陳 睿 薛國芳

1）山西醫(yī)科大學，山西 太原030000 2）山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院，山西 太原030000

癲癇是一種常見的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，研究癲癇發(fā)生和復發(fā)的機制是目前的研究重點［1-2］。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)炎癥作為一種發(fā)生在大腦中的炎癥過程，通過降低癲癇發(fā)作的閾值，從而促進癲癇發(fā)生［3-5］。已知核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors 3，NLRP3）炎癥小體作為神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵驅(qū)動因素促進炎癥因子的釋放，進而加重癲癇發(fā)作［6-7］?，F(xiàn)將NLRP3炎癥小體在癲癇發(fā)生神經(jīng)炎癥中的作用做一綜述，探討神經(jīng)炎癥與癲癇發(fā)生的相關(guān)性、NLRP3 激活途徑以及NLRP3炎癥小體參與癲癇發(fā)生神經(jīng)炎癥的機制。

1 神經(jīng)炎癥參與癲癇發(fā)生

目前治療癲癇的主要方法是抗癲癇發(fā)作藥物（anti-seizure medications，ASMs），但仍有1/3 的癲癇患者對ASMs耐藥，現(xiàn)有的癲癇治療方法只能緩解臨床癥狀，不能抑制癲癇發(fā)生，因此探究針對癲癇發(fā)生的靶點可為癲癇治療提供新思路［8-9］。

癲癇發(fā)生伴隨神經(jīng)損傷和膠質(zhì)細胞增生，與神經(jīng)組織微環(huán)境中強烈的持續(xù)炎癥狀態(tài)有關(guān)［10-11］。創(chuàng)傷、卒中、病毒性感染等致癇事件發(fā)生后，腦細胞、活化的血管釋放或外周血中巨噬細胞產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)，如細胞因子、趨化因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、前列腺素等，可激活病變部位中神經(jīng)元表達的同源受體，誘導谷氨酸和γ-氨基丁酸受體及離子通道的變化，或致星形膠質(zhì)細胞功能異常，使突觸傳遞和神經(jīng)元的興奮性改變，從而促進癲癇發(fā)生［3，12］。

癲癇發(fā)生中，神經(jīng)膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元產(chǎn)生的調(diào)整炎癥過程的分子，如白細胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）、白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、TGF-β表達上調(diào)。其中，IL-1β能夠增加星形膠質(zhì)細胞中谷氨酸的釋放，減少谷氨酸再攝取，從而增加神經(jīng)元突觸中谷氨酸含量，促進神經(jīng)元超興奮性。IL-6上調(diào)降低了海馬神經(jīng)發(fā)生，增加了膠質(zhì)增生，導致癲癇發(fā)生。活化的小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞能夠釋放TNF-α，上調(diào)谷氨酰胺酶和AMPA受體，增加谷氨酸的釋放，引起神經(jīng)毒性。神經(jīng)炎癥促進癲癇發(fā)生、發(fā)展，而癲癇發(fā)作后也會加劇炎癥反應(yīng)，形成惡性循環(huán)［3，10］。

2 NLRP3炎癥小體

NLRP3 炎癥小體是一種多聚胞質(zhì)蛋白復合物，其激活后促使炎癥效應(yīng)因子釋放，加重癲癇發(fā)作［13-15］。

2.1 NLRP3 炎癥小體的結(jié)構(gòu)NLRP3 炎癥小體由NLRP3、凋亡相關(guān)斑點蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）和前體磷酸化半胱氨酸蛋白酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1，caspase-1）組成［13］。其中，NLRP3 由N-末端的嘧啶結(jié)構(gòu)域（pyrin domain，PYD）、中央的核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域（central nucleotide-binding domain，NACHT）和C-末端的富含亮氨酸重復序列結(jié)構(gòu)域（leucine-rich repeats，LRR）組成。PYD 結(jié)構(gòu)域包括6 個螺旋（α 1～α 6）和5 個連接環(huán)，NLRP1、NLRP4、NLRP7、NLRP10和NLRP12等炎癥小體都具有相似的PYD結(jié)構(gòu)。這6個螺旋被由α1（L10、A11、Y13、L14）、α2（F25、L29）、α4（L54、A55、M58）、α5（I74、F75）和α6（A87）組成的中央疏水核心緊密包圍。NLRP3PYD還容納F32、I39-P42、L57 和F61 殘基形成的第2 個疏水表面，此疏水表面可將較短的α3螺旋錨定至α2螺旋，使其更加穩(wěn)定。

當病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）和損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）存在時，NLRP3 構(gòu)象發(fā)生變化，NLRP3 的PYD 和ASC 的PYD 相互作用，募集ASC 和前體caspase-1，組裝成NLRP3 炎 癥 小 體。NLRP3 α 2～α 3 環(huán) 上 的I39 和P40～P42 以及α4 螺旋上的L57 和F61 形成的疏水簇也可能參與炎癥小體的組裝［17］。NLRP3炎癥小體形成后促使磷酸化的caspase-1活化，進而將前體IL-1β和前體白介素-18（interleukin18，IL-18）切割成成熟的生物活性形式。IL-1β能夠介導發(fā)熱、痛覺閾值、血管擴張等基因表達，促使免疫細胞進入感染或受損組織中。IL-18是一種共刺激細胞因子，介導適應(yīng)性免疫［18-20］。

2.2 NLRP3 炎癥小體的激活NLRP3 炎癥小體的激活分為兩個階段，即啟動階段和炎癥小體激活階段。第一階段為啟動階段，涉及NLRP3、前體IL-1β和前體IL-18的轉(zhuǎn)錄，且需蛋白結(jié)合伙伴的參與。啟動階段在各種PAMPs（如二氧化硅、焦磷酸鈣、膽固醇、尿酸鈉等）和DAMPs（如低鉀血癥、高鈣血癥、高血糖、組織蛋白酶B、ATP）的作用下，由模式識別受體信號觸發(fā)，如Toll 樣受體-4（Toll-like receptor-4，TLR-4）或TNF 信號，隨后通過核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信號通路使NLRP3、前體IL-1β和前體IL-18 轉(zhuǎn)錄激活，上調(diào)NLRP3 和前體IL-1β的蛋白表達，完成啟動階段。

第二階段為炎癥小體激活階段。離子流動（如K+外流、Ca2+內(nèi)流、Cl-外流、Na+內(nèi)流）、線粒體功能障礙、活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生以及溶酶體破壞等多個分子和細胞信號事件激活NLRP3炎癥小體，進而活化caspase-1，促進IL-1β和IL-18活化并裂解熱解底物GSDMD。GSDMD 裂解后，其N-末端寡聚并形成質(zhì)膜孔，介導細胞死亡以及成熟形式的IL-1β和IL-18的分泌［18-22］。

3 NLRP3炎癥小體參與神經(jīng)炎癥疾病的發(fā)病機制

NLRP3炎癥小體是無菌性神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵驅(qū)動因素，其激活失調(diào)參與多種神經(jīng)炎癥疾病的發(fā)病機制［23-25］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，NLRP3 炎癥小體的激活與淀粉樣蛋白和蛋白折疊錯誤有關(guān)。某些病理作用下，蛋白折疊錯誤既可作為初始信號分子啟動NLRP3和IL-1β的轉(zhuǎn)錄和表達，又可作為第二信使促進NLRP3蛋白復合物的聚集，參與炎癥級聯(lián)反應(yīng)［23］。

NLRP3炎癥小體是神經(jīng)退行性疾病中最具特征的炎癥小體，其激活導致小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生caspase-1、IL-1 β 和IL-18，參 與 阿 爾 茨 海 默 ?。ˋlzheimer’s disease，AD）的發(fā)生和進展。大腦中β-淀粉樣蛋白和tau 聚集體觸發(fā)NLRP3 炎癥小體信號，導致AD 患者認知功能下降。內(nèi)源性分子，如TNF、ATP、血清淀粉樣蛋白A等可誘導外周或中樞炎癥，通過小膠質(zhì)細胞NLRP3炎癥小體促進AD的發(fā)生［24，26］。

NLRP3 炎癥小體同樣參與了帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）的發(fā)病機制。α-突觸核蛋白（α-Synuclein，α-Syn）作為PD相關(guān)的病理蛋白進入細胞后被NLRP3 炎癥小體識別為內(nèi)源性危險信號，從而通過募集和裂解caspase-1 啟動下游信號通路，將前體IL-1β轉(zhuǎn)化為具有活性的IL-1β，導致細胞凋亡。IL-1β的表達進一步損傷多巴胺神經(jīng)元，再次釋放α-Syn，形成惡性循環(huán)，不斷加重PD的神經(jīng)炎癥［27］。

NLRP3 炎癥小體的激活在腦出血（intracerebral hemorrhage，ICH）誘導的神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用。在ICH 模型中，小膠質(zhì)細胞NLRP3 炎癥小體表達明顯上調(diào)。NLRP3炎癥小體激活可促進小膠質(zhì)細胞極化成為M1表型（促炎表型），并通過caspase-1裂解和ICH后IL-1β產(chǎn)生加重神經(jīng)炎癥，而選擇性NLRP3炎癥小體抑制劑可顯著減少促炎因子（如IL-β和IL-6）的表達和增加抗炎因子（如IL-10 和TGF-β）的表達，將小膠質(zhì)細胞極化為M2表型（抗炎表型）［28-30］。

4 NLRP3炎癥小體在癲癇發(fā)生神經(jīng)炎癥中的作用

4.1 NLRP3 炎癥小體參與癲癇發(fā)生NLRP3 炎癥小體作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最豐富的炎癥小體參與了許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制，但其在癲癇中的作用仍在探索階段［31-33］。已有研究表明NLRP3炎癥小體可能參與癲癇的發(fā)生與發(fā)展，其作用在體內(nèi)或體外模型上均得到證實。

CRISTINA DE BRITO TOSCANO 等［34］研究提示NLRP3 炎癥小體通過IL-1β和caspase-1 促進神經(jīng)炎癥和細胞凋亡，在顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）的中樞和外周炎癥中發(fā)揮作用。此外，POHLENTZ等［35］通過縱向分析匹羅卡品和海人酸誘導的癲癇持續(xù)狀態(tài)（status epilepicus，SE）TLE 小鼠模型中海馬NLRP3 mRNA、蛋白質(zhì)表達和相關(guān)信號分子發(fā)現(xiàn)SE 誘導的TLE 中存在高度動態(tài)的NLRP3炎癥小體信號傳導。譚蘭教授團隊研究表明SE后3 h IL-1β和NLRP3 炎癥小體水平顯著升高并在12 h 達到最大值。SE 后12 h 敲除NLRP3 或caspase-1 可降低IL-1β和IL-18的水平并抑制自發(fā)性復發(fā)性癲癇發(fā)作（spontaneous recurrent epileptic seizure，SRS）的發(fā)展和嚴重程度。SE 后6 周，敲除NLRP3 或caspase-1可顯著減少海馬中CA1和CA3區(qū)海馬神經(jīng)元丟失［36］，且使用特異性NLRP3抑制劑CY-09能通過減弱星形膠質(zhì)細胞的激活和減少NLRP3依賴型神經(jīng)炎癥的分泌改善癲癇發(fā)生并抑制神經(jīng)元丟失［37］。

黃松明教授團隊不僅發(fā)現(xiàn)NLRP3基因敲除小鼠外周血IL-1β顯著低于野生型小鼠，海馬CA3區(qū)神經(jīng)元壞死和細胞凋亡有所改善，還發(fā)現(xiàn)難治性癲癇患兒外周血IL-1β和大腦皮質(zhì)NLRP3 的表達均高于對照組，其團隊在難治性癲癇患兒大腦皮質(zhì)中觀察到膠質(zhì)細胞的增殖，而小膠質(zhì)細胞能夠分泌NLRP3。另外，SRS不僅能激活體內(nèi)NLRP3炎癥小體，還能促進神經(jīng)膠質(zhì)細胞主動釋放NLRP3 增加，從而使NLRP3表達水平增加。NLRP3炎癥小體促進細胞內(nèi)促炎因子IL-1β激活并向細胞外釋放，參與炎癥級聯(lián)反應(yīng)［6］。

綜上，抑制NLRP3可能通過下調(diào)IL-1β的表達減輕SE引起的局部腦損傷和海馬神經(jīng)元丟失，降低癲癇的發(fā)生率，延長癲癇發(fā)作的潛伏期，減輕SRS的頻率和嚴重程度，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用［6，34，36］。

在小鼠SE模型中海馬神經(jīng)元丟失增加，裂解的caspase-1、IL-1β和IL-18 表達上調(diào)，膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）陽性和腺苷激酶（adenosine kinase，ADK）陽性細胞表達水平顯著增加。敲除NLRP3 或caspase-1 以及使用NLRP3 抑制劑MCC950 或caspase-1 抑制劑Z-YVAD-FMK 可降低星形膠質(zhì)細胞中NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18的表達。在海人酸誘導的SE 小鼠和星形膠質(zhì)細胞中，cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）、p-CREB、抑制元素1沉默轉(zhuǎn)錄因子（repressor element 1 silencing transcription factor，REST）表達上調(diào)而SP1表達下調(diào)，而抑制CREB 或REST 降低了ADK 的表達，敲除SP1基因反而增強了星形膠質(zhì)細胞中ADK 的表達。因此，NLRP3 炎癥小體激活能通過調(diào)節(jié)CREB/REST/SP1 信號通路增強ADK 表達，從而加速小鼠SE 的發(fā)生［38］。

基于NLRP3炎癥小體參與神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)過程這一理論，有學者［32］提出熱性感染相關(guān)性癲癇綜合 征（febrile infection-related epilepsy syndrome，F(xiàn)IRES）是一種小膠質(zhì)細胞NLRP3 炎癥小體/IL-1 軸驅(qū)動的自身炎癥綜合征。FIRES 是一種難治性癲癇綜合征，其病因可能與炎癥介導的免疫反應(yīng)有關(guān)。小膠質(zhì)細胞和NLRP3炎癥小體可能分別是FIRES發(fā)病機制中關(guān)鍵的細胞和分子角色。經(jīng)驗證據(jù)提示，在FIRES中生酮飲食可能有助于控制癲癇發(fā)作和改善認知功能。β-羥基丁酸酯（β-hydroxybutyrate，BHB）是經(jīng)生酮飲食治療的患者中主要循環(huán)酮類代謝產(chǎn)物之一，研究表明BHB 通過阻止K+外流并減少ASC 寡聚和斑點形成來降低NLRP3 炎癥小體的活性，且BHB不能抑制其他炎癥小體的激活，如AIM2、NLRC4 和非典型炎癥小體。小膠質(zhì)細胞是大腦中IL-1 的主要來源，小鼠中可觀察到癲癇發(fā)作與小膠質(zhì)細胞NLRP3 炎癥小體/IL-1β軸相關(guān)，但FIRES 與NLRP3炎癥小體的關(guān)系有待進一步研究。

4.2 將NLRP3 炎癥小體作為靶點的研究現(xiàn)狀目前已有研究者將NLRP3炎癥小體作為靶點研究藥物對癲癇發(fā)生的作用。索馬魯肽是一種胰高血糖素樣肽1 類似物，其通過抑制NLRP3 炎癥小體的活化和炎性因子的分泌降低戊四氮點燃慢性癲癇小鼠的癲癇發(fā)作嚴重程度，發(fā)揮神經(jīng)保護作用并改善認知功能障礙［39］。此外，布洛芬作為一種抗炎藥物被同樣應(yīng)用于戊四氮誘導的慢性癲癇大鼠模型。布洛芬能夠減少環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase2，COX2）的分泌，抑制NLRP3 炎癥小體的活化，減少IL-18 的釋放，從而影響神經(jīng)元興奮性并降低癲癇大鼠的發(fā)作評分［40］。姜黃素是一種具有抗炎作用的天然活性分子，可降低海人酸誘導的癲癇大鼠中IL-1β和NLRP3的表達，從而抑制癲癇中NLRP3炎癥小體的激活并減少海馬神經(jīng)元丟失［41］。MOHSENI-MOGHADDAM 等［42］研究了石杉堿甲在海人酸誘導的TLE 大鼠中的作用，發(fā)現(xiàn)石杉堿甲能夠抑制氧化應(yīng)激及小膠質(zhì)細胞中NLRP3 的表達和海馬組織中caspase-1 活性，降低神經(jīng)炎癥并保護神經(jīng)元，從而顯著改善癲癇發(fā)作的嚴重程度。

5 總結(jié)與展望

NLRP3 炎癥小體是無菌性神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵因素，與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。NLRP3 炎癥小體活化后募集并切割caspase-1，將非活性的前體IL-1β和前體IL-18轉(zhuǎn)化成具有活性的IL-1β和IL-18，促進促炎因子的釋放，參與炎癥級聯(lián)反應(yīng)。神經(jīng)炎癥參與癲癇發(fā)生的病理生理過程，NLRP3炎癥小體與癲癇神經(jīng)炎癥的發(fā)生相關(guān)。盡管已有實驗證明NLRP3炎癥小體在神經(jīng)炎癥的體內(nèi)、外模型中發(fā)揮作用，但如何將該靶點應(yīng)用于癲癇的臨床治療仍有待研究。