炎性体与动脉粥样硬化

贺嘉 彭道泉

炎性机制在动脉粥样硬化中起核心作用，各种炎性因子的活化可引起炎性细胞的募集，从而最终导致动脉粥样硬化斑块形成［1］。传统观点认为，内皮损伤是动脉粥样硬化的始动环节。最近研究发现，胆固醇结晶在动脉病变早期即已出现，几乎与炎性细胞的聚集同时出现。内皮细胞和巨噬细胞摄取胆固醇并形成微小胆固醇结晶可能参与了动脉粥样硬化的发生与发展，而炎性体在介导这一过程中起重要作用［2］。

1 炎性体概述

炎性体是一类能被感染和应激激活，促进促炎细胞因子如白介素1β(IL-1β)激活，从而参与固有免疫应答的多蛋白复合物或称“分子平台”(molecular platforms)，其介导的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase-1)蛋白活化与固有免疫和细胞凋亡密切相关。以NLRP3炎性体(也称为 NALP3或cryopyrin)为例，该“平台”包括由热蛋白结构域(pyrin domain，PYD)、核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-binding and oligomerization domain，NOD/NACHT)、富含亮氨酸重复(leucine-rich repeat，LRR)结构域构成的 NLRP3蛋白和由PYD、胱天蛋白酶募集域(caspase recruitment domain，CARD)构成的酸溶性胶原蛋白(ASC)以及caspase-1蛋白，激活后可使其成分中的caspase-1蛋白活化。目前已发现的炎性体蛋白主要包括NLRP1、NLRP3、ICE蛋白酶激活因子(ICE protease-activating factor，IPAF)和黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2，AIM2)炎性体［3］。其中，NLRP3 炎性体与动脉粥样硬化的发展关系密切。

2 NLRP3炎性体的激活途径

对NLRP3炎性体激活机制的认识仍存在较广泛的分歧，目前认为主要通过3个途径:第一，细胞外的ATP等刺激ATP门控的 P2X7离子通道［4］，介导钾离子外流，募集pannexin-1半通道在胞膜上逐渐结合，从而让胞外的NLRP3激动剂通过pannexin-1膜孔流入胞浆并直接激动NLRP3蛋白［5］;第二，晶体或颗粒物质如动脉粥样硬化斑块中的胆固醇结晶、导致痛风的尿酸钠(monosodium urate，MSU)［6］、导致假性痛风的焦磷酸钙二水化合物(calcium pyrophosphate dehydrate，CPPD)［6］、导致硅肺的二氧化硅(silica)［7］和导致阿尔茨海默症的纤维乙型淀粉样蛋白(fibrillar amyloid-β peptide)［8］等被细胞吞噬后可导致吞噬溶酶体破裂，NLRP3炎性体感知溶酶体释放的内容物从而被激活，其中溶酶体组织蛋白酶B对该途径有促进作用［8-9］;第三，所有的NLRP3激动剂，如危险相关分子模式(danger-associated molecular patterns，DAMPs)和病原相关的分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)包括 ATP、颗粒或晶体物质，可触发活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的产生，从而通过ROS依赖途径促进NLRP3炎性体的激活，激活后的炎性体成分中的 caspase-1蛋白被活化，导致促炎细胞因子如 IL-1β、IL-18 等的激活［3］。

3 胆固醇结晶与NLRP3炎性体激活

胆固醇结晶通常被认为出现在动脉粥样硬化的晚期。给予动脉粥样硬化易感的Apo-E基因敲除小鼠高胆固醇饮食，光镜下行HE染色第8周才可观察到动脉内膜和坏死核心内出现胆固醇结晶，但相同标本用激光反射和荧光共聚焦显微镜在第2周即可发现胆固醇结晶物质和免疫炎症细胞［2］。

胆固醇结晶与LPS激动的人外周血单核细胞(PBMCs)共培养，使用ELISA和免疫印迹技术均可发现，实验组IL-1β的产生与对照组存在显著差异，使用caspase-1蛋白抑制剂zYVAD-fmk可抑制IL-1β的产生，提示其IL-1β激动过程是通过caspase-1蛋白介导的。若使用NLRP3炎性体组分中的NLRP3和ASC基因敲除小鼠巨噬细胞，IL-1β的产生同样受到显著抑制，提示其IL-1β活化依赖于炎性体的参与。此外，炎性体的激活需要吞噬溶酶体的参与［2］。

4 NLRP3炎性体激活与动脉粥样硬化

NLRP3炎性体激活后，可产生IL-1β等细胞因子，而后者具有促动脉粥样硬化活性。IL-1在动脉粥样硬化始动环节中起重要作用。IL-1基因家族主要编码IL-1β、IL-1α和IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra)3种蛋白，其中IL-1Ra是一种内源性IL-1受体拮抗剂，竞争性抑制IL-1β和IL-1α与IL-1Ⅰ型受体的结合。在动物实验中发现，IL-1Ra注射［10］及IL-1β基因敲除［11］对Apo-E基因敲除动脉粥样硬化易感小鼠具有保护作用;相反，IL-1Ra基因敲除具有促进动脉粥样斑块形成的作用［12-13］。人体试验中亦发现，动脉粥样硬化斑块中比正常冠状动脉中的IL-1β水平高［14］，阻断IL-1的药物阿那白滞素(anakinra)有改善类风湿性关节炎患者冠状动脉血流储备的作用［15］。

对LDLR基因敲除的动脉粥样硬化易感小鼠进行致命照射后进行骨髓移植，分别移植NLRP3、ASC和IL-1α/β基因敲除小鼠的骨髓，再给予富含胆固醇饮食，可观察到骨髓移植组小鼠主动脉内平均动脉粥样硬化病变面积较对照组减少69%，并且移植组血清中IL-18和IL-1水平显著低于对照组［2］。现已证实Apo-E基因敲除小鼠同样对动脉粥样硬化易感［16］，但 Apo-E 基因敲除小鼠与 NLRP3、ASC 和caspase-1基因敲除小鼠杂交，却未发现杂交对动脉粥样硬化的保护作用［17］。

导致这一差异的可能原因是实验模型的选取和实验方法的差异。相同高胆固醇饮食情况下，Apo-E基因敲除所致动脉粥样硬化病变一般比LDLR基因敲除模型更严重，因此LDLR基因敲除促进动脉粥样硬化的作用更容易被忽略;此外，骨髓移植在方法学上可能劣于杂交，因其只能评估被移植细胞的作用，不能排除未被移植细胞中IL-1的产生;而且，在Apo-E基因敲除小鼠中，IL-1α比IL-1β在促进动脉粥样硬化发展中作用更大，而IL-1α的产生可不依赖于NLRP3炎性体的激活，表明Apo-E缺乏和LDLR缺乏在致动脉粥样硬化机制上并不全相同［17-18］。

5 NLRP3炎性体的激活与其他冠心病相关疾病

前瞻性研究表明，男性痛风患者的全因死亡率较非痛风患者高，既往无冠心病的患者死亡率增高的原因主要以心血管疾病特别是冠心病为主［19］。痛风患者的MSU被认为是经典的危险相关信号，可激活NLRP3炎性体［6］。因此推测NLRP3炎性体的激活可能是心血管事件增加的原因之一。

肥胖和胰岛素抵抗被认为是冠心病危险因素。试验表明，肥胖的2型糖尿病患者通过限制能量摄入和运动减肥，可使脂肪组织中的NLRP3炎性体的表达减少、慢性炎症反应减轻、胰岛素的敏感性改善。进一步研究证实，细胞内脂毒性相关的神经酰胺的增多激活了NLRP3炎性体从而导致巨噬细胞和脂肪组织中caspase-1的激活。该研究首次在人体证实了炎性体可感知肥胖相关危险信号(obesity-associated danger signals)而引起慢性炎症和胰岛素抵抗［20］。

6 IL-1β单克隆抗体在治疗动脉粥样硬化中的前景

炎性体激活后最终主要通过IL-1β的激活而发挥致动脉粥样硬化作用。Canakinumab是一种选择性作用于IL-1β的人单克隆抗体，已用于治疗 IL-1β相关的炎性疾病如穆-韦 综 合 征 (Muckle-Wells syndrome)［21］。 已 经 开 始 的CANTOS研究选取了17200例心肌梗死后患者，每3个月给予皮下注射不同剂量Canakinumab，预计观察4年内主要终点事件的发生率，如果能获得阳性结果，将进一步证实动脉粥样硬化的炎性假说并为冠心病二级预防提供另一有效的治疗措施［22］。

7 小结与展望

炎性体与动脉粥样硬化的关系尚存在一定争议，需要更多研究支持二者的关系。我们很感兴趣看到Apo-E基因敲除小鼠进行NLRP3炎性体缺乏小鼠的骨髓移植或LDLR基因敲除小鼠进行NLRP3炎性体缺乏小鼠杂交的类似试验结果。可以预计，在体内水平及人体中研究不同疾病状态和干预下NLRP3表达将可能成为研究热点［23］。这些研究可能为动脉粥样硬化新的药物治疗提供理论依据。

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