李夢(mèng)潔 梁棟 邢文華 林千愉 張慧 張曉敏

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，濱州 256603

糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）是糖尿病患者常見的微血管并發(fā)癥，且為終末期腎臟病的常見病因［1］。導(dǎo)致DN 進(jìn)展的常見因素有脂代謝紊亂、高血糖、高血壓、氧化應(yīng)激、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)過度激活等。盡管DN 是非免疫性疾病，但炎癥反應(yīng)仍是DN 的重要病理生理機(jī)制［2］。其中，炎癥小體是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)，并與許多信號(hào)軸密不可分。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）炎癥小體活化是DN 腎臟固有細(xì)胞炎癥性損傷中的“關(guān)鍵開關(guān)”。DN 時(shí)NLRP3 炎癥小體被激活，誘發(fā)的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)可通過釋放炎癥因子、損傷內(nèi)皮細(xì)胞、抑制足細(xì)胞自噬等參與DN的發(fā)展。此外，國內(nèi)外學(xué)者還發(fā)現(xiàn)，許多藥物可以通過抑制NLRP3炎癥小體，從而改善DN 炎癥性損傷，延緩患者進(jìn)展至終末期腎病的時(shí)間。但目前需要更多的研究明確其發(fā)揮作用的機(jī)制，本文對(duì)NLRP3 炎癥小體在DN 中的作用及其相關(guān)藥物研究進(jìn)展兩方面進(jìn)行綜述。

NLRP3炎癥小體在DN中的作用

NLRP3 炎癥小體是一種多蛋白復(fù)合物，它是由NLRP3 蛋白、凋亡相關(guān)斑樣點(diǎn)蛋白及含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase -1，caspase-1）前體所構(gòu)成的多聚蛋白復(fù)合物。NLRP3 是復(fù)合物中的核心蛋白，它含有3 個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，即N 端的熱蛋白結(jié)構(gòu)域、中間的NACHT 結(jié)構(gòu)域及C 端的亮氨酸富集重復(fù)結(jié)構(gòu)域［3］。NLRP3 可以接受大多數(shù)病原微生物、多種結(jié)構(gòu)域識(shí)別病原相關(guān)分子模式、危險(xiǎn)相關(guān)分子模式和環(huán)境因子的刺激。NLRP3的激活主要有兩個(gè)方面：其一，激活模式識(shí)別受體誘導(dǎo)NLRP3 炎癥小體和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）1β前體依賴的核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）轉(zhuǎn)錄上調(diào)，從而促使IL-1β 前體和NLRP3 炎癥小體蛋白過表達(dá)［4］；其二，NLRP3炎癥小體形成復(fù)合物，促使caspase-1及IL-1β等效應(yīng)分子產(chǎn)生；NLRP3 炎癥小體由NLRP3、ASC 和caspase1 組成。一旦存在誘導(dǎo)因子，活化的caspase-1 會(huì)剪接前IL-1β 和前IL-18，分別形成 IL-1β 和IL-18，發(fā)揮其作用（圖1）。IL-1β和IL-18是由NLRP3炎癥小體激活后釋放的下游效應(yīng)蛋白，它們?cè)贒N的發(fā)生和發(fā)展中扮演著重要的角色，其可以誘導(dǎo)腎臟足突細(xì)胞發(fā)生焦亡。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，DN 動(dòng)物模型中NLRP3、ACS 和caspase-1 的過度表達(dá)，導(dǎo)致IL-1β 和IL-18 升高，隨后腎損傷惡化。IL-1β、IL-18 也可以進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-6和腫瘤壞死因子-α等炎癥介質(zhì)，加重 DN的炎癥反應(yīng)引起腎損傷。IL-1β細(xì)胞因子是DN炎癥反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)器［5］。DN患者的IL-1β表達(dá)水平在腎組織中明顯上調(diào)，且IL-1β 其水平與DN 患者的尿蛋白水平密切相關(guān)。此外，IL-18表達(dá)水平的升高與DN患者腎功能減退的程度呈正相關(guān)。以上研究均說明，NLRP3炎癥小體在DN中起重要作用。

圖1 NLRP3炎癥小體的組成和活化過程

NLRP3炎癥小體活化的信號(hào)調(diào)控途徑及其相關(guān)藥物

NLRP3 炎癥小體活化受多條信號(hào)傳導(dǎo)通路的影響，如活性氧（reactive oxygen species，ROS）-硫氧還蛋白互作蛋白（thioredoxin-interacting protein，TXNIP）通路、NF-κB 通路、核轉(zhuǎn)錄因子E-2 相關(guān)因子-2（nuclear factor erythroid-related factor 2，Nrf2）通路、絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-acti-vated protein kinases，MAPKs）通路等［6］。

1.ROS-TXNIP--NLRP3通路

TXNIP 是體內(nèi)NLRP3 炎癥小體激活的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。ROS-TXNIP-NLRP3 信號(hào)通路目前在DN 的腎臟損傷中被高度關(guān)注，多項(xiàng)研究表明NLRP3 的活化與TXNIP 相關(guān)。ROS 是NLRP3 炎癥小體活化的上游信號(hào)及觸發(fā)因素，TXNIP 對(duì)ROS 高度敏感。在生理情況下，硫氧還蛋白（thioredoxin，TRX）與TXNIP 結(jié)合而抑制其活性，因此不激活NLRP3；在病理情況下，胞內(nèi)ROS 含量增加時(shí)，TRX/TXNIP 復(fù)合物解離，TXNIP 與NLRP3 的亮氨酸富集重復(fù)結(jié)構(gòu)域結(jié)合而激活NLRP3 炎癥小體，進(jìn)而生成并釋放IL-1β［7］。研究發(fā)現(xiàn)，在高糖處理的大鼠系膜細(xì)胞中，ROS、TXNIP、NLRP3、caspase-1 及IL-1β 的表達(dá)水平均有所提高，表明ROS-TXNIP-NLRP3 信號(hào)通路活化；當(dāng)沉默TXNIP或敲除TXNIP 可抑制高糖誘導(dǎo)的ROS-TXNIP-NLRP3 信號(hào)通路的活性［8］。An 等［9］研究發(fā) 現(xiàn)，通過阻 斷ROS-TXNIP-NLRP3，DN小鼠模型可以抑制細(xì)胞發(fā)生焦亡，從而緩解DN 進(jìn)展。高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞可以通過沉默TXNIP 表達(dá)來減輕炎癥反應(yīng)［10］。故ROS-TXNIP-NLRP3 在DN 中發(fā)揮了重要作用，而相關(guān)藥物可能通過抑制該通路活化，對(duì)腎臟損傷起保護(hù)作用。其中，通過降低TXNIP 與NLRP3 的共域性，中藥湯參方可緩解腎損傷［11］。毛柳甙是紅景天中的一種成分，它可以減緩高糖作用對(duì)大鼠腎小球系膜細(xì)胞的增殖影響。通過降低ROS 水平，可以有效減少TXNIP、NLRP3 炎癥小體以及caspase-1 的表達(dá)。還有一些中草藥提取物可通過抑制ROS-TXNIP-NLRP3 信號(hào)通路的激活發(fā)揮腎臟保護(hù)作用，例如：加味升降散、肉桂、千金藤素、胡椒堿、姜黃素等［12-15］。

2.NF-κB-NLRP3炎癥小體通路

NF-κB 是一種重要的炎癥刺激因子，NF-κB 的抑制因子（inhibitor kappa B，IκB）調(diào)控NF-κB 兩個(gè)亞基：p50 和p65 的激活［16］。在DN 狀態(tài)下，炎癥小體通過細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外受體激活NF-κB，促進(jìn)大量IL-1β 的產(chǎn)生，并參與調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子家族作為信號(hào)傳遞器。腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子作用于NF-κB 誘導(dǎo)激酶，NF-κB 誘導(dǎo)激酶作用于IκBα 激酶的上游。并且，在DN 狀態(tài)下，小泛素相關(guān)修飾因子（small ubiquitin-related modifier，SUMO）起著重要作用。其中包括SUMO1 和SUMO2/3 的表達(dá)增加，SUMO1 和SUMO2/3 作為細(xì)胞中的應(yīng)激蛋白，當(dāng)SUMO2/3 誘導(dǎo)的IκBα的變化占主導(dǎo)地位并顯著降低IκBαSUMO化時(shí)，這些因子可能通過改變IκBαSUMO 化與非SUMO 化之間的平衡來調(diào)控NF-κB 的功能，IκBα 的表達(dá)降低，并且在隨后的步驟中激活NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)，激活的NF-κB 易位至細(xì)胞核以調(diào)節(jié)下游基因，包括細(xì)胞間黏附分子-1 和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）β1。綜 上，NF-κB 是免疫應(yīng)答的重要介質(zhì)，在形成預(yù)激活的NLRP3 炎癥小體過程中扮演著重要角色［17］。當(dāng)炎癥小體被高濃度葡萄糖刺激激活時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的IL-1β，IL-1β 與細(xì)胞膜表面的受體相互作用，隨后是TRAF 激活和NIK 刺激，NIK 繞過SUMO 通路來調(diào)節(jié)NF-κB的激活；在正常情況下，非活性的NF-κB 與細(xì)胞質(zhì)中的κB 抑制因子（IκBα、IκBβ、IκBγ）非共價(jià)結(jié)合，IκBα 在刺激后被泛素化，允許激活的NF-κB 易位到細(xì)胞核，并與目標(biāo)DNA 的特定增強(qiáng)子或啟動(dòng)子結(jié)合，導(dǎo)致這些基因的激活；TGF-β1、ICAM-1 等基因過表達(dá)，導(dǎo)致DN 的發(fā)生發(fā)展（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)小鼠腎臟組織進(jìn)行檢測(cè)，糖尿病組小鼠與非糖尿病組小鼠相比，NLRP3炎癥小體及NF-κB 的表達(dá)升高。但是，如果應(yīng)用抑制劑下調(diào)NF-κB，就可以降低NLRP3 炎癥小體的表達(dá)［18］。以上均提示NF-κB/NLRP3 這一信號(hào)通路異常對(duì)足細(xì)胞造成的傷害可能是DN發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。相關(guān)體內(nèi)或體外實(shí)驗(yàn)表明，通過這一途徑，許多藥物能夠緩解DN 對(duì)腎臟的損害。例如，黃葵膠囊在體內(nèi)通過抑制腎臟組織NLRP3 炎癥小體的活化和 NF-κB 來緩解DN 腎小管上皮-間充質(zhì)的分化［19］。甘草素可以減輕高糖引起的細(xì)胞外基質(zhì)積聚、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，這是通過抑制NF-κB/NLRP3 炎癥途徑實(shí)現(xiàn)的［20］。吡格列 酮通過下調(diào)NF-κB 的表達(dá)，使NLRP3、IL-18 和IL-1β 的水平進(jìn)一步降低［18］。深入研究NF-κB 信號(hào)通路及藥物作用機(jī)理，或許能夠找到一種有效的方法來抑制NLRP3激活，這將成為一項(xiàng)非常重要的研究領(lǐng)域。

圖2 糖尿病腎病中的NF-κB-NLRP3炎性小體通路

3.Nrf2-NLRP3炎癥小體通路

Nrf2 是一種轉(zhuǎn)錄因子，其敏感性受到氧化還原狀態(tài)的影響。但當(dāng)機(jī)體受到ROS 等刺激時(shí)，Nrf2 與Kelch 樣ECH關(guān)聯(lián)蛋白1 分離并移至細(xì)胞核，使Nrf2/抗氧化反應(yīng)元件序列結(jié)合基因的表達(dá)提高，進(jìn)而發(fā)揮Nrf2 的抗氧化作用［21］。Nrf2 可以調(diào)節(jié)NLRP3 介導(dǎo)的炎癥表達(dá)，通過應(yīng)急反應(yīng)蛋白和多種抗氧化酶來消除過多的ROS［22］。通過調(diào)節(jié)下游的抗氧化因子，Nrf2-NLRP3 炎癥小體通路發(fā)揮了抗氧化的作用，并通過抑制促炎因子的表達(dá)來減輕腎臟損傷，目前已成為DN治療的新靶點(diǎn)，提供了治療DN的新可能。目前，針對(duì)該途徑進(jìn)行了多項(xiàng)藥物研究，其中，在米諾環(huán)素藥物研究中發(fā)現(xiàn)，DN 的小鼠通過誘導(dǎo)Nrf2 表達(dá)的增加，可以抑制NLRP3 炎癥小體活化，進(jìn)而提高腎功能；反之，米諾環(huán)素不能降低Nrf2 敲除的DN 小鼠中NLRP3 的表達(dá)［23］。此外，中藥成分如白藜蘆醇、白皮杉醇、木犀草素、葛花總黃酮、五味子醇提液、冠心丹參方、丹皮酚等，均可通過激活Nrf2，啟動(dòng)抗氧化機(jī)制，使腎臟細(xì)胞內(nèi)炎癥小體NLRP3水平降低［24-27］。

4.MAPKs通路

DN受MAPK信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。MAPK信號(hào)通路主要包括3 條：p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinases，p38MAPK）通路、細(xì)胞 外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular-signal regulated protein kinase，ERK）通路和c-Jun N 末端激酶（c-Jun Nterminal kinas，JNK）通路［28］。

p38MAPK 的主要作用是對(duì)一些應(yīng)激因子和細(xì)胞因子進(jìn)行調(diào)控，以誘導(dǎo)凋亡。高糖可以導(dǎo)致p38MAPK 信號(hào)通路成分的磷酸化，使系膜細(xì)胞分泌增殖增強(qiáng)；抑制p38MAPK通路會(huì)使系膜細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)下降，從而使腎小球基底膜增厚 速度減 慢，引 起DN 的進(jìn)程延緩［29］。ATP 作 為NLRP3 炎癥小體的激動(dòng)劑也能激活p38MAPKs。p38MAPK激活和mRNA 表達(dá)受上游激動(dòng)劑絲裂原活化蛋白激酶和絲裂原活化蛋白激酶激酶控制［30］。p38MAPK 的磷酸化被認(rèn)為是通過一個(gè)蘇氨酸-甘氨酸-酪氨酸基序來實(shí)現(xiàn)雙重磷酸化。因此，p38 蛋白TGY 基序中酪氨酸和蘇氨酸的磷酸化導(dǎo)致了p38 蛋白的激活。在炎癥體激活時(shí)，p38MAPK 可通過增加TGF-β 的基因表達(dá)來對(duì)p38MAPK 信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)行正反饋調(diào)節(jié)，進(jìn)而出現(xiàn)惡性循環(huán)［31］。同 時(shí)，激 活p38MAPKs 還能增強(qiáng)活化轉(zhuǎn)錄因子2 的基因表達(dá)，導(dǎo)致NLRP3 介導(dǎo)的IL-1β 和IL-18 的分泌明顯增加，并釋放其他炎癥因子的釋放，如IL-6 和IL-8，促使DN 的發(fā)生。

ERK 在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過程中扮演著至關(guān)重要的角色，對(duì)多種參與細(xì)胞反應(yīng)的基因的整合和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生了顯著的影響［32］。在正常情況下，ERK1/2位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在高糖和各種生長(zhǎng)因子等分子刺激后被磷酸化。激活的ERK1/2 進(jìn)入細(xì)胞核，影響轉(zhuǎn)錄因子，促使基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，參與細(xì)胞增殖分化。ERK1 介導(dǎo)的翻譯后修飾可能會(huì)讓NLRP3 炎癥小體對(duì)第二信號(hào)ATP 做出反應(yīng)［33］。在DN 中，NLRP3炎癥小體被激活并進(jìn)一步激活RAF-1，導(dǎo)致MEK1/2的激活，隨后導(dǎo)致ERK1/2 的激活。ERK1/2 磷酸化細(xì)胞內(nèi)中磷脂酶A2從而促進(jìn)花生四烯酸和二十烷醇類物質(zhì)的釋放，這可能會(huì)對(duì)DN 腎血流動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生影響。ERK1/2 激活的信號(hào)通路可通過多種因素如蛋白激酶C、酪氨酸蛋白激酶和糖基化終末產(chǎn)物受體等促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖，從而引發(fā)腎小球腎炎［6］。

JNK是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要信號(hào)分子，位于胞質(zhì)內(nèi)。高糖條件下JNK可調(diào)節(jié)多種炎癥因子的產(chǎn)生及氧化應(yīng)激反應(yīng)。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因 子活化激酶1（transforming growth factor kinase 1，TAK1）位于JNK 的上游，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。TAK1-JNK通路通過溶酶體斷裂激活，是一種應(yīng)激反應(yīng)性的MAPK 信號(hào)通路。該通路的激活是NLRP3炎癥小體通過適配器蛋白凋亡相關(guān)斑樣點(diǎn)蛋白寡聚而完全激活所必需的［34］。近些年，相關(guān)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，JNK 通路可以促進(jìn)腎臟炎癥反應(yīng)，加重腎損害。以上都說明MAPKs 通路對(duì)于DN 來說是至關(guān)重要的，所以，阻斷該信號(hào)通路對(duì)于DN 來說是一個(gè)有效的防治策略。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，黃芪總提取物能通過抑制阿霉素介導(dǎo)的ROS-ERK1/ 2-NLRP3中ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制NLRP3 的激活，起到其腎臟保護(hù)作用［35］。其他一些中藥復(fù)方也能顯著抑制p38MAPK 活性，進(jìn)而阻止DN 的發(fā)生，如尿毒清顆粒、糖腎平膠囊、黃葵膠囊、通心絡(luò)、腎康丸、玉液湯、藿樸夏苓湯、丹紅化瘀口服液、黃連解毒湯、補(bǔ)腎活血湯、芪地糖腎顆粒、消渴平合劑等［36］。

展 望

NLRP3 炎癥小體是近年來發(fā)現(xiàn)的重要蛋白復(fù)合物，在DN 進(jìn)展過程中，NLRP3 炎癥小體活化與DN 腎損傷有很大關(guān)系。NLRP3 通過多種途徑調(diào)節(jié)體內(nèi)多種因子，盡管其激活機(jī)制和傳導(dǎo)方式尚未明確，但其介導(dǎo)炎癥反應(yīng)在DN的發(fā)展中發(fā)揮重要作用已達(dá)成共識(shí)。當(dāng)前以NLRP3為中心的信號(hào)調(diào)控途徑相關(guān)實(shí)驗(yàn)已廣泛開展，如ROS-TXNIP 通路、NF-κB通路、Nrf2通路、MAPKs通路等。一些新的藥物或是成分被發(fā)現(xiàn)能對(duì)NLRP3 炎癥小體進(jìn)行特異性抑制，其中許多中藥成分為治療DN 提供了新的途徑。但我們?nèi)孕鑼?duì)NLRP3的激活機(jī)制和作用通路進(jìn)行深入研究，對(duì)DN的發(fā)病機(jī)制進(jìn)一步挖掘，尋找DN治療的新方向。

作者貢獻(xiàn)聲明李夢(mèng)潔：文章撰寫、對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱；梁棟、張曉敏：對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱、指導(dǎo)、支持性貢獻(xiàn)；邢文華、林千愉、張慧：指導(dǎo)、支持性貢獻(xiàn)