dòng)脈疾?。–AD）等其他心血管疾病無(wú)關(guān)。DCM是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥，也是糖尿病患者死亡的主要原因，以結(jié)構(gòu)和功能障礙為特征，包括心肌細(xì)胞死亡、心肌成纖維細(xì)胞激活、左心室功能障礙和代謝紊亂等，胰島素抵抗、高脂血癥和高血糖是DCM發(fā)展的3個(gè)重要獨(dú)立危險(xiǎn)因素［3］。

由于DCM的復(fù)雜性，其發(fā)病機(jī)制在過(guò)去的研究中尚未完全闡明，但近幾年發(fā)現(xiàn)多種因素與DCM的發(fā)病相關(guān)，包括線粒體功能障礙、內(nèi)皮功能障礙、代謝紊亂、心肌炎癥、鈣調(diào)比例失衡、RASS系統(tǒng)激活和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）重構(gòu)等［4］。這些病理生理變化導(dǎo)致氧化應(yīng)激、心肌纖維化、心室肥大、左心室舒張功能障礙，最終導(dǎo)致HF［5］。其中，炎癥在DCM的病理生理發(fā)展過(guò)程中起到了重要作用。作為NLRs家族最具特征性的炎癥小體，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）與多種疾病的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)，主要包括代謝障礙、癌癥、缺血性心肌病、炎癥性腸病、糖尿病與肥胖，以及自身免疫性和代謝性疾病等［6］。而在心肌細(xì)胞中大量表達(dá)的NLRP3炎性小體，可能會(huì)成為治療DCM的新靶點(diǎn)。本文就NLRP3炎性小體在DCM中的作用機(jī)制及其相關(guān)治療作出系統(tǒng)的綜述。

NLRP3炎性小體

炎性小體是一種大型多分子復(fù)合物，由胞漿模式識(shí)別受體（PRRs）參與組裝形成，能夠協(xié)調(diào)宿主對(duì)抗感染因子并啟動(dòng)防御機(jī)制，是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分［7］。炎癥小體以其控制蛋白水解酶caspase-1活化的能力而聞名，通過(guò)ASC募集caspase-1，活化的caspase-1反過(guò)來(lái)調(diào)節(jié)白細(xì)胞介素（IL）-1β和IL-18的蛋白水解成熟，產(chǎn)生相應(yīng)的成熟炎癥因子，誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡［8］。其中，NLRP3是近幾年研究較多、最具特征性的炎性小體。

1.NLRP3的結(jié)構(gòu)

NLRP3屬于NLRs蛋白家族，是一種介導(dǎo)有效炎性介質(zhì)激活的胞漿信號(hào)復(fù)合體，廣泛存在于炎癥細(xì)胞和免疫細(xì)胞中，其多蛋白復(fù)合物是由傳感器分子NLRP3［核苷酸結(jié)合域富亮氨酸重復(fù)序列（NLR）和含有受體3的pyrin結(jié)構(gòu)域］、銜接蛋白ASC（含有半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白）和效應(yīng)蛋白procaspase-1組成［9］。NLRP3包含3個(gè)結(jié)構(gòu)域：吡喃結(jié)構(gòu)域（PYD）、核苷酸結(jié)合和寡聚結(jié)構(gòu)域（NACHT）以及富亮氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域（LRRs）。ASC由C端caspase募集結(jié)構(gòu)域（CARD）和N端PYD組成。Pro-caspase-1由一個(gè)CARD、一個(gè)p20和一個(gè)p10域組成［10］。NLRP3中央的NACHT結(jié)構(gòu)域具有ATP酶活性，能夠促進(jìn)自身寡聚，需要與ATP結(jié)合才能激活NLRP3［11］。C端的LRR結(jié)構(gòu)域可以調(diào)節(jié)NLRP3活性并感知內(nèi)源性警報(bào)蛋白和微生物配體，N端的PYD結(jié)構(gòu)域主要介導(dǎo)下游蛋白間的相互作用［9，12］。正常生理?xiàng)l件下，NLRP3的NACHT結(jié)構(gòu)域與LRRs結(jié)合，使其處于自我抑制狀態(tài)［11］，當(dāng)出現(xiàn)病原相關(guān)分子模式（PAMLs）或損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）時(shí)，NLRP3解除抑制狀態(tài)并發(fā)生寡聚，其PYD結(jié)構(gòu)域招募含有PYD的ASC銜接蛋白產(chǎn)生相互作用，而ASC的CARD結(jié)構(gòu)域則連接下游的procaspase-1，將IL-1β前體和IL-18前體轉(zhuǎn)化為具有活性的IL-1和IL-18，從而引起細(xì)胞程序性死亡-細(xì)胞焦亡［12］。因此，NLRP3炎性小體的組成成分能夠使其激活后發(fā)揮作用。

2.NLRP3的激活

近幾年，對(duì)炎性小體的研究越來(lái)越深入，但對(duì)于炎性小體激活的確切機(jī)制尚未有明確定論。有研究發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)細(xì)胞中，NLRP3炎性小體的激活需要兩個(gè)步驟：?jiǎn)?dòng)和激活。啟動(dòng)步驟：靜息狀態(tài)下，細(xì)胞中NLRP3的基礎(chǔ)水平較低，不足以組裝和激活NLRP3炎性小體［9］。因此，啟動(dòng)步驟需要Toll樣受體（TLRs）或細(xì)胞因子受體誘導(dǎo)［如腫瘤壞死因子（TNF）或IL-1β］，它們識(shí)別PAMPs或DAMPs，進(jìn)而上調(diào)NLRP3和IL-1β的miRNA轉(zhuǎn)錄水平［13］，并通過(guò)翻譯后修飾降低NLRP3的激活閾值，從而導(dǎo)致caspase-1介導(dǎo)的炎癥因子成熟與釋放，以及細(xì)胞焦亡。這些翻譯后修飾主要包括：BRCC3介導(dǎo)的NLRP3去泛素化、LUBAC介導(dǎo)的ASC泛素化、依賴(lài)SYK和JNK的ASC磷酸化［14］。激活步驟：接受啟動(dòng)信號(hào)后，NLRP3炎性小體會(huì)被PAMPs或DAMPs等多種因素激活。大多數(shù)的PRR具有特異性，僅能識(shí)別一種或幾種PAMPs或DAMPs，然而，NLPR3能被廣泛的細(xì)菌、病毒和真菌的PAMPs和內(nèi)源性DAMPs激活，如：成孔毒素、晶體、聚集體（β-淀粉樣蛋白）、細(xì)胞外ATP、顆粒刺激物和透明質(zhì)酸［11］。NLRP3通過(guò)N端PYD招募ASC形成ASC朊蛋白樣寡聚物，組裝后的NLRP3炎性小體觸發(fā)pro-caspase-1自動(dòng)切割，介導(dǎo)pro-IL-1β、pro-IL-18、和gasdermin D（GSDMD）的蛋白水解過(guò)程，導(dǎo)致細(xì)胞膜孔隙形成，并誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡和IL-1β/IL-18的釋放［15］。

NLRP3炎性小體與CAD

炎性反應(yīng)是DCM發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵因素，越來(lái)越多的證據(jù)表明，NLRP3對(duì)控制炎性反應(yīng)和協(xié)調(diào)抗微生物宿主防御至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，在2型糖尿病大鼠模型中，NLRP3炎性小體、IL-1β、IL-18及TNF-α等炎癥因子的水平明顯增加，導(dǎo)致糖尿病大鼠心臟功能障礙，而NLRP3基因沉默后能有效減輕DCM的炎性反應(yīng)，從而改善DCM的細(xì)胞凋亡、心室功能障礙及心肌纖維化［16］。

1.NLRP3炎性小體參與DCM細(xì)胞焦亡過(guò)程

焦亡是由caspase-1/4/5/11引發(fā)的一種程序性細(xì)胞死亡的炎癥形式，通常在細(xì)胞內(nèi)病原體感染時(shí)發(fā)生，主要導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、質(zhì)膜裂解及促炎因子的釋放，從而激活強(qiáng)烈的炎癥和免疫反應(yīng)。研究表明，高糖誘導(dǎo)的活性氧（ROS）過(guò)度生成是慢性炎癥的主要原因，因此，ROS誘導(dǎo)的NLRP3依賴(lài)性凋亡和促炎因子的成熟可能有助于自身免疫性或代謝性疾病的發(fā)展，如DCM［17］。

Qiu等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在高糖和缺氧/復(fù)氧（hypoxia/reoxygenation，H/R）條件下使用高濃度的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激H9C2心肌細(xì)胞，H9C2細(xì)胞的存活率降低，ROS產(chǎn)生和細(xì)胞焦亡增加，并伴隨NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β和IL-18等炎癥因子的表達(dá)增加，加重H9C2中HG和H/R誘導(dǎo)的心肌損傷。此外，當(dāng)加入炎性小體抑制劑BAY11-7082時(shí)，LPS通過(guò)下調(diào)NLRP3炎性小體減輕了HG+H/R誘導(dǎo)的心肌損傷。Elmadbouh等［19］發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，鏈霉素誘導(dǎo)的DCM組心肌細(xì)胞中焦亡蛋白caspase-1、TLR4以及NLRP3表達(dá)水平顯著增加，骨成型蛋白-7治療組可顯著降低炎癥誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，改善DCM心臟重塑。

以上研究發(fā)現(xiàn)也在Xie等［20］的實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)：DCM模型大鼠Chemerin、CMKLR1、NLRP3、caspase-1和炎癥因子表達(dá)增加，鏡下切片大鼠心肌纖維化、肥大、超微結(jié)構(gòu)紊亂、功能受損，然而沉默CMKLR1和NLRP3則能降低炎癥因子水平和細(xì)胞焦亡，而在CMKLR1-siRNA治療組，焦亡和炎癥的關(guān)鍵因子顯著降低，DCM大鼠的心肌炎癥、纖維化、肥厚等情況明顯減輕。以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，NLRP3炎癥小體參與DCM的細(xì)胞焦亡過(guò)程。

2.NLRP3炎性小體參與DCM心肌纖維化過(guò)程

心肌纖維化（myocardial fibrosis，MF）是心肌重構(gòu)的主要表現(xiàn)，是多種心臟疾病發(fā)展過(guò)程的共同病理結(jié)果。MF是一個(gè)復(fù)雜的病理過(guò)程，主要是由于心肌成纖維細(xì)胞（CFs）的異常增多，心肌組織中膠原纖維過(guò)度沉積（主要是Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維），或膠原成分發(fā)生改變，從而導(dǎo)致心肌瘢痕組織形成、左室舒張功能障礙，最終導(dǎo)致HF的一種病理改變。

CFs是MF的關(guān)鍵細(xì)胞，參與MF的發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，向小鼠原代CFs中加用轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）刺激后，CFs中NLRP3炎癥小體的表達(dá)明顯增加，CFs顯著分化，將NLRP3-/-小鼠的原代CFs分離并添加TGF-β后，CFs的分化減弱，而肉桂醛和別嘌呤醇能夠抑制TGF-β/Smads通路，降低NLRP3炎癥小體的表達(dá)，從而減弱MF［21-22］。這表明，NLRP3在CFs的分化過(guò)程中起到了重要作用。葡萄糖則通過(guò)誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生NLRP3炎性小體，導(dǎo)致MF。在一項(xiàng)動(dòng)物和H9C2細(xì)胞模型中，Kang等［21］證實(shí)果糖誘導(dǎo)能夠增加心臟氧化應(yīng)激和ROS，上調(diào)CD36，繼而以TLR4/6-IRAK4/1依賴(lài)的方式刺激NLRP3炎性小體，促進(jìn)糖尿病大鼠心臟炎癥和纖維化。這一結(jié)論也在Zhang等［23］的實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，在高糖環(huán)境下，ROS和三磷酸腺苷嘌呤受體（P2X7R）可以介導(dǎo)NLRP3炎性小體激活，促進(jìn)大鼠心臟成纖維細(xì)胞膠原合成，相反，H3松弛素則明顯減弱P2X7受體介導(dǎo)的NLRP3炎性小體的激活，從而抑制心肌炎性反應(yīng)及心肌纖維化。在DCM大鼠模型中，NLRP3、膠原蛋白（collagen）-1、collagen-3、caspase-3和bax顯著上調(diào)，bcl2顯著下調(diào)，糖尿病大鼠的心肌纖維化、NLRP3炎性小體激活和凋亡明顯加重［23］，而NLRP3基因沉默后，2型糖尿病大鼠的左心室纖維化減輕［16］。以上研究證實(shí)，NLRP3炎性小體具有促進(jìn)心肌纖維化的作用。

以NLRP3為靶點(diǎn)治療DCM的藥物

目前，關(guān)于DCM的治療方法多以控制血糖、血壓、血脂與改善HF等對(duì)癥治療為主。針對(duì)DCM發(fā)病機(jī)制的治療藥物尚處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，但值得注意的是，近年來(lái)已經(jīng)確定了一些DCM治療的潛在靶點(diǎn)，包括激活Nrf2通路、抑制丙酮酸脫氫酶激酶、抗氧化、SERCA過(guò)表達(dá)、減少TXNIP的表達(dá)、調(diào)控micRNA等［24］。NLRP3炎性小體是近幾年DCM治療的一個(gè)潛在新方向，針對(duì)NLRP3炎性小體在DCM中的治療藥物可分為化學(xué)藥物和天然藥物兩類(lèi)。

1.化學(xué)藥物

二甲雙胍作為一線降糖藥物，能夠激活A(yù)MPK和自噬，通過(guò)mTOR通路抑制NLRP3炎性小體的產(chǎn)生，發(fā)揮心臟保護(hù)及抗炎作用，改善糖尿病大鼠的左心室功能、心肌纖維化和細(xì)胞焦亡［25］。同為降糖藥物的SGLT2抑制劑（如達(dá)格列凈、恩格列凈）亦有此相同作用，但兩種藥物作用的通路不同，達(dá)格列凈通過(guò)抑制NLRP3/ACS炎性小體的激活延緩DCM的發(fā)展進(jìn)程［26］，而恩格列凈則通過(guò)抑制sGC-cGMP-PKG通路發(fā)揮作用［27］。褪黑素是人松果體產(chǎn)生的一種胺類(lèi)激素，能夠抑制LncRNA MALAT1/miR-141介導(dǎo)的NLRP3炎性小體的激活和TGF-β1/Smads通路，顯著改善心功能并減少膠原纖維的生成，產(chǎn)生抗纖維化作用，可能是治療DCM的潛在藥物［28］。瑞舒伐他汀是一種選擇性3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑，可以阻斷硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）的過(guò)度表達(dá)，降低NLRP3、caspase-1和IL-1β的水平，長(zhǎng)期治療能夠抑制MAPKs的過(guò)度磷酸化，改善糖尿病大鼠的心功能［29］。以往的抗炎藥物治療可能會(huì)導(dǎo)致宿主防御受損或繼發(fā)炎癥，靶向NLRP3炎性小體的炎癥通路可能提供了一種更精確的方法來(lái)減少有害炎癥，同時(shí)，改善糖尿病大鼠的心肌炎癥、纖維化、細(xì)胞凋亡及心室重構(gòu)，延緩DCM的發(fā)展。

2.天然藥物

皂苷是絞股藍(lán)的主要成分，具有抗炎、心臟保護(hù)和神經(jīng)保護(hù)的作用。在H9C2細(xì)胞和DCM小鼠模型中，皂苷能夠降低線粒體ROS水平，抑制NLRP3炎性小體的激活，改善HG誘導(dǎo)的心肌損傷［30］。復(fù)方貞術(shù)調(diào)脂方是一種治療糖脂代謝障礙的中藥方劑，能夠抑制心肌細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累、氧化應(yīng)激和NLRP3炎性小體誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)，改善血脂和促炎因子的水平，減輕心肌肥厚，改善糖尿病小鼠的心臟功能［31］。槲皮素是一種天然黃酮類(lèi)化合物，具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)、清除自由基、降血脂等作用，糖尿病大鼠模型經(jīng)槲皮素治療后，Ⅰ型膠原、NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18等蛋白表達(dá)水平降低，大鼠心臟射血分?jǐn)?shù)增加，這表明槲皮素可能通過(guò)減輕DCM的炎癥作用來(lái)改善心功能障礙和心肌纖維化［32］。樺木醇是從樺樹(shù)皮中提取的一種三萜類(lèi)化合物，具有調(diào)脂、抗炎、抗腫瘤等作用，有研究發(fā)現(xiàn)，在db/db小鼠心肌組織中，Sirt1明顯降低，NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β、NK-κB水平明顯升高，經(jīng)樺樹(shù)醇治療能顯著逆轉(zhuǎn)這些變化，樺樹(shù)醇還可有效改善db/db小鼠和H9C2細(xì)胞的胰島素抵抗、高血糖和心臟炎癥，其可能是通過(guò)調(diào)控Sirt1/NLRP3/NK-κB信號(hào)通路發(fā)揮作用［33］。

總結(jié)與展望

DCM作為糖尿病的并發(fā)癥，其發(fā)病率高，危害性大。因此，研究其發(fā)病機(jī)制并研發(fā)靶向治療藥物對(duì)DCM的預(yù)防及治療具有重要意義。NLRP3炎性小體可以作為一種有前景的分子標(biāo)志物，可用于未來(lái)開(kāi)發(fā)有效和靶向治療DCM和其他心血管疾病的低毒性療法。因此，了解其激活的分子機(jī)制，并開(kāi)發(fā)靶向藥物，對(duì)DCM和其他心血管疾病具有重要價(jià)值。盡管對(duì)于NLRP3與DCM之間的研究取得了一定成果，仍有許多問(wèn)題亟待解決，NLRP3炎性小體與信號(hào)通路的研究在DCM中仍具有局限性，未來(lái)仍需要深入探索。

作者貢獻(xiàn)聲明張翠：查閱文獻(xiàn)，收集整理數(shù)據(jù)，起草文章；劉振：查閱文獻(xiàn)，收集整理數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱；劉婧揚(yáng)、石新燁、劉志強(qiáng)：收集整理數(shù)據(jù)；孫經(jīng)武：對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，指導(dǎo)