NALP3炎症体与胰岛素抵抗的研究进展

梁微微，李乃适，潘 慧

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院内分泌科卫生部内分泌重点实验室，北京100730

NALP3炎症体与胰岛素抵抗的研究进展

梁微微，李乃适，潘 慧

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院内分泌科卫生部内分泌重点实验室，北京100730

NALP3炎症体;胰岛素抵抗

近年来，随着社会经济的发展和生活方式的改变，代谢综合征的患病率逐年上升，已成为严重危害人类身体健康的隐性杀手之一。在临床，代谢综合征有多种表现，包括肥胖、高血压、高血糖、血脂异常等［1］，而胰岛素抵抗是代谢综合征诸多症状发生的中心环节［1］。但胰岛素抵抗的机制目前尚未彻底阐明。现有研究表明慢性炎症反应是导致胰岛素抵抗发生、发展的重要因素之一，而白细胞介素 (interleukin，IL)-1β是极具促炎活性的细胞因子之一，能够促进胰岛素抵抗的发展。新近研究亦发现，NALP3炎症体(NACHT，LRR and PYD domains-containing protein 3，NACHT，LRR及PYD结构域蛋白)是活化胱天蛋白酶1(caspase-1)、调控IL-1β成熟和分泌的分子平台，由此提示NALP3炎症体是胰岛素抵抗发生的机制之一，针对NALP3炎症体的靶向治疗可能成为有前景的2型糖尿病治疗方法之一。NALP3炎症体在胰岛素抵抗发生、发展中的作用正日益受到关注，本文就NALP3炎症体在胰岛素抵抗中的研究进展进行综述。

NALP3炎症体的构成及激活

NALP3炎症体是一类存在于细胞内相对分子质量约为700 000的多蛋白复合物，由Tshcopp等［2］研究发现。NALP3炎症体是核苷酸结构域样受体 (NOD-like receptor proteins，NALPs)家族成员，是体内免疫系统对病原体的感受器［3］，可识别病原体并产生相应的免疫应答［2］。

NALP3在中性粒细胞、单核细胞、树突细胞、B细胞和T细胞等多种细胞中均有表达，主要分布在细胞质及细胞膜中，能迅速识别各种外源性微生物以及内源性危险信号，包括病原相关的分子模式 (pathogen-associated molecular pattern，PAMP;病毒、细菌、真菌、微生物成分如脂多糖、胞壁酰二肽、病毒双链DNA、细菌 RNA等)和各种损伤相关分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMP;如组织或细胞遭受破坏后释放的尿酸、炎症状态下细胞释放的ATP及细胞坏死产物等)［4］。上述配体被NALP3炎症体识别、结合，便会启动 NALP3炎症体的组装与激活。

NALP3炎症体由 cryopyrin、凋亡相关斑点蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)、caspase-1这3个部分组成。Cryopyrin是其中的核心蛋白，包含LRR、NACHT、PYD 3个不同的结构域，主要功能是特异性地识别配体，将下游的衔接蛋白和效应分子联系起来;ASC是凋亡相关斑点蛋白，是Pycard基因编码的195个氨基酸残基，是重要的接头蛋白，连接上游的cryopyrin和下游的胱天蛋白酶前体1(pro-caspase-1);caspase-1是procaspase-1的活化形式，在NALP3炎症体活化完成组装后，pro-caspase-1自动催化成caspase-1。Caspase-1一旦被激活，能够裂解IL-1、IL-18、IL-6等细胞因子的前体，使其转化为成熟的 IL-1β、IL-18、IL-6等炎症因子，进而参与到先天性免疫中。

NALP3炎症体与胰岛素抵抗

2010年，Zhou等［5］首次提出以NALP3为代表的炎症体参与胰岛素抵抗与2型糖尿病发生过程。自此以后，以NALP3为代表等天然免疫系统异常激活导致的炎症反应参与胰岛素抵抗及2型糖尿病这一观点逐渐得到研究者的认同［6-8］。

许多实验通过基因敲除小鼠体内不同NAR基因证实了NALP3是代谢性炎症和胰岛素抵抗发生的关键因素［9-11］。Stienstra等［11］研究发现，IL1－/－及 Nalp3－/－小鼠与野生型小鼠相比有更好的糖耐量水平，Casp1－/－及Nalp3－/－小鼠脂肪细胞代谢及脂肪酸氧化较野生型小鼠明显活跃。在高糖环境下，TXNIP－/－和Nalp3－/－小鼠β细胞IL-1β水平显著低于野生型小鼠［5］。Nalp3－/－小鼠在高脂饮食条件下较野生型小鼠有更高的糖耐量和胰岛素敏感性［9］。

目前认为，NALP3引起胰岛素抵抗是通过多个途径发生的。Zhou等［5］首先证实与胰岛素抵抗相关的硫氧环蛋白相互作用蛋白 (thioredoxin-interacting protein，TXNIP)是NALP3结合蛋白，在高糖环境下，TXNIP结合NALP3组分，激活NALP3炎症体，IL-1β等炎症因子表达增加。此后Masters等［12］报道在2型糖尿病患者胰岛中沉积的胰岛淀粉样多肽 (islet amyloid polypeptide，IAPP)可通过溶酶体依赖途径激活巨噬细胞内NALP3炎症体。Wen等［10］报道棕榈酸盐等游离饱和脂肪酸可降低腺苷酸活化蛋白激酶 (AMP-activated kinase，AMPK)的活性，使得线粒体通过自噬作用产生活性氧 (reactive oxygen species，ROS)并释放线粒体内的DNA，激活NALP3炎症体，影响胰岛素信号传导。Koenen等［13］报道脂肪组织经高糖刺激，NALP3、IL-1β的表达显著提高。Vandanmagsar等［9］在肥胖小鼠模型中证实，细胞质中的NLPR3组分能识别尿酸、ATP、脂肪酸等内源性信号，可通过溶酶体依赖途径激活NALP3炎症体，使巨噬细胞内IL-1β等炎症因子表达增加，导致脂肪组织、肌肉、肝脏各组织器官的胰岛素抵抗。目前的研究资料提示，多种与胰岛素抵抗发生相关的细胞内外信号物质均能激活NALP3，使IL-1β等炎症因子表达增加，影响胰岛素信号传导通路，从而促进胰岛素抵抗等的发生。

NALP3炎症体下游通路产物在胰岛素抵抗发生中的作用及机制

有较多证据表明，NALP3活化后下游炎症因子增多与胰岛素抵抗的发生关系密切。目前已经被报道与之相关的炎症因子主要有IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNFα)等。

目前已有较多研究提出IL-1β参与胰岛素抵抗的发生。Jager等［14］用 IL-1β处理小鼠3T3脂肪细胞，观察到葡萄糖转运体4(glucose transporter 4，GLUT4)在细胞膜上的表达明显下调。同时IL-1β能明显抑制小鼠脂肪细胞分化过程中与胰岛素抵抗相关的基因过氧化物酶体增殖物激活受体 γ(peroxisome proliferatoractivated receptor γ，PPARγ)、adiponectin及GLUT 4的表达［11］。在动物实验中，IL-1β基因敲除小鼠较野生型小鼠具有更强的胰岛素敏感性［11］。欧洲一项大规模人群研究提示在2型糖尿病人群中观察到IL-1β水平明显增高，其增高水平能用于预测2型糖尿病病变程度［15］。目前，IL-1受体拮抗剂 (anakinra)［16-17］、IL-1β单克隆抗体 (gevokizumab、canakizumab和LY2189102)［18-20］在临床试验中均显示出降低炎症因子、改善胰岛素抵抗的效果。因此，学者提出IL-1β是参与胰岛素抵抗发生的重要驱动因素。

IL-6是主要的前炎性因子，许多研究证实IL-6与胰岛素抵抗密切相关。在肝脏及脂肪细胞中，IL-6使胰岛素诱导的丝氨酸苏氨酸激酶 (threonine kinase，Akt)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)活化受抑;同时IL-6还抑制胰岛素受体及胰岛素受体底物1的表达［21-23］。在肥胖及2型糖尿病人群中观察到IL-6水平较正常人群明显增高，减重后血 IL-6水平明显下降［24］。有Meta分析提示人群中2型糖尿病发病风险与IL-6浓度相关［25］。

TNFα来自多种细胞，巨噬细胞、脂肪细胞是其重要来源之一。目前研究发现TNFα与胰岛素抵抗的发生相关。肌肉及脂肪组织细胞受TNFα刺激时能诱导胰岛素受体底物 (insulin receptor substrate，IRS)-1的丝氨酸磷酸化，这种磷酸化能阻碍IRS-1正常的酪氨酸磷酸化，降低IRS-1与胰岛素受体的结合能力，从而抑制胰岛素下游信号通路和胰岛素的作用［26］。在肥胖动物模型中，脂肪细胞TNFα表达明显增加，用可溶性TNFα受体中和TNFα后，实验动物胰岛素抵抗有所改善。在肥胖人群脂肪组织中，TNFα水平显著增高，减重后 TNFα表达下调［27-28］。人群研究提示，血液中TNFα水平与胰岛素抵抗程度呈正相关［29］。

研究现状及展望

迄今为止，此领域的人体试验研究仍十分有限。观察性研究证实在人体脂肪组织中，巨噬细胞内NALP3炎症体、caspase-1及其相关IL-1β表达显著上调，与胰岛素抵抗水平直接相关［9，30］。Koenen等［13］报道经高糖刺激的人脂肪组织中NALP3、IL-1β的表达显著提高。Lee等［31］报道未治疗的2型糖尿病患者单核细胞中NALP3的表达明显升高，caspase-1系统显著激活;血清中IL-1β和IL-18与健康人群相比显著升高。Vandanmagsar等［9］观察发现肥胖合并2型糖尿病患者减重后，脂肪组织内NALP3炎症体和IL-1β明显减少，胰岛素敏感性增加。欧洲和亚洲的研究提示在不同的人种中NALP3基因多态性与2型糖尿病相关炎症因子水平及胰岛素抵抗程度具有相关性［32-33］。

以干预代谢性炎症通路、降低炎症因子水平为目标的抗炎治疗应用于2型糖尿病降糖治疗的基础与临床研究仍处于初步阶段，目前尚无以代谢性炎症通路为治疗靶点的2型糖尿病药物上市。有研究提示，磺脲类降糖药格列苯脲对NALP3炎症体有抑制作用，能够阻滞小鼠巨噬细胞产生NALP3炎症体及下游IL-1β［34］。阻滞IL-1β信号通路的IL-1受体拮抗剂 (anakinra)［16-17］、IL-1β单克隆抗体 (gevokizumab、canakizumab和LY2189102)［18-20］在临床试验中均显示出良好的降糖效果，使我们对以NALP3为新靶点开发新的降糖药物充满信心及期待。

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