發布時間：2021-05-26所屬分類：醫學職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：NOD樣受體熱蛋白3(NLRP3)炎性小體是人體免疫系統的重要固有成分，主要產生和分泌成熟的白細胞介素-1(IL-1)、白細胞介素-18(IL-18)等關鍵下游促炎細胞因子，導致機體的炎癥反應，而IL-1是NLRP3發揮作用的最主要的促炎因子。NLRP3可以識別或被多種危險信
摘要：NOD樣受體熱蛋白3(NLRP3)炎性小體是人體免疫系統的重要固有成分，主要產生和分泌成熟的白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-18(IL-18)等關鍵下游促炎細胞因子，導致機體的炎癥反應，而IL-1β是NLRP3發揮作用的最主要的促炎因子。NLRP3可以識別或被多種危險信號主動激活，致使主要的促炎因子IL-1β表達水平上調。研究數據顯示，NLRP3炎癥小體可影響動脈粥樣硬化、免疫性疾病、炎癥性疾病等多種類型疾病的進程，是目前研究最為廣泛的炎性小體，已成為近年來的研究熱點。文章對NLRP3炎癥小體的激活調控機制及近些年來它在消化系統疾病中的運用以及關系作一綜述，旨在為臨床消化系統疾病的治療提供新的治療思路及靶點方向。
關鍵詞：NLRP3炎性小體;信號通路;消化系統疾病
0導言
炎癥是機體免疫系統對有害刺激的一種自然免疫應答，當機體受到感染、創傷、中毒或自身免疫受到損傷等因素之后，炎癥會在機體組織中表達[1]。適當的炎癥刺激可以消滅或清除體內的死亡或受損細胞，借此可以增強人體的免疫功能，倘若炎癥刺激過度，就會激活、釋放炎癥細胞因子，造成機體的損傷。如新型冠狀病毒能使機體產生促炎因子，引起機體多功能臟器衰竭與死亡[2]。此時機體需要對表達的炎癥進行處理，消滅炎癥細胞，促進炎癥的信號通路正常運轉。在受到炎癥刺激后，先天免疫系統機體自身的各種模式識別受體(patternrecognitionreceptors，PRRs)可以檢測到病原分子信號，并且受到損傷的機體組織細胞同樣也可以釋放危險相關的分子模式信號來主動觸發PRRs[3]，如尿酸晶體、熱休克蛋白hsp70等，激活免疫系統并引導炎癥反應。2002年Martinon第一次對炎性小體的概念進行了重要論述，炎性小體是人體細胞內高分子含量的蛋白復合物，而人體內的相關炎癥應答機制是由炎性小體來觸發的[4]。目前已知的炎性小體有NLR家族成員、NLRC4炎性小體、IPAF炎性小體和AIM2炎性小體，而在這些炎性小體當中，目前研究最為熱門的當屬NLR家族成員中的NLRP3炎性小體[5,6]。針對NLRP3炎性小體的激活應受到嚴格調節，以防止不必要的宿主組織損傷和過度炎癥進一步對宿主產生更大的損傷。所以對NLRP3炎性小體進行一個更深層次的研究，可以為臨床上的一些炎癥性疾病提供一種可靠的理論支持以及治療的新靶點。
1NLRP3炎性小體
NLRP3炎性小體是目前為止發現的炎性小體中研究最為熱門的，也是最具有代表性的。它主要是由髓系細胞進行分泌表達，主要有三個結構域，分別是NLRP3、ASC以及procaspase-1，三者又可以被形象的稱之為感應器、連接器以及效應器[7-9]。NLRP3炎性小體不同于其他的PRRs，它可以被更多類型的模式分子啟動激活，因此它可以感知更多的病原微生物信號(PAMP)和危險信號(DAMP)，如金黃色葡萄球菌、乙型鏈球菌、單核細胞增生李斯特菌、淋病奈瑟菌和細胞外三磷酸腺苷[10-12]。所以NLRP3炎性小體與人類多種疾病密切相關，如遺傳性角膜內皮炎、腹膜炎、動脈粥樣硬化、肝癌等[1,13-15]。雖然NLRP3炎性小體與多種疾病聯系緊密，但是它的激活與調控機制確十分復雜，目前并不十分明確。
研究表明，NLRP3炎性小體是控制兩種白細胞介素IL-1β和IL-18這兩種促炎性細胞因子的關鍵信號靶點[16,17]。而NLRP3炎性小體分泌促炎細胞因子一般需要兩個步驟，即兩個信號使其激活并分泌促炎因子：啟動信號與激活信號，這兩個信號是獨立并且互不干擾的。第一步信號是啟動信號，NLRP3炎性小體激活的初步信號是通過toll樣受體(TLR)以及核因子B(NF)-kB通路介導的信號，以此對NLRP3的表達進行上調以及原IL-1β表達，使NLRP3的表達處于相對較高的水平，反之沒有這個步驟其表達水平會有所下降[18,19]。第二步信號是激活信號，是通過多種致病原相關分子模式(PAMPs)和危險信號相關分子模式(DAMPs)進行轉導，然后啟動由NOD樣受體蛋白、ASC以及procaspase-1三者構成的多蛋白復合物以此激活NLRP3炎性小體，同時激活的IL-1β和IL-18也被釋放。雖然對NLRP3炎性小體有廣泛的研究，但其具體激活的機制至今仍存較大的爭議，目前提出的激活機制有很多，如離子流學說，包含了K+外流、Na+內流、Ca2+信號等，而離子流在NLRP3炎性小體激活中的作用十分關鍵[20]。因NLRP3炎性小體其本身激活條件多樣，所以NLRP3一般不會直接與它的激活因素相互作用。低鉀介質其本身就能夠對NLRP3炎性小體進行激活，說明人體細胞內鉀含量的下降是引起NLRP3激活的一個下游匯聚點，但NLRP3其本身是否能夠直接感應人體細胞內的低濃度鉀，亦或是體內有其他的因素和低鉀濃度也有一定程度的關聯性，目前尚未可知[21,22]。NLRP3炎性小體的激活機制還有很多，如溶酶體的失穩、活性氧的產生和線粒體功能障礙、細胞內鈣水平的變化、非特異性膜孔的形成等都是目前一些學者所提出的激活機制[23]。
2NLRP3炎性小體與消化系統疾病的關系
2.1NLRP3炎性小體與幽門螺旋桿菌
幽門螺旋桿菌(Helicobacterpylori，HP)是澳大利亞學者Warren和Marshall在胃黏膜標本中分離出來的一種革蘭陰性微需氧桿菌，這是迄今為止發現的唯一一種可以在人體胃黏膜中可以生存的有害致病菌，它得到生存條件較為嚴格[24]。HP的發現令消化系統疾病的發展進入一個新時代，同時它也被世界衛生組織列入I類致癌因子，并且屬于傳染病范疇[25,26]。流行病學數據顯示，全球范圍內有超50%的人曾感染過HP[27]。HP的感染性和傳播性至今依舊存在較大爭議，人群之間的直接傳播貌似是HP傳播的最主要途徑，如口口傳播、糞口傳播、母乳喂養、醫源性傳播等途徑[28]。HP與很多消化系統疾病息息相關，如慢性胃炎、胃潰瘍、慢性胃炎[29]，甚至會發展為惡性病變，如萎縮性胃炎、胃癌等[30,31]。最新研究數據證明HP不僅與消化系統疾病有關，與糖尿病、心血管系統、非酒精性脂肪性肝病、癡呆等也有關聯[32-35]。
HP感染引起的胃炎是引發胃癌最強的單一危險因素，雖其致癌幾率非常小，而NLRP3炎性小體在其中可能起到了一定成分的推動作用，但是其具體的發生機制尚不明確[36,37]。王廷義等[38]通過實驗發現慢性胃炎HP陽性患者體內的NLRP3、等的表達水平顯著上升，且HP的毒性因子VacAs1m1可以對NLRP3、IL-1β等的激活具有明顯促進效果，說明NLRP3炎性小體在HP感染所致慢性胃炎的過程中存在著一定的作用。HP感染可以誘導中性粒細胞內的NLRP3炎性小體進行表達以及激活，并且該實驗也證明了NLRP3炎性小體也參與了IL-1β的加工及分泌過程[39]。Semper等[40]通過實驗證明了HP可以提供炎性小體激活所需要的第二個信號，其IL-1β水平增加，且證明了NLRP3炎性小體的激活機制設計了K+外排、吞噬以及活性氧的產生。炎性小體的第一個激活信號，可以誘導NF-κB激活，以此對原有IL-1β進行轉錄，來分泌成熟的IL-1β，同時HP可以在上皮細胞內通過Nod1和細菌IV分泌系統(T4SS)依賴途徑對NF-κB進行誘導活化。MUC1是一種細胞膜相關的粘蛋白，在粘膜上皮和免疫細胞上進行廣泛表達，限制了對多種病原體的炎癥反應。我們最近發現MUC1可以通過抑制NLRP3炎性小體產生的IL-1β來調控HP感染導致的炎癥，而且MUC1不調節激活其他炎性小體的細菌[41]。NLRP3在胃癌中的潛在作用尚不明確，研究發現NLRP3在巨噬細胞中的表達水平明顯上調，且促進了巨噬細胞中NLRP3炎性小體的活化和IL-1β的分泌，也促進了上皮細胞的增生和胃癌的發生。我們還證實了了miR-22是NLRP3的抑制因子，miR-22能夠直接靶向NLRP3，并在體內外同時減弱其致癌作用。但是HP感染卻抑制了miR-22的表達，增強了NLRP3的表達，致使上皮細胞的增殖不受控制以及胃癌的出現[42]。
相關期刊推薦：《遼寧中醫藥大學學報》創刊于1984年，設有：研究生論壇、基礎醫學研究、臨床醫學研究、醫案醫話、臨床經驗、中西醫結合、針灸集成、歷代醫家、實驗研究、方藥新知、論著聚焦、綜述、教改在線、專題連載、中醫保健、推拿按摩、新思路、高校網頁、讀者網站、博士視點、專家隨訪、北方名醫、全國名醫等20余個欄目。
2.2NLRP3炎性小體與肝臟疾病
天然產物可以對NLRP3炎性小體的炎癥信號通路進行正向調節，對很多種由于化學因素而引發的肝臟損傷表達出了正向且有益的特點，而天然產物具有多靶點、無毒性等特點，是未來預防及治療肝臟疾病的潛在靶點藥物[43]。鎘是一種有毒化學物質，LI等[44]通過給小鼠氯化鎘灌胃，20d后，肝細胞浸潤顯著，細胞凋亡數目明顯增多，在小7鼠得到肝臟組織中同時檢測到促炎細胞因子(IL-1β，IL-18)以及抗炎細胞因子(IL-10，IL-13)的表達水平明顯增加，最后結果顯示，小劑量的鎘口服可引起NLRP3炎性小體的激活進一步誘發肝臟的炎癥，并可以引發較為嚴重的肝臟損傷。急性肝損傷(ALI)是一種高死亡率的嚴重疾病，目前仍然沒有較為有效的治療措施，而ALI與NLRP3炎性小體有著一定的關系。冬凌草甲素是一種抗炎的天然免疫物質，Zhang等[45]通過實驗表明由于D-半乳糖胺(d-GalN)/脂多糖(LPS)誘導的ALI在食用冬凌草甲素之后，促炎因子水平明顯降低，炎癥反應也得到很大程度的緩解，并且還可以降低NLRP3、IL-18和IL-1β的表達水平。非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是肝臟疾病的一種，Hwangbo等[46]將小鼠作為實驗對象，通過用奧拉諾芬(Auranofin)進行試驗，發現Auranofin試驗組的小鼠體重、血糖、血脂、甘油三酯等明顯下降，并且發現小鼠肝臟內的促炎因子(IL-1β、IL-18)及Nod3樣受體表達被抑制，所以Auranofin可以抑制NLRP3炎性小體而改善肝臟炎癥而減輕NAFLD癥狀。在酒精性肝病(ALD)的小鼠實驗中，研究者發現小鼠NLRP3、caspase-1和IL-1β蛋白表達水顯著增強，而對NLRP3或caspase-1基因敲進行移除的小鼠的肝臟炎癥和脂肪變性明顯改善，因此NLRP3促進了ALD的發展進程[47]。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是由于脂肪在肝臟細胞堆積而導致的肝臟炎癥性疾病，患者并無過量的飲酒史，病因仍不明確。實驗表明，有害的脂質物質可以激活NLRP3炎性小體，在NASH的發病過程中起重要作用，同時患者的NLRP3、IL-1β和IL-18蛋白表達水平明顯較常人增加，并且NLRP3炎性小體還可以促進肝細胞纖維化的發展，抑制NLRP3炎性小體信號通路可以明顯改善肝臟的炎癥和纖維化，抑制NASH發病過程[48,49]。NLRP3是一種細胞質模式識別受體，廣泛分布于肝實質和非實質性細胞中，證據表明，炎性小體與多種肝臟疾病有關，包括肝炎、肝纖維化和肝硬化甚至是肝癌[50-52]。但是目前尚不清楚NLRP3炎性小體與HBx誘導的肝炎兩者的關系，Xie等通過研究發現，在氧化應激條件下，乙型肝炎病毒X蛋白(HBx)可以激活正常肝細胞中的NLRP3，并通過線粒體ROS途徑促進焦磷酸化，最終導致ASC，IL-1β和HMGB1的釋放[53]。
2.3NLRP3炎性小體與腸道疾病
NLRP3是NLRs家族的一員，可以感應各種各樣的DAMPs和PAMPs，并且對其產生應答，這其中包括病原微生物、核酸和結晶物質，同時也它已經被證實對結腸炎和結腸癌的發生有抑制作用[54]。目前它正在快速成為調節人類腸穩態的重要因子，作為一種天然的免疫受體，它可以誘發caspase-1的激活和IL-1β和IL-18的成熟以及分泌，并且和炎癥性腸病(IBD)的發病機制有關[55]。我們都知道IL-1β是炎癥細胞因子的重要成分，是IBD患者發生炎癥的主要原因，而事實上，IL-1β水平的升高與IBD患者疾病的嚴重程度有關[56]。以前的國外實驗表明，NLRP3介導產生的IL-1β和IL-18這兩種促炎因子參與了IBD發生的過程，但最近這種說法需要重新進行定義，因為有研究表明上述兩種促炎因子可以對結腸炎起到保護作用。事實上，NLRP3炎性小體在IBD發病中有著雙重作用，第一：NLRP3信號通路中斷可能引起腸道微生物的定植發生改變，腸穩態因此失調，這是IBD發病機制中的關鍵因素。第二：NLRP3可能加速炎癥的惡性循環，引起細胞組織破壞，免疫細胞因此被重新激活[57]。此前曾有關于NLRP3炎性小體對IBD發病機制的報道，報告顯示，NLRP3缺乏的小鼠喪失了上皮細胞的完整性，并且加重了沙唑酮引起的結腸炎的炎癥反應，所以NLRP3可以預防沙唑酮引發的結腸炎癥，但是后續又有報道提示，抑制NLRP3炎性小體可以有效的人類和小鼠的腸道黏膜炎癥反應[58,59]。一項研究顯示，克羅恩病(CD)和潰瘍性結腸炎(UC)患者NLRP3的表達水平都上調，因為在患者的結腸活檢結果顯示NLRP3、IL-1β等的mRNA表達上調，這個結果與患者自身的腸道疾病活動相關[60]。Wang等[61]通過實驗表明，小豆蔻素(Cardamonin)對右旋糖酐硫酸鈉(DSS)和2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS)誘導的小鼠結腸炎有顯著的抑制作用，小鼠結腸長度的縮短及其組織病理學改變得到了明顯的改善，而使用豆蔻素直接進行直腸給藥對腸炎的改善程度也較為顯著，小豆蔻素可以通過激活AhR/Nrf2/NQO1通路，以此抑制NLRP3炎性小體激活，從而達到改善小鼠結腸炎的目的。Zhang等[62]發現在IBD中，在受損的結腸炎癥組織中會釋放出一種為ADP的危險信號作為，此時胞外ADP通過P2Y1受體介導的Ca+信號來激活NLRP3炎性小體，從而引起IL-1β的成熟及分泌，并加重了IBD的癥狀，而阻斷P2Y1受體，減少NLRP3炎癥體的激活，可以使DSS引起的結腸炎和內毒素休克表現得到明顯改善。
2.4NLRP3炎性小體與胰腺疾病
急性胰腺炎(AP)是一種炎癥性疾病，迅速產生和釋放大量的炎性細胞因子，可以引起重癥急性胰腺炎(SAP)和多器官功能障礙綜合征(MODS)，患者局部和全身過度的炎癥，是SAP患者早期死亡的主要原因，IL-1β與SAP密切相關，其升高與病情嚴重程度呈正相關，抑制IL-1β可以使胰腺的病理損害、炎癥程度減輕。研究發現胰腺炎野生型小鼠胰腺和肺組織中的NLRP3和IL-1表達水平明顯增加，最后結果顯示，降低NLRP3的水平可使SAP的嚴重程度下降，同時小鼠組織病理學的改變、血清淀粉酶、胰腺組織含水量和PLF水平顯著降低[63,64]。AP需要NLRP3、caspase-1和ASC這些因素的存在，TLR9基因的缺失可使AP的胰腺水腫、炎癥和IL-1β的表達水平下降，TLR9基因在胰腺的免疫細胞內進行表達，主要是巨噬細胞，其拮抗劑不僅可以降低AP的水腫情況、炎性浸潤改變及胰腺細胞的凋亡，還可以針對�；撬嵋鸬腟AP所致的胰腺壞死和肺炎，使之癥狀減輕[65]。臨床試驗表明，通過抑制或降低在2型糖尿病(T2DM)患者體內IL-1β的表達水平，可以改善患者血糖，說明人體炎癥應答機制可能誘發胰腺損害，IL-1β是肥胖所致炎癥和胰島素抵抗、胰腺β細胞功能受損和T2DM發病的關鍵危險因素，而IL-1β在胰腺中的激活來源于NLRP3的炎癥機制[66]。NFκB的一種小分子抑制因子A(WA)可以預防或治療頸動脈粥樣硬化性胰腺炎，并且效果明顯，WA能夠有效減少胰腺內的免疫細胞炎癥的浸潤和腺泡細胞的死亡，并且經青霉素(cerulein)治療后，NFκB激活調控的促炎和促凋亡基因表達水平相對增加，數據顯示WA對這些促炎因子基因的表達有著顯著的拮抗作用。在尾蚴素誘導的胰腺炎中研究者發現NLRP3炎性小體被激活，而且這種激活有可能被WA中斷[67]。
2.5NLRP3炎性小體與其他消化系統疾病
反流性食管炎可以侵害食管的鱗狀上皮，使其被化生的柱狀上皮代替，形成巴雷特食管(Barrett食管)，而在發炎的Barrett‘s的活檢標本中發現了大量的促炎細胞因子，尤其是IL-1β表達水平特別高，降低其水平可以使炎癥癥狀及鏡下黏膜損傷減輕[68]。膽道閉鎖(BA)的主要原因是新生兒自身的炎癥以及纖維阻塞膽管，具體原因機制尚不明確。Yang等[69]通過研究感染輪狀病毒的新生小鼠其肝外膽管的表達，在實驗模型中，炎癥基因在BA小鼠模型中被過度表達，而后續的NLRP3的靶向性丟失對新生小鼠抗RRV所致的膽管阻塞有保護作用。——論文作者：徐洪遠1，梁雪2，朱晨柳3
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