NALP3炎性复合体在阿尔茨海默病中的作用

赵 婷，沈甫明

(第二军医大学药学院药理教研室，上海 200433)

·综述·

NALP3炎性复合体在阿尔茨海默病中的作用

赵 婷，沈甫明

(第二军医大学药学院药理教研室，上海 200433)

NALP3炎性复合体是新近发现的胞浆蛋白，主要参与免疫炎症应答反应。近年来，研究发现NALP3复合体与疾病的炎症反应相关，特别是与阿尔茨海默病密切相关。本文通过综述NALP3炎性复合体与阿尔茨海默病发生发展的相关性，为NALP3在阿尔茨海默病诊断和治疗中的应用提供理论基础及新的策略。

NALP3；阿尔茨海默病；炎症反应

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease, AD)是老年痴呆的主要类型(50%～70%)，是一种中枢神经系统退行性疾病，临床表现为认知和记忆功能不断恶化，日常生活能力进行性减退，并伴有各种神经精神症状和行为障碍。迄今为止，AD的确切病因和发病机制还不完全清楚，但近年来大量研究证据表明，老年人群中炎性因子作为心脑血管疾病的危险因素普遍存在，这些因素使患者认知障碍和痴呆的危险性增加，有效控制这些因素对预防认知障碍的发生和发展起着重要的作用。炎性复合体(inflammasome)是新近提出来的概念，它本质上是由NALP3 [NACHT, LRR-and pyrin-domain(PYD)-containing proteins]、炎性caspases、ASC (apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain)以及CARD-8 (caspase-activating and recruitment domain,CARD)接头蛋白组成的分子复合物[1]。在外来刺激的作用下，细胞内NALP3、caspase-1、CARD-8以及ASC可以相互作用形成复合物，最终导致caspase-1的活化，继而可以剪接、活化pro-IL-1β和pro-IL-18[2]。

1 NALP3炎性复合体及其信号通路

1.1NALP3炎性复合体 NALP3炎性复合体这一概念是在2002年由Tschopp首先提出，用来描述一组导致caspase-1和促炎症细胞因子IL-1β的激活的复合蛋白。NALP3炎性复合体基本结构单位是由NALP3、ASC和CARD-caspase以及CARD-8接头蛋白构成的[3,4](图1)。CARD-8接头蛋白是一个含FIIND(function to find)和CARD的结构，此蛋白能和NALP3的C端特异性结合。NALP3蛋白家族的一个特征是能够通过PYD-PYD (pyrin domain)作用与ASC蛋白结合，ASC蛋白具有一个C端CARD和一个N端PYD，因此适合于作PYD-和CARD-包含蛋白之间的调节子。ASC蛋白的PYD域与多种NALP3的PYD相互作用，而ASC的CARD可以活化含caspase的CARD域，前caspase-1能够诱导激活IL-1β前体[5,6]。这个炎性复合体对NF-κB信号通路有上调的作用，对炎症，免疫反应，凋亡的调控起着重要的作用。

1.2NALP3炎性复合体的信号通路 NALP3炎性复合体是IL-1β前体装配期主要的结合物和活化物，所以它能够直接诱导活性IL-1β的生成，从而产生各种免疫反应[6]。其主要是由活化的巨噬细胞和单核细胞产生，它以非活性形式存在，NALP3炎性复合体中的caspase1能将胞内的IL-1β前体在116位天冬氨酸切开，形成活化的成熟IL-1β，再分泌到胞外空间。IL-1β可引起炎症反应，诱导前炎症细胞因子、IL-6和其他细胞因子、趋化因子的表达。此外还能够提高粘附分子的表达，促进淋巴细胞从血液浸润到组织[2]。

图1 NALP3炎性复合体组成与结构

NALP3：NACHT, LRR-and pyrin-domain(PYD)-containing protein；炎性Caspases ；ASC：apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain；CARD-8：caspase-activating and recruitment domain.(引自Annett halle et. Nature. 2008)

目前为止，已知NALP3的主要信号通路是组成炎性复合体激活并诱导IL-1β的生成，此外还可以通过PYCARD/ASC结合并激活NF-κB信号通路。NF-κB是一个经典的信号通路因子，可以调控细胞的生长凋亡和激活各种细胞因子的表达[7]。据研究，NALP3激活的NF-κB途径一般都有ASC蛋白与各种复合物和激酶的作用诱发经典的NF-κB信号通路[8]。据Lamfanki等的研究，caspase-1也可以激活NF-κB，发现NF-κB的激活与IL-1β的成熟是同时发生的[9]。可推测，在NALP3过量表达的条件下，可以激活NF-κB的表达，从而调控下游IL-1β前体的装配和成熟。

2 NALP3在阿尔茨海默病中的作用

2.1IL-1β与AD的关系 IL-1β被认为在AD神经元损伤中扮演了重要的角色，而在AD发展过程中IL-1β的重要来源被认为是β-淀粉样蛋白激活了NALP3所致[10]。早在1989年Griffin就发现阿尔茨海默病患者脑中过度表达IL-1，提示IL-1可能与阿尔茨海默病的发病有关。IL-1促进弥散的淀粉斑转变为神经炎性斑，并协助这些淀粉样β-蛋白斑和神经元蜕变在皮层蔓延[11]。

在阿尔茨海默病脑中，许多IL-1免疫阳性小胶质细胞在皮层的分布和β-淀粉样蛋白分布是相关的。β-淀粉样蛋白激活小胶质细胞，活化的小胶质细胞可以产生大量包括IL-1在内的细胞因子。IL-1可以通过自分泌作用使小胶质细胞增殖，上调其对细胞因子、趋化因子、补体等的表达，造成神经元损伤[12]。此外还可以通过增加MAPK-p38的活性和大鼠皮质神经元细胞培养磷酸化作用而引起阿尔茨海默病和lewy小体的病理状态[13]。

2.2NALP3在AD炎性反应中的作用 炎性复合体可以被K+外流所激活。Fernandes-Alnermri等人和Petrilli等人已经证明K+的外流引起的细胞内K+浓度减少可以激活炎症体[14]。Petrilli等人证明细胞内K+的降低可以激活NALP1和NALP3受体，它们可以募集ASC和caspase-1到炎症体复合物中[14]。各种不同类型的危险信号都可诱导K+的外流，如微生物毒性可以在细胞质膜中穿孔，或是通过细胞外ATP激活P2X7通道从而导致K+外流。这些研究揭示了细胞内K+浓度对炎症体激活的重要性，因为激活炎症体通过释放IL-1β和IL-18可以触发进一步的炎症反应，激活caspase-1导致神经元的凋亡。

研究证实β-淀粉样蛋白和低聚体可以影响K+通道的作用和减少细胞内K+的浓度[15]。多年前K+在阿尔茨海默病中的理论的假设被提出。神经元和细胞系SN56的胆碱能功能对K+外流和β-淀粉样蛋白导致的神经元死亡特别敏感。神经元死亡可以通过增加细胞外K+浓度或用TEA阻断K+通道来防护[15]。

研究也证明β-淀粉样蛋白可以增加电压门控钾离子通道，Kv3.4的亚基MinK相关肽2的活性和表达。在阿尔茨海默病的早期Kv3.4通道亚基的表达明显增加。这个现象在阿尔茨海默病小鼠模型中也可以观察到。这种Kv3.4通道的增强功能可以通过炎症体的激活使神经元达到毒性效应。补体系统和组成末端膜攻击复合物的物质的激活是另一种可以使神经元膜表面分裂和诱导K+外流。补体系统在AD发生过程中被激活这个理论已经被报道。另外，β-淀粉样蛋白寡聚体可以与微生物毒素以同样的方式诱导孔道穿过细胞质膜，例如，β-淀粉样蛋白离子通道可以诱导K+外流[10]。提示毒性的β-淀粉样蛋白寡聚体可以通过K+外流这个危险信号来激活NALP炎症体。

炎性复合体可以被β-淀粉样蛋白所激活。Halle等人研究表明β-淀粉样蛋白原纤维可以激活小鼠大脑中的NALP依赖的IL-1促炎通路[10]。β-淀粉样蛋白可以在小胶质细胞激活NALP3。简单表述为：首先由小胶质细胞吞噬β-淀粉样蛋白，致β-淀粉样蛋白进入溶酶体内，引发溶酶体的肿胀和不稳定，从而使溶酶体失去完整性，组织蛋白酶B从溶酶体释出，致NALP3增加，pro-caspase-1形成增加，相应地caspase-1生成增加，导致IL-1β表达增加。而IL-1β形成的增加可致NO和TNF-α从小胶质细胞释放量增多，目前认为NO和TNF-α是介导Aβ神经毒性和免疫反应的两个重要介质。

此外，炎性复合体也可以被病原微生物和细胞的危险信号等所激活，如LPS、ASC、晶体硅和铝盐等。

3 展望

近年来，随着分子技术的发展和进步，关于临床病症，包括复杂的免疫疾病的研究重点逐渐转变成研究其分子水平上的分子机制和分子病理生理学。作为细胞内的模式识别受体，NALP3蛋白在调节天然免疫和获得性免疫方面与TLR一样具有重要意义。而随着世界上大多数国家人口寿命的增加，AD发病率也有所提高，与之相应的炎症反应也越来越受到广泛地关注。NALP3所参与的信号通路是AD中重要的炎症通路，对NALP3的逐渐认识将有助于AD的研究和治疗。

[1] Martinon F, Burns K, Tschopp J.The inflammasome: a molecular platform triggering activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta[J]. Mol Cell, 2002,10(2):417.

[2] Kanneganti TD, Ozoren N, Body-Malapel M,etal.Bacterial RNA and small antiviral compounds activate caspase-1 through cryopyrin/Nalp3[J]. Nature, 2006,440(7081):233.

[3] Tschopp J, Martinon F, Burns K.NALPs: a novel protein family involved in inflammation[J]. Nat Rev Mol Cell Biol, 2003,4(2):95.

[4] Drenth JP, van der Meer JW.The inflammasome—a linebacker of innate defense[J]. N Engl J Med, 2006,355(7):730.

[5] Petrilli V, Martinon F.The inflammasome, autoinflammatory diseases, and gout[J]. Joint Bone Spine, 2007,74(6):571.

[6] Martinon F, Tschopp J.Inflammatory caspases and inflammasomes: master switches of inflammation[J]. Cell Death Differ, 2007,14(1):10.

[7] Lamkanfi M, Kalai M, Saelens X,etal.Caspase-1 activates nuclear factor of the kappa-enhancer in B cells independently of its enzymatic activity[J]. J Biol Chem, 2004,279(23):24785.

[8] Macaluso F, Nothnagel M, Parwez Q,etal.Polymorphisms in NACHT-LRR (NLR) genes in atopic dermatitis[J]. Exp Dermatol, 2007,16(8):692.

[9] Jeru I, Duquesnoy P, Fernandes-Alnemri T,etal.Mutations in NALP12 cause hereditary periodic fever syndromes[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2008,105(5):1614.

[10] Halle A, Hornung V, Petzold GC,etal.The NALP3 inflammasome is involved in the innate immune response to amyloid-beta[J]. Nat Immunol, 2008,9(8):857.

[11] Griffin WS, Stanley LC, Ling C,etal.Brain interleukin 1 and S-100 immunoreactivity are elevated in Down syndrome and Alzheimer disease[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1989,86(19):7611.

[12] Streit WJ.Microglia and Alzheimer's disease pathogenesis[J]. J Neurosci Res, 2004,77(1):1.

[13] Griffin WS, Liu L, Li Y,etal.Interleukin-1 mediates Alzheimer and Lewy body pathologies[J]. J Neuroinflammation, 2006,3:5.

[14] Petrilli V, Dostert C, Muruve DA,etal.The inflammasome: a danger sensing complex triggering innate immunity[J]. Curr Opin Immunol, 2007,19(6):615.

[15] Colom LV, Diaz ME, Beers DR,etal.Role of potassium channels in amyloid-induced cell death[J]. J Neurochem, 1998,70(5):1925.

2010-08-31

[修回日期] 2010-12-10

RoleoftheNALP3inflammasomeinAlzheimer′sdisease

ZHAO Ting , SHEN Fu-ming

( Department of Pharmacology, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China )

The NALP3 inflammasome , a novel discovered plasmosin , is in-volved in immune inflammatory response . Recent studies indicated that the NALP3 inflammasome had close association with Alzheimer's disease . In this paper , the association of the NALP3 inflammasome with Alzheimer's disease development was reviewed, in order to provide the theoretical basis and new strategies for application of the NALP3 inflammasome in Alzheimer's disease diagnosis and treatment .

NALP3; Alzheimer′s disease; inflammatory response

赵 婷(1986-)，女，硕士研究生.E-mail:zhaoting1003@sina.com.

沈甫明. Tel：(021)81871276, E-mail:fumingshen@126.com.

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1006-0111(2011)02-0081-03