高 洋, 秦合偉,2)*, 李彥杰,2)

(1)河南中醫(yī)藥大學 康復醫(yī)學院, 鄭州 450046;2)河南中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院 康復醫(yī)學科, 鄭州 450000)

阿爾茨海默癥(Alzheimer’s disease, AD)是癡呆的主要原因,發(fā)生于老年和老年前期,以進行性認知障礙為特征的中樞神經(jīng)退行性疾病,其主要臨床表現(xiàn)為順行性情景記憶障礙、視空間、語言能力損害、執(zhí)行功能障礙及人格行為改變[1]。研究表明,AD的發(fā)病因素與環(huán)境和遺傳有關,但最關鍵的危險因素是年齡,隨著全球社會老齡化問題的日益突出,阿爾茨海默病發(fā)病率呈逐年增加趨勢,為家庭、個人帶來巨大經(jīng)濟負擔[2]。大腦中β-淀粉樣蛋白沉積(β-amyloid, Aβ)、微管相關蛋白tau磷酸化(tauphosphorylation)引起的神經(jīng)纖維纏結及神經(jīng)元丟失是AD最主要病理特征[3]。目前,神經(jīng)炎癥被認為在AD的發(fā)病機制中發(fā)揮核心作用[4],NLRP3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing 3, NLRP3)炎癥小體感知Aβ、tau蛋白聚集觸發(fā)炎癥信號介導慢性炎癥及細胞焦亡,促進AD生理病理變化,從而導致認知能力下降[5],揭示 NLRP3炎癥小體的激活在誘導AD炎癥反應及病理特征發(fā)揮關鍵作用,此外,有研究證實,針對NLRP3炎癥小體的抑制性治療減輕認知障礙具有較大潛力[6]。因此,本文對NLRP3炎癥小體影響AD的發(fā)病機制,以及靶向治療AD的臨床策略進行綜述,以期為臨床治療AD提供新思路。

1 NLRP3炎癥小體的結構及活化

NLRP3炎癥小體是目前研究最多的炎癥小體,亦與神經(jīng)系統(tǒng)疾病關系密切,其作為感知有害刺激的傳感器啟動固有免疫應答從而擴大炎癥級聯(lián)反應,然而NLRP3炎癥小體的結構及激活途徑復雜,且確切激活機制尚不明確。

1.1 NLRP3炎癥小體的結構

NLRP3炎癥小體是一種多聚體細胞溶質蛋白質復合物,是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分,其通過模式識別受體(pattern recognition receptors,PRR)家族中NLRs感知病原體相關分子模式(pathogen associated molecular patterns, PAMPs)和損傷相關分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)進行組裝和激活,從而引發(fā)促炎因子釋放。NLRP3炎癥小體由細胞質傳感器分子NLRP3,銜接蛋白細胞凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis speck-like protein containing a caspase recruitment domain, ASC)和胱天蛋白酶1前體(pro-caspase-1)組成,其中NLRP3發(fā)揮主導作用。NLRP3是具有模式識別功能的NOD(nucleotide oligomerization domain,NOD)樣受體蛋白質,且氨基端含有pyrin結構域(pyrin domains,PYD),ASC是炎癥小體內聚蛋白質,在NLRPs和胱天蛋白酶1前體之間架起相互作用的橋梁,其氨基端通過PYD-PYD相互作用招募NLRP3,ASC羧基端含有半胱天冬氨酸蛋白酶募集結構域(caspase activation and recruitment domain,CARD)并與胱天蛋白酶1前體中的CARD結構域相匹配[7],炎癥小體寡聚形成胱天蛋白酶1激活平臺,活化的胱天蛋白酶1介導白介素-1(interleukin-1β, IL-1β)和白介素-18(interleukin-18,IL-18)促炎因子釋放,從而誘導炎癥反應發(fā)生[8]?；罨碾滋斓鞍酌?還可以裂解gasdermin D,誘導非凋亡形式的裂解性程序性壞死(Fig.1)。

Fig.1 Structure of NLRP3 inflammasome Activation of NLRP3 inflammasome involves the assembly of NLRP3 inflammasome components (NLRP3, ASC, Pro-caspase-1) to form a complete NLRP3 inflammasome complex; LRR-Leucine-rich repetitive structural protein;NACHT-Central nucleotide binding and oligomerization domains with ATPase activity;PYD-The N-terminal Pyrin domain

1.2 NLRP3炎癥小體的活化

目前認為,炎癥小體的激活有兩種信號通路,一種是包括啟動和激活兩步驟的經(jīng)典活化途徑,一種是獨立于Toll 樣受體 4(Toll-like receptors 4,TLR4)的非經(jīng)典信號通路。后者感染革蘭氏陰性菌的胞質脂多糖是非典型炎癥小體激活的常見分子,人胱天蛋白酶4、胱天蛋白酶5 和鼠胱天蛋白酶11感知脂多糖后互相結合觸發(fā)其激活和寡聚,進而誘導NLRP3炎癥小體活化[9]。經(jīng)典活化途徑中巨噬細胞靜息狀態(tài)下NLRP3、IL-1β的濃度不足以激活炎癥小體,而啟動步驟中,TLRs識別DAMPs和PAMPs或細胞因子受體(例如腫瘤壞死因子TNF受體)刺激核轉錄因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)傳導啟動信號,并誘導NLRP3和pro-IL-1β轉錄增加其表達[10, 11]。激活階段由晶體和顆粒物質、細菌、ATP等誘導炎癥小體組裝和活化,而離子穩(wěn)態(tài)、溶酶體裂解、線粒體活性氧(mitochondrial oxygen species, mtROS)生成及功能障礙等影響因素也參與調控NLRP3炎癥小體激活。因此,本文討論上述影響因素調控NLRP3活化的作用機制。

1.2.1 離子穩(wěn)態(tài) 細胞內K+外流是誘導NLRP3活化的重要信號途徑。胞內K+濃度降低是激活NLRP3炎癥小體的特定上游,細菌毒素和顆粒物強烈觸發(fā)K+外排并伴隨NLRP3依賴性的IL-1β分泌[12]。NIMA(Never-in-mitosis A,NIMA)相關蛋白激酶7(NIMA-related kinase 7, Nek7)作為NLRP3的結合蛋白質,也依賴于K+外排促進NLRP3-Nek7相互作用調節(jié)NLRP3的寡聚和激活[13]。進一步研究機制表明,神經(jīng)膠質細胞大量表達的嘌呤能受體(purinergic receptor, P2X7)作為ATP激活的陽離子通道,激活后改變細胞膜通透性介導K+外流從而活化NLRP3炎癥小體[14]。穿過質膜的K+外排是炎癥小體激活基本機制,而K+外排通道也至關重要。巨噬細胞中的TWIK2(two-pore domain weak inwardly rectifying K+channel 2)與P2X7受體(P2X7purinergic receptor, P2X7R)協(xié)同調節(jié)NLRP3激活,后者使Ca2+內流改變膜電位,驅動K+通過前者外流[15]。此外,雙孔鉀通道 THIK-1(the K channel tandem pore domain halothane-inhibited potassium channel 1,THIK-1)作為特異性調節(jié)因子,同樣調節(jié)P2X7受體介導的ATP依賴性NLRP3激活和釋放IL-1β[16]。因此,K+外流是激活NLRP3炎癥小體的重要因素。另有研究證明,K+外排是驅動Ca2+內流的關鍵,且二者在NLRP3激活中協(xié)同作用。ATP誘導膜孔pannexin-1募集激活P2X7受體引發(fā)K+外流,繼而引發(fā)Ca2+內流導致線粒體膜電位失衡和mtROS生成,從而激活NLRP3炎癥小體[17]。據(jù)報道,鈣動員也是NLRP3炎癥小體激活的關鍵因素[18],但其在NLRP3炎癥小體活化中的作用有待進一步研究。信號依賴的Ca2+內流和內質網(wǎng)Ca2+釋放導致胞質內Ca2+水平快速增加,線粒體鈣單轉運體(mitochondrial calcium uniporter,MCU)攝取過量Ca2+導致線粒體代謝紊亂,mtROS生成增加,并且MCU通過抑制吞噬溶酶體膜修復,二者共同促進炎癥小體激活[19]。然而,有研究表明,BAPTA作為一種強Ca2+螯合劑,可以獨立于其作為螯合劑的功能抑制NLRP3炎癥小體的活化[20]。綜上可知,NLRP3炎癥小體激活涉及K+外流和Ca2+內流,而胞質鉀降低是直接針對質膜通透性誘導炎癥小體組裝的重要性信號,Ca2+流動在炎癥小體活化中的作用存在爭議。

1.2.2 溶酶體裂解 二氧化硅和明礬激活NLRP3炎癥小體需要吞噬作用,晶體吞噬導致溶酶體破裂和組織蛋白酶B的釋放,從而導致胱天蛋白酶1活化以及隨后IL-1β的裂解成熟[21]。有研究顯示,低水平的溶酶體不穩(wěn)定激活NLRP3與質膜陽離子通量也相關,溶酶體膜透化期間釋放的溶酶體衍生因子介導K+外流、Ca2+內流引發(fā)NLRP3/ASC炎癥小體組裝活化[22]。此外,顆粒物質誘導組織蛋白酶的釋放不僅有助于IL-1β的裂解成熟,而且促進IL-1β前體的合成,揭示溶酶體失穩(wěn)參與炎癥小體活化的啟動和激活步驟[23]。最近研究證明,小膠質細胞表達的P2X7受體,高水平ATP刺激可增加溶酶體PH值和減緩自噬體和溶酶體融合,從而降低細胞外碎片清除能力,并介導溶酶體組織蛋白酶B激活NLRP3炎癥小體[24]。盡管以上研究證明,溶酶體裂解可激活NLRP3炎癥小體,但仍需進一步探究具體機制。

1.2.3 線粒體功能障礙及自噬 線粒體是動態(tài)雙膜結合細胞器,除為細胞生物合成提供所需的底物和能量外還調節(jié)細胞凋亡和傳導鈣信號等,大量研究證明,線粒體在NLRP3炎癥小體激活中至關重要。NLRP3激活劑致線粒體功能紊亂不能直接介導炎癥小體激活,而是釋放mtROS、線粒體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)等衍生因子作為DAMPs激活NLRP3。mtROS的釋放與炎癥小體活化密切相關。Han等人[25]研究發(fā)現(xiàn),線粒體呼吸鏈紊亂生成mtROS,硫氧還蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interacting protein,TXNIP)經(jīng)ROS氧化后從硫氧還原蛋白(thioredoxin,TXr)中脫離,TXNIP與NLRP3結合誘導炎癥小體活化、促進IL-1β分泌,而靶向ROS的抗氧化劑MitoQ可以逆轉這一過程,減少炎癥損傷。此外,靜息NLRP3定位于內質網(wǎng)和細胞質中,當病毒和細菌感染以及非感染性刺激激活存在時,NLRP3和ASC轉移到線粒體相關膜中,同時后者介導Ca2+從內質網(wǎng)向線粒體轉移,過量Ca2+誘導mtROS生成刺激NLRP3活化[26]并驅動炎癥級聯(lián)反應,促進小膠質細胞釋放促炎因子并正反饋ROS的生成。mtROS的過度生成會導致線粒體完整性破壞,線粒體內容物mtDNA通過線粒體外膜透化、線粒體通透性過渡孔等途徑釋放到細胞質中激活NLRP3炎癥小體,但具體機制仍待研究[27]。

線粒體自噬是一種選擇性自噬機制,通過去除受損線粒體減少線粒體應激對生物體的損害[28]。上述表明線粒體功能障礙誘導的一系列應激反應,包括膜電位改變、線粒體動力學改變、mtDNA釋放等作為NLRP3炎癥小體的激活信號,而增加線粒體自噬是調節(jié)NLRP3活化的重要調節(jié)因子[29]。絲氨酸-蘇氨酸激酶(PTEN-induced kinase 1,PINK1)在線粒體自噬中發(fā)揮主導作用,其積聚在功能失調的線粒體外膜上,進行自磷酸化后募集E3連接酶Parkin以泛素化線粒體外膜,通過與p62、LC3結合使溶酶體中蛋白水解酶釋放降解線粒體,從而觸發(fā)自噬。線粒體自噬的增加減少mtROS的生成、抑制NLRP3激活并減弱炎癥損傷,而PINK1沉默或自噬抑制劑阻斷自噬則逆轉這一結果[30]。此外,HU等人[31]探究阻斷自噬對高尿酸血癥的影響發(fā)現(xiàn),Beclin-1 siRNA轉染抑制自噬,減少自噬溶酶體降解后組織蛋白酶B釋放,從而抑制NLRP3活化和焦亡,從而減緩腎纖維化進程。綜上可知,線粒體自噬是維持細胞穩(wěn)態(tài)的重要生理過程,通過負調控炎癥小體的活化減輕炎癥反應損傷發(fā)揮關鍵作用,然而,所涉及自噬途徑及自噬與NLRP3炎癥小體之間的相互作用需要進一步研究。

2 NLRP3炎癥小體與阿爾茨海默癥

NLRP3炎癥小體在AD中發(fā)揮重要作用?；颊吣X組織中NLRP3炎癥小體的活化與β-淀粉樣蛋白沉積、高度磷酸化tau蛋白導致線粒體功能障礙、裂解溶酶體等途徑密切相關,其高表達誘發(fā)神經(jīng)炎癥加快疾病發(fā)展進程,而激活炎癥小體加劇淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結病理過程,二者形成惡性循環(huán)從而共同導致認知功能障礙。

2.1 NLRP3炎癥小體在阿爾茨海默癥中表達升高

神經(jīng)炎癥是AD的病理學標志之一,與神經(jīng)炎癥密切相關的免疫細胞為小膠質細胞和星形膠質細胞。NLRP3炎癥小體的組裝和活化是神經(jīng)炎癥的重要組成部分,然而功能性炎癥小體的形成和IL-1β分泌部分存在于先天免疫反應相關的小膠質細胞中,AD患者小膠質細胞中NF-KB核易位激活NLRP3炎癥小體誘發(fā)神經(jīng)炎癥,從而加快認知功能障礙發(fā)展進程[32]。采集AD患者的外周血并提取單核細胞,深入分析炎癥小體復合物中的基因和蛋白質發(fā)現(xiàn),PYCARD(apoptosis speck-like protein containinga caspase activation and recruitment domain,PYCARD)、NLRP3、胱天蛋白酶1表達含量顯著增加,下游細胞因子 IL-1β、IL-18 mRNA水平升高,提示NLRP3炎癥小體在AD患者體內激活[33]。對中度和重度AD患者死后的腦組織顳葉皮層進行檢測,與神經(jīng)病理學未受影響的對照受試者相比,患者腦組織中NLRP3、ASC和胱天蛋白酶1蛋白質含量高于對照組,同時星形膠質細胞的活化標志物GFAP(glialfibrillaryacidicprotein,GFAP)基因表達顯著升高[34]。在動物研究中,5XFAD( 5 familial AD mutations,5XFAD)雙基因敲除AD小鼠模型的海馬組織和大腦皮層內,調控細胞壞死性凋亡的胱天蛋白酶8表達升高,其一方面激活NF-κB信號通路介導炎性因子釋放,另一方面增加ASC斑點生成調控NLRP3組裝誘發(fā)炎癥[35]。此外,細胞研究中,Wang等人以APP/PS20小鼠中LPS刺激提取的原發(fā)性小膠質細胞為研究對象,探究NLRP3炎癥小體是否活化,發(fā)現(xiàn)NLRP3表達水平增加,而慢病毒介導的TREML2敲低則降低NLRP3含量,抑制炎癥損傷神經(jīng)元[36]。因此,綜上可知AD患者腦組織、血漿中存在高水平IL-1β、IL-18,并且NLRP3蛋白表達增加,證明NLRP3炎癥小體活化誘導炎癥反應損傷神經(jīng)元,從而加劇AD患者認知障礙程度。

2.2 NLRP3炎癥小體與阿爾茨海默癥的病理學聯(lián)系

阿爾茲海默癥患者大腦存在淀粉樣蛋白斑塊、神經(jīng)原纖維纏結和神經(jīng)炎癥等病理特征。Aβ在神經(jīng)元體內以淀粉樣蛋白前體為底物通過β分泌酶和γ分泌酶水解生成,生理水平上Aβ調節(jié)突觸可塑性、增強學習記憶能力、減少突觸興奮性毒性產(chǎn)生[37],而在AD患者中,Aβ集聚形成具有不同分子量和構象的Aβ低聚物,誘導線粒體功能障礙、溶酶體破裂等途徑發(fā)揮神經(jīng)毒性作用損傷認知功能[38]。此外,Aβ促進tau蛋白過度磷酸化降低其對微管的親和力,從而形成細胞內聚集體加速認知衰退[39]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn),β-淀粉樣蛋白沉積和過度磷酸化tau蛋白聚集與先天免疫激活密切相關,而且金屬離子穩(wěn)態(tài)與AD病理蛋白質之間存在密切關系[40]。Aβ聚集可激活小膠質細胞中NLRP3為主的炎性小體,而誘發(fā)的神經(jīng)炎癥又驅動Aβ聚集與tau蛋白過度磷酸化病理過程[41],二者相互影響共同導致神經(jīng)變性。

2.2.1 Aβ、tau蛋白導致線粒體功能障礙介導炎癥小體活化 在啟動階段,Aβ作為DAMPs與TLR4結合觸發(fā)小膠質細胞活化,誘導NLRP3、pro-IL-1β轉錄,導致胱天蛋白酶1活化并促進IL-Ιβ、IL-18的成熟和分泌[42]。最新研究發(fā)現(xiàn),線粒體功能障礙是NLRP3炎癥小體激活的重要調節(jié)因子。一方面,Aβ通過調控小膠質細胞有氧糖酵解轉變誘發(fā)高度促炎反應,潛在機制為Aβ激活脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase,Syk)并調控下游介導線粒體裂變/融合的調節(jié)因子AMPK,其失活后上調分裂蛋白Drp 1表達,線粒體過度裂解和電子傳遞鏈的破壞促進炎癥小體NLRP3激活信號ROS的生成, 誘導NLRP3、 caspase-1表達升高從而驅動炎癥反應[43],此外,Aβ在RAGE-TXNIP軸的作用下從小膠質細胞表面轉運到線粒體,Aβ與Drp 1相互作用引發(fā)線粒體裂變導致線粒體功能障礙,從而激活NLRP3炎癥小體[44]。另一方面,線粒體功能障礙導致線粒體mtDNA通過通透性轉換孔釋放至細胞質活化炎癥小體[45]。有研究顯示,NLRP3在AD中活化與Tau蛋白也相關,其過度磷酸化可增強Aβ神經(jīng)毒性,而Aβ驅動tau磷酸化和集聚,二者協(xié)同靶向線粒體擾亂ATP生成,導致Ca2+流入胞內且線粒體過度攝取損傷其功能,從而調控炎癥小體活化[39]。因此,AD患者腦組織中錯誤折疊蛋白集聚通過多途徑損害線粒體功能從而活化NLRP3炎癥小體。

2.2.2 Aβ、tau蛋白導致溶酶體破裂介導炎癥小體活化 小膠質細胞募集斑塊周圍識別、吞噬Aβ,誘導溶酶體腫脹破壞其穩(wěn)態(tài),觸發(fā)組織蛋白酶B釋放激活NLRP3炎癥小體[46]。AD的另一病理特征神經(jīng)纖維纏結,由過度磷酸化Tau蛋白集聚形成。研究發(fā)現(xiàn),Tau蛋白也被證實可通過小膠質細胞攝取、溶酶體去穩(wěn)定化和組織蛋白酶B釋放一系列途徑激活NLRP3-ASC炎性體,增加IL-Ιβ分泌[47]。然而,NLRP3炎癥小體的激活降低小膠質細胞吞噬能力,NLRP3抑制劑處理后膠質細胞吞噬Aβ能力增強,減少Aβ在腦組織中積累,從而抑制溶酶體裂解激活NLRP3炎癥小體途徑,揭示NLRP3炎癥小體的活化促進Aβ沉積。此外,NLRP3炎癥小體激活也干擾Tau蛋白的磷酸化。NLRP3調節(jié)Tau磷酸化所需磷酸酶和激酶活性增加Tau過度磷酸化,損傷空間記憶障礙,且其活化后釋放IL-Ιβ誘導tau集聚加速神經(jīng)元變性[41],證明NLRP3炎癥小體的活化誘導Aβ、Tau蛋白通過正反饋通路促進AD的發(fā)展進程。

2.2.3 金屬離子促進Aβ、tau蛋白集聚介導炎癥小體活化 金屬離子在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中參與神經(jīng)元間信號傳導,金屬氧化態(tài)的多種酶催化神經(jīng)肽生成,從而維持神經(jīng)功能。研究發(fā)現(xiàn),在AD病理學中,金屬離子的穩(wěn)態(tài)失衡損害神經(jīng)網(wǎng)絡,誘導氧化應激、突觸損傷,此外,腦組織淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結中發(fā)現(xiàn)金屬沉積,且過量的金屬誘導小膠質細胞活化,促進炎癥因子釋放[48]。淀粉樣蛋白前體參與大腦中銅、鐵等金屬離子的穩(wěn)態(tài)調控,通過氧化Fe2+為Fe3+和還原Cu2+為Cu從而有利于從大腦清除,然而,氧化態(tài)金屬離子可刺激β-分泌酶裂解淀粉樣蛋白前體,并促進Aβ聚集從而降低低聚物溶解度,同樣,與tau蛋白的較高結合親和力促進神經(jīng)纖維纏結形成[49]。另一方面,金屬離子失衡誘導ROS過量生成,降低超氧化物歧化酶活性誘發(fā)氧化應激反應[50, 51]。ROS作為激活NLRP3炎癥小體的信號分子,促進炎癥小體活化誘導炎癥級聯(lián)加劇認知障礙。此外,有研究證明鐵穩(wěn)態(tài)破壞以激活NF-κB通路介導小膠質細胞釋放IL-1β加劇促炎作用[52],然而,金屬離子與NLRP3炎癥小體具體作用關系尚不明確,但金屬離子通過影響AD病理蛋白質激活NLRP3炎癥小體得到廣泛研究。

由此可見,Aβ聚集、Tau蛋白過度磷酸化通過多種途徑參與NLRP3炎癥小體活化,且介導神經(jīng)炎癥加劇AD患者淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結的形成,二者相互作用,擴大認知損傷效應(Fig.2)。因此,靶向抑制NLRP3炎癥小體的活化可能是有效減緩AD發(fā)展的有效靶點。

Fig.2 Activation mechanism of NLRP3 inflammasome in AD Firstly, protein aggregates (Aβ and tau) are recognized by microglial pattern recognition receptors,such as Toll-like receptors (e.g., TLR4),leading to activation of the MYD88/NF-κB pathway. The activation of the NF-κB pathway promotes a signaling cascade, resulting in the transcription of pro-IL-1β and NLRP3. NLRP3, ASC, and pro-caspase-1 assemble together to form the NLRP3 inflammasome, which subsequently activates caspase-1, then cleaves pro-IL-1β to produce the active form of IL-1β and secretes it extracellularly. Multiple molecular orcellular events, including ionic flux, mitochondrial dysfunction and reactive oxygen species (ROS)generation, and lysosomal damage, have been shown to activate the NLRP3 inflammasome

3 靶向NLRP3炎癥小體改善阿爾茨海默癥的治療策略

鑒于NLRP3炎癥小體在AD發(fā)病機制中的關鍵作用,探索以 NLRP3 炎癥小體為靶點的AD治療策略也逐漸成為該領域研究熱點。迄今為止,研究表明多種藥物及治療措施可直接靶向NLRP3蛋白或炎癥小體成分抑制其活化改善AD。

3.1 靶向炎癥小體的抑制劑及化合物藥物治療

大量研究發(fā)現(xiàn),部分小分子抑制劑和化合物靶向NLRP3炎癥小體治療AD發(fā)揮不可忽視的作用,其通過調控AKT/MAPK、ROS/TXNIP/NLRP3、AMPK/PINKI/Parkin等通路介導氧化應激、自噬途徑抑制NLRP3炎癥小體活化改善AD認知障礙。

MCC950是NLRP3炎癥小體的選擇性抑制劑,通過靶向Walker B基序內部或附近的炎癥小體位點,阻斷ATP水解,影響Walker B功能使NLRP3的活性構象關閉從而阻止NLRP3激活[53]。Dempsey等[54]以APP/PS1 AD小鼠模型為研究對象,發(fā)現(xiàn) MCC950可通過刺激Aβ吞噬,減少Aβ的異常集聚,從而抑制炎癥小體活化、減少caspase-1的成熟釋放。JC-124是可以滲透血腦屏障的抑制劑,可減輕AD相關的Aβ沉積、氧化應激等病理缺陷,其潛在機制為抑制ASC聚集和IL-1β分泌,并且降低β-分泌酶活性減少Aβ生成,同時星形膠質細胞的增生增強Aβ吞噬作用,二者共同降解淀粉樣斑塊,另一方面,因突觸可塑性對IL-1β敏感,JC-124處理后IL-1β分泌減少且增加突觸素表達,更好的修復突觸可塑性,減緩AD患者認知能力下降進程[55]。靶向炎癥小體的抑制劑OLT1177抑制NLRP3激活后,皮層斑塊數(shù)量減少,谷胱甘肽過氧化物酶含量升高減弱氧化應激,揭示OLT1177可改善空間學習記憶能力[6]。此外,Aβ聚集體和NLRP3炎癥小體協(xié)同作用增加神經(jīng)元損傷,BPBA靶向二者聯(lián)合治療增強療效,研究證實BPBA抑制Cu2+或zn2+誘導Aβ聚集,降低Aβ聚集體的神經(jīng)毒性,同時通過減少炎癥小體適配器蛋白質ASC形成,抑制炎癥小體下游信號caspase-1的激活從而緩解認知障礙[56]。NLRP3炎癥小體的活化與ROS的異常積累相關,ROS可能通過NF-κB信號通路調控NLRP3炎性小體的啟動,也可能激活caspase-1釋放促炎因子IL-18、IL-1β,多種抗氧化化合物可調控ROS/NLRP3/IL-1β軸抑制神經(jīng)炎癥。艾地苯醌是線粒體電子傳遞鏈中電子供體輔酶Q10的類似物,通過維持線粒體膜電位穩(wěn)定抑制ROS的生成和NF-kB/STAT3信號傳導,從而抑制NLRP3炎癥小體活化[57]。TXNIP是連接炎癥和氧化應激的橋梁,ROS導致TXNIP與TrX解離后與NLRP3相互作用促進炎癥小體形成激活,而Wang等[58]以DI-NBP干預AD小鼠模型發(fā)現(xiàn),干預組小鼠大腦中TrX活性增強,TXNIPmRNA水平顯著降低,抑制TXNIP與NLRP3相互作用,并且降低ASC表達,從而減輕炎癥和神經(jīng)退行性變。研究還發(fā)現(xiàn),褪黑素、金香酰胺、β-羥基丁酸、CSB6B等化合物均可抑制炎癥小體活化,具體機制見Table 1。

3.2 中藥治療

在AD的基礎研究中,多種中草藥提取物已被證明可靶向NLRP3炎癥小體減輕神經(jīng)炎癥損傷,為AD的臨床治療提供理論依據(jù)。

猴頭菌具有抗氧化活性。在注射AICI3誘導的AD模型中,猴頭菌通過上調大鼠海馬組織中Nrf2表達,增強SOD和 GSH活性從而抑制NLRP3炎癥小體活化,減少海馬神經(jīng)元變性和改善大鼠行為[73]。此外,中藥配方芍藥甘草湯也可通過介導氧化應激抑制神經(jīng)炎癥,最終修復神經(jīng)突觸可塑性。

芒果苷是一種從植株中提取的多酚,研究證明其具有抗氧化、抗炎、抗菌等特性。Yan等[74]以LPS刺激構建BV2細胞模型為對象研究發(fā)現(xiàn),其通過抑制NF-κB激活,下調NLRP3表達,降低促炎介質iNOS、IL-1β轉錄,從而改善AD患者學習記憶功能[75]。

紅景天苷是從紅景天玫瑰中提取的主要活性成分。Cai等[76]證明紅景天苷抑制NLRP3炎癥小體介導的焦亡保護神經(jīng)元,其潛在機制為通過調節(jié)TLR4/ MyD88 /NF-κB信號通路,抑制ASC、cleaved Caspase-1表達,并減少Aβ和Tau蛋白聚集,最終減少海馬神經(jīng)元損傷。此外,黃芩苷也被證實可通過調控TLR4/NF-κB信號促進認知功能恢復[77]。

荔枝籽多酚通過AMPK通路激活自噬,促進錯誤折疊蛋白質聚集體的吞噬和降解,從而抑制NLRP3炎癥小體過度活化,減輕APP/PS1小鼠海馬區(qū)神經(jīng)元損傷[78]。

3.3 其他

除了NLRP3炎癥小體抑制劑及化合物、中草藥有效改善AD發(fā)展進程外,一些中醫(yī)技術和康復方法可抑制NLRP3炎癥小體活化減輕神經(jīng)炎癥損傷。經(jīng)研究表明,空間訓練可緩解AD的記憶喪失,對PR5小鼠進行連續(xù)四周水迷宮和新目標識別測試訓練,可顯著提高其認知能力,增加海馬突觸素含量,同時逆轉PR5小鼠體內的高NLRP3、caspase-1和IL-1β的表達水平[79]。Rosa等[80]以腦室注射Aβ1-40誘導的AD模型為研究對象探究中度跑步機運動對小鼠海馬NLRP3表達影響,發(fā)現(xiàn)體育鍛煉可抑制ROS誘導的氧化應激,降低TXNIP的免疫含量,降低NLRP3、caspase-1/procaspase-1的比例,改善小鼠的體育鍛煉能力。另外,中醫(yī)傳統(tǒng)技術電針療法也可改善模型小鼠的記憶障礙,Lin等[81]通過電針聯(lián)合治療5xFAD小鼠的GB13本神穴和GV24神庭穴,可上調AMPK和AKT激酶活性,激活自噬溶酶體途徑的主要轉錄因子Tfeb,促進NLRP3炎癥小體自噬降解,抑制炎癥小體活化。

4 問題與展望

AD是一種功能和認知能力下降為特征的綜合征,越來越多的證據(jù)表明NLRP3炎癥小體在AD的病理機制中起著不可或缺的作用,目前為止,許多炎癥小體抑制劑、化合物和中草藥提取物及其他治療措施在體外和多種AD模型中可有效抑制NLRP3炎癥小體活化、減少神經(jīng)元死亡和修復突觸可塑性,但轉化為臨床應用和臨床療效、安全性仍需進一步驗證。有報道顯示,MCC950、OLT1177、CY-09等抑制劑已進行臨床實踐,也顯示出相對較高的安全性,特別強調的是,NLRP3炎癥小體抑制劑可直接作用于NLRP3本身,也可作用于NLRP3炎性體活化的上下游因子,例如:NEK7、ASC、caspase-1和IL-1β,揭示靶向NLRP3炎癥小體對AD的治療具有廣闊的治療前景,但這需要未來利用調控機制開展大規(guī)模臨床試驗。其次,一些中草藥具有一定的毒性,其提取物在維持藥物活性和降低不良反應前提下,避免產(chǎn)生神經(jīng)毒性是當前需要解決的問題,再者,靶向NLRP3炎癥小體的化合物是否通過血腦屏障和通過血腦屏障的途徑需進一步闡明。此外,離子穩(wěn)態(tài)、溶酶體和線粒體功能破壞等觸發(fā)NLRP3炎癥小體活化及他們如何相互關聯(lián)并聚焦于AD中的NLRP3活化機制仍待進一步深入研究,并且AD病理標志物Aβ、Tau蛋白與NLRP3炎性小體相互影響機制尚未完全明確。因此,為了推動靶向NLRP3炎癥小體的治療應用于臨床,深入闡明NLRP3炎癥小體在AD中的作用機制,探索以NLRP3炎癥小體為靶點的AD治療策略,開發(fā)具有安全性和較小不良反應的藥物減緩認知障礙是未來研究方向,其為AD臨床治療提供新思路與策略。