NLRP3与自身免疫性疾病的相关性研究进展

彭尚文综述，程 勇审校

（武汉大学口腔医院放射科，湖北武汉430072）

NLRP3与自身免疫性疾病的相关性研究进展

彭尚文综述，程 勇审校

（武汉大学口腔医院放射科，湖北武汉430072）

自身免疫疾病； 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶； 环层小体； 炎症； NLRP3； 综述

自身免疫性疾病（autoimmune disease，AID）指机体的免疫系统对自身成分的免疫耐受被打破，从而攻击自身的器官、组织或细胞，引起损伤所诱发的疾病。根据损伤的情况，其可分为系统性AID和器官特异性AID。前者主要是指弥散性结缔组织病，包括系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）、类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）、干燥综合征（sjogren′s syndrome，SS）、系统性硬化症（systemic sclerosis，SSc）、多肌炎/皮肌炎等；后者可涉及各种组织或器官的特异性损伤，如多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）、自身免疫性肝病、1型糖尿病、自身免疫性甲状腺疾病、自身免疫性胰腺炎、炎症性肠病等。绝大多数AID的病因和发病机制尚不清楚，但随着组学技术（如基因组学、转录组学等）的发展，学者们利用基因表达谱发现了很多在AID发病中起关键作用的信号通路，如干扰素相关信号通路和白介素相关信号通路等[1]。最近研究表明，Nod样受体热蛋白结构域相关蛋白 3（nucleotide binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain containing 3，NLRP3）炎症小体在AID的发生、发展过程中伴随有相应的变化，随之引起下游产物IL-1β或IL-18等的变化，提示NLRP3可能在AID中扮演重要角色[2]。

1 NLRP3 炎症小体简介

NLRP3又被称为NALP3或ctyophrin，是属于核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NLR nucleotide bindingand oligomerization domain-like receptor，NLP）家族的模式识别受体[3]。其主体由核苷酸结合寡聚化结构域 NACHT（中央的核苷酸结合寡聚化区域）构成，C-末端是富含亮氨酸的重复序列（LRR），而N-端包括热蛋白结构域（pyrindomain，PYD）和半胱冬肽酶募集结构域（caspase recruitment domain，CARD）[4]。当模式识别受体（patternrecognition receptors，PRRs）识别病原体上的病原相关分子模式（pathogen associated molecular patten，PAMP）时启动免疫应答，NLRP3通过凋亡点状蛋白（apoptoosis associated speck like protein containing a CARD，ASC）招募半胱氨酸酶前体-1（pro-caspase-1），活化caspase-1，从而形成NLRP3炎症小体[5]。caspase-1进一步将pro-IL-1β和pro-IL-18裂解为成熟的IL-1β和IL-18参与调节免疫应答[6-11]。

2 NLRP3的激活途径

多种内源性或外源性的因素最终都可以导致NLRP3的激活，目前已经明确报道的因素有：细菌、高血糖、透明质酸、尿酸、谷氨酸钠尿酸盐晶体、RNA病毒等[7，9，12]。关于NLRP3激活的具体途径主要有以下3种猜想[2，4]。

2.1 溶酶体破裂介导激活 晶体、无菌颗粒等物质经由内吞作用进入胞内，破坏溶酶体膜，从而激活溶酶体蛋白酶，进一步激活caspase-1形成NLRP3炎症小体[13]。有实验者用二氧化硅等颗粒处理预先用细胞松弛素D处理过的人外周血单核细胞，可以检测到IL-1β释放。这些大分子经内吞作用后，导致溶酶体酸化渗漏，溶酶体内容物，如组织蛋白酶泄露到细胞质中将直接导致NLRP3的激活。使用组织蛋白酶B抑制剂处理的小鼠在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）刺激下，NLRP3的活化受到抑制[2]，提示组织蛋白酶激活NLRP3炎症小体的作用。

2.2 腺苷三磷酸（ATP）介导的激活途径 在单核细胞和巨噬细胞中，ATP门控离子通道嘌呤7（P2X7）被ATP活化后会大幅度促进Toll4受体的产物——IL-1β的生成。在巨噬细胞中，ATP和LPS的刺激是产生IL-1β的必要因素，ATP流到胞外后，P2X7即受到连接蛋白和泛连接蛋白半通道、离子通道及溶酶体胞外分泌等的作用而活化[9]，从而引起下游NLRP3炎症小体的活化[14-15]。

但有研究者认为，这一途径应该被称作离子外流介导的途径[4，12]。他们认为甲型流感病毒（influenza Avirus，IAV）能激活NLRP3是因为氢离子经M2离子通道进入胞外，从而激活NLRP3炎症小体，而不是经由P2X7[12]。也有研究者通过体外实验得到结论：当细胞内钾离子浓度低于 90 mmol/L时，NLRP3炎症小体组装及caspase-1的募集可以自发产生，不依赖ATP或P2X7受体[4]。关于炎症小体如何通过本途径激活仍然没有定论。

2.3 活性氧（reactive oxygen specie，ROS）介导的激活途径 ROS是线粒体呼吸不可避免的产物，它会降低细胞质中氧气的含量来形成超氧阴离子。高浓度的ROS对细胞有损伤，因此，机体有数种以ROS介导的损伤机制，如超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。

研究发现，ROS同离子外流一样也是病毒介导NLRP3活化的重要组成部分。用活性氧清除剂如N-乙酰-L-半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）或APDC处理病毒感染的细胞或小鼠会抑制甲型流感病毒介导的NLRP3活化，提示ROS对激活NLRP3有重要作用。而所有NLRP3激活因素都能诱导巨噬细胞中ROS的产生。有报道称，所有能激活炎症小体的因素都能被活性氧清除剂所抑制，提示ROS是NLRP3炎症小体活化的必要因素[12]。

目前，关于ROS如何激活NLRP3的机制尚不明确。有学者提出可能与一种能够与硫氧化蛋白相互作用的蛋白（thiore-doxin-interacting protein，TXNIP）有关。在体外实验中，TXNIP缺乏的巨噬细胞在尿素钠晶体、硅颗粒及ATP的刺激下使NLRP3炎症小体的激活水平明显减少。在动物实验中，去除动物体内TXNIP，中性粒细胞在刺激物刺激下使NLRP3活化水平同样减少。而也有学者通过尿素钠晶体及ATP刺激野生型及TXNIP缺陷型小鼠，发现NLRP3炎症小体的活化水平并无明显差异[4]。目前有关TXNIP及ROS激活NLRP3的作用尚未达成共识。

3 NLRP3炎症小体与AID的关系

最新研究表明，NLRP3炎症小体及其下游产物IL-1β和IL-18的变化与多种AID的发生和发展有一定关系。

3.1 NLRP3炎症小体与1型糖尿病 1型糖尿病是一种典型的器官特异性AID，是以对B细胞自身抗原的自身免疫为特点的AID[16]。最近有文献报道，1型糖尿病最初的机制是固有免疫的受体，如Toll样受体感知了凋亡B细胞释放的死亡相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）[16]。说明固有免疫在1型糖尿病的发生和发展过程中起重要作用。

根据 NLRP3的分子机制，NLRP3与 PAMP或DAMP接触后自身寡聚化，其上游变化还没有完全弄清楚，只是确定与溶酶体和线粒体的变化有关。NLRP3寡聚化后与名为CARD的衔接蛋白连接，将pro-caspase-1裂解为成熟的caspase-1，后者又刺激IL-1β的成熟，增加IL-1β的表达[16]。

然而有研究显示，在1型糖尿病模型小鼠中，pro-IL-1β或NLRP3的mRNA表达与小鼠的体质量呈正相关[16]。随后，其他的研究也证实，格列本脲和二甲双胍等药物有潜在抑制NLRP3介导的炎症活性的作用，而二者通常都是用于糖尿病的治疗。提示NLRP3炎症小体与1型糖尿病模型的关系。

3.2 NLRP3炎症小体与MS 实验性变态反应性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）是MS的动物模型，是由髓磷脂特异性自体反应Th细胞介导的自身免疫性疾病。Th细胞产生后向中枢神经系统（central nervous system，CNS）迁移，通过血脑屏障后浸润CNS并介导炎症免疫应答，最终导致脱髓鞘和神经退行性病变[17]。抗原呈递细胞（包括树突状细胞和巨噬细胞）参与了EAE的进程[17-18]。

Inoue等[17]认为，抗原呈递细胞中的NLRP3炎症小体通过增强CNS中招募的趋化因子介导的免疫细胞的作用导致EAE的发展。

目前NLRP3诱导EAE和MS产生的机制还不清楚。有报道称，缺乏表达NLRP3或ASC基因的小鼠EAE病情发展受抑制[17]。提示NLRP3炎症小体与EAE病情发展的关系。而在MS患者中，caspase-1、IL-1β和IL-18的表达较高，同样提示MS的发病与NLRP3有关。

3.3 NLRP3炎症小体与免疫性血小板减少症（immune thrombocytopenia，ITP） ITP是一种免疫介导的以血小板减少为主要特征的AID。临床表现以血小板数量减少和皮肤黏膜出血为主，严重时可引起内脏出血甚至死亡。

ITP的发病机制目前尚不明确，自身抗体介导的血小板破坏增加或生成减少，即体液免疫异常被认为是经典的ITP的发病机制。但是，体液免疫理论并不能完全解释ITP的发病机制，因患者血浆中多种细胞因子的水平高于健康人，其中部分细胞因子的成熟与某些炎症复合体相关。故推测ITP的发病可能与对应炎症复合体的活化有关。

有实验者通过比较不同时期ITP患者及健康人的血浆发现，IL-1β及IL-18在ITP患者血浆中的含量显著高于其在健康人血浆中的含量，而且在采取有效治疗措施的患者中其含量下降，提示2种细胞因子信号途径异常可能在ITP发病及其演变中起重要作用[19]。继续对其上游信号进行探索，通过流式细胞术检测外周血单核细胞中caspase-1活性发现，ITP患者单核细胞caspase-1活性明显高于健康对照组，治疗缓解期患者caspase-1活性与健康人相比差异无统计学意义（P＞0.05），提示在ITP体内caspase-1活性异常增强[19]。通过Western blotting检测发现，在人外周血单核细胞中存在NLRP3及Caspase-1蛋白的表达，但是表达量不同：ITP患者治疗前，上述2种蛋白的表达量明显高于健康人；而治疗缓解患者上述2种蛋白的表达量较治疗前明显降低。实验结果提示，ITP发病与NLRP3炎症复合体的活化及下游IL-1β和IL-18的产生有关[19]。

3.4 NLRP3炎症小体与RA RA是一种以关节滑膜炎症为特点的慢性AID，以关节滑膜炎及对称性、破坏性的关节病变为主要特征，可以导致关节软骨、骨和关节囊的破坏，并可最终造成关节残毁畸形、功能丧失。RA的发病机制尚未完全清楚，但研究显示其疾病过程涉及固有免疫及适应性免疫，有多种细胞因子参与，特别是由单核巨噬细胞系统分泌的TNF和IL-1β可诱发和维持受累关节的炎症。

有学者的实验发现，在RA患者外周血单核细胞中，NLRP3炎症小体活化后产物caspase-1和IL-1β、IL-18明显升高[20-21]。在RA患者关节内，IL-1β可以通过诱导产生金属基质蛋白酶和聚蛋白多糖酶等物质使蛋白多糖迅速衰减而降解软骨及刺激骨吸收并抑制骨与软骨的修复，从而导致 RA患者骨与软骨的破坏[20]。可见NLRP3炎性体的下游产物IL-1β在RA炎症活动过程中扮演了重要的角色。

3.5 NLRP3炎症小体与 SLE和狼疮性肾炎（lupus nephritis，LN） SLE是一种不明病因的AID，其对不同的器官包括关节、皮肤、肾和循环系统都会造成影响[22]。而LN是非常常见的、可能致命的SLE的并发症[23-24]。

Kahlenberg等[23]通过野生型小鼠和caspase-1阴性小鼠的实验发现，缺乏caspase-1的小鼠与野生型小鼠在腹腔注射磷酸盐缓冲液姥鲛烷处理下，后者出现SLE的临床表现和血管损伤，而前者不出现。从而证实NLRP3的重要组分caspase-1在SLE疾病发展过程中起到重要作用，并且它与血管的功能障碍有关，提示NLRP3炎症小体的表达对SLE的影响[22]。

3.6 NLRP3炎症小体与舍格伦综合征（Primary Sjgren′s syndrome，pSS） 原发性pSS是一种以唾液腺和泪腺功能障碍和炎症浸润为特点的AID[25]，表现为眼干、口干。pSS的病因还不清楚，但是近来研究认为其与固有免疫和获得性免疫相关。

Baldini等[26]比较了原发性pSS与正常人唾液、唾液腺样本、外周血中单核细胞及基因的表达，结果显示，pSS患者NLRP3的表达与其唾液腺炎症的程度呈正相关；NLRP3活化相关通道蛋白受体P2X7R的表达也与炎症程度呈正相关；且pSS患者中NLRP3、ASC和caspase-1等NLRP3炎症小体的组成成分高于健康人。该实验结果提示，NLRP3炎症小体及其下游产物与pSS的发展相关。

4 结 语

目前，AID的发病原理大都还不清楚，但是已经通过实验证明，许多AID的发生和发展与NLRP3炎症小体及其下游产物有关。因此，对NLRP3炎症小体的研究或许在一定程度上能揭示AID病因的共同特点，从而使AID的治疗方法得到新的发展。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.18.014

A

1009-5519（2015）18-2764-04

2015-04-13）

国家自然科学基金资助项目（30973331）；湖北省自然科学基金资助项目（2012FFA091）。

彭尚文（1992-），男，湖北武汉人，在读硕士研究生，主要从事口腔颌面部放射影像学方向研究；E-mail：Aya@whu.edu.cn。

程勇（E-mail：chengyong_125@163.com）。