NLRP3在自身免疫性疾病中的研究进展

曾梦优　仝巧云,2,3*　周婷婷,2

三峡大学第一临床医学院1(443002)　宜昌市中心人民医院消化科2　三峡大学消化疾病研究所3

NLRP3在自身免疫性疾病中的研究进展

曾梦优1仝巧云1,2,3*周婷婷1,2

三峡大学第一临床医学院1(443002)宜昌市中心人民医院消化科2三峡大学消化疾病研究所3

炎症小体是一种蛋白质复合体，可调节半胱天冬酶-1(caspase-1)活化，促进细胞因子产生，从而在免疫防御中发挥重要作用。NLRP3炎症小体是NOD样受体(NLR)家族的重要成员，是一种胞内模式识别受体，主要在巨噬细胞和树突细胞中激活并表达。NLRP3可被多种外源性或内源性刺激信号激活，激活后可诱导caspase-1成熟，促进白细胞介素(IL)-1β、IL-18等促炎细胞因子分泌。Caspase-1以无活性酶原形式存在，其活化由炎症小体控制二聚反应产生[1]。目前，诸多研究[2-4]表明，NLRP3激活与多种免疫、代谢紊乱性疾病相关，包括肾脏疾病、痛风、2型糖尿病、动脉粥样硬化、肥胖、炎症性肠病(IBD)等。本文就NLRP3在自身免疫性疾病中的研究进展作一综述。

一、NLRP3与肾脏疾病

炎症小体依赖性细胞因子在慢性肾病中起关键作用，NLRP3等炎症小体可诱导caspase-1成熟，引起IL-1β、IL-18等促炎细胞因子分泌，从而引起感染以及损伤组织修复。Leemans等[5]认为，NLRs可防御尿路感染，但在无菌炎症和免疫介导的肾病中亦可引起自身组织损伤。Vilaysane等[6]对43例非糖尿病肾病患者进行研究，其中包括IgA肾病、微小病变肾病、膜性肾病、狼疮性肾炎、高血压肾病、新月体肾炎以及急性肾小管坏死，结果显示患者肾组织中NLRP3表达显著上调，且表达水平与血肌酐水平呈正相关。Akosua 等[7]对NLRP3在梗阻性肾病中的作用进行研究，该实验将NLRP3-/-小鼠和野生型小鼠单侧输尿管阻塞，在造模的14 d 内，活检可见野生型小鼠肾脏组织发生损伤，并伴随炎症小体激活标记物caspase-1、IL-1β和IL-18表达水平逐渐升高，而NLRP3-/-小鼠肾脏组织损伤、炎症、纤维化的程度均较野生型小鼠轻，提示NLRP3在肾脏梗阻性疾病中发挥重要作用。

二、NLRP3与痛风

痛风是尿酸盐结晶析出并沉积于关节引起的一种具有特征性炎症的自身炎症性疾病，可导致疼痛和关节病。研究[8]显示，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)可促进尿酸盐晶体诱导炎性巨噬细胞分化，并使巨噬细胞NLRP3表达上调，后者可促进IL-1β在体内应答[9]。Martinon等[10]的研究显示，尿酸盐是NLRP3的有效激活物，可介导产生炎症和免疫反应。党万太等[11]比较了急性痛风性关节炎、非急性痛风性关节炎和健康体检者外周血单个核细胞NLRP3、caspase-1及其相关因子的表达情况，结果显示NLRP3基因、蛋白表达及其相关致炎和抗炎性因子在痛风性关节炎患者中表达增加，提示NLRP3在痛风性关节炎的炎症反应中发挥重要作用。

Martinon[12]指出，尿酸盐是痛风的关键诱导因素，其被巨噬细胞吞噬后，通过促进钾离子外流和诱导线粒体产生大量活性氧(ROS)，诱导NLRP3活化，激活caspase-1，使IL-1β剪切、成熟、分泌。成熟的IL-1β与靶细胞IL-1受体结合，激活下游信号转导因子，如核因子(NF)-κB等，生成大量炎性介质，进一步加重炎症反应。

三、NLRP3与2型糖尿病

研究[13]指出，2型糖尿病是一种代谢性炎症性疾病，炎性细胞因子和氧化应激可导致胰岛β细胞功能下降。目前认为，NLRP3炎症小体成为连接氧化应激、IL-1β以及硫氧还蛋白结合蛋白(TXNIP)的重要纽带，此为糖尿病的研究和治疗提供了新途径。

细胞外ATP是诱导NLRP3活化的一种损伤相关分子模式(DAMP)，在细胞损伤和坏死区域释放。ATP可刺激钾离子由嘌呤P2X7受体通道(一种ATP离子门控通道)快速流出，亦可通过泛连接蛋白-1半通道触发相关因子募集以及诱导细胞孔道形成[14]。NLRP3能感受细胞内低钾状态，从而破坏胞膜完整性，半通道孔道形成使NLRP3激动剂迅速进入细胞，直接促进NLRP3活化[15]。NLRP3被激活后，通过核苷酸结合域(NACHT)间的同型相互作用被寡聚化，使聚集的热蛋白结构域(PYD)与接头蛋白(ASC)相互作用，从而诱导caspase-1聚集、活化，激活的caspase-1可分泌多种细胞因子，如IL-1β、IL-18等。IL-1β水平升高是2型糖尿病的危险因素，其可增加胰岛素抵抗，IL-1β间接引起的高血糖加速了胰岛β细胞破坏，导致胰岛素分泌失调[16]。

研究[16]指出，IL-β、ROS、TXNIP与2型糖尿病的发生有关。血糖升高可诱导TXNIP表达升高，后者可将与之结合的ROS分离，使其自身成为NLRP3激活剂。NLRP3活化后通过激活caspase-1，促进IL-1β成熟、释放，从而影响胰岛β细胞功能，促进胰岛β细胞死亡。

四、NLRP3与动脉粥样硬化

胆固醇结晶长期沉积于动脉血管是动脉粥样硬化的典型特征。研究表明，胆固醇结晶出现于动脉粥样硬化病变的早期阶段，与炎性细胞聚集同时出现，此为明确动脉粥样硬化的发病机制以及治疗提供了新靶点。与胰岛淀粉样多肽相似，胆固醇结晶可在脂蛋白致敏的小鼠和人类巨噬细胞中通过溶酶体损伤或破裂激活NLRP3，活化的NLRP3可通过产生IL-1β等细胞因子促进动脉粥样硬化形成[17]。低密度脂蛋白受体(LDLR)缺失可导致胆固醇结晶形成。Duewell等[17]将NLRP3-/-骨髓移植入LDLR-/-小鼠体内，并给予高胆固醇饮食，结果显示小鼠动脉粥样硬化形成受阻，提示NLRP3在动脉粥样硬化形成早期起关键作用。

Sandanger等[18]在小鼠心肌缺血/再灌注损伤实验中发现，结扎小鼠冠状动脉后，左心室NLRP3、IL-1β、IL-18表达明显增加。心肌缺血时，心肌成纤维细胞在ATP作用下可促进NLRP3形成。从NLRP3-/-小鼠分离的心脏，经灌注、广泛缺血/再灌注后，心脏功能提高，缺氧损伤降低。NLRP3在心肌梗死的心肌成纤维细胞中表达增加，可能是缺血、再灌注过程中影响梗死面积的因素。

NLRP3被胆固醇结晶激活后，通过巨噬细胞释放IL-1β并触发炎症，从而加重动脉粥样硬化，巨噬细胞亦能在病变部位死亡，成为凋亡细胞和碎片，形成坏死中心。坏死病变和变薄的纤维帽被认为是心脑血管疾病发病的前兆[19]，了解这两种形态特征的分子基础，有助于探索新手段预防或减少心血管疾病的发生。

五、NLRP3与IBD

IBD的发病机制尚未完全明确。目前认为肠道微生物与宿主免疫系统相互作用可启动自身免疫反应，从而导致IBD。NLR家族是IBD发病过程中的重要识别受体，NLRP3能特异性识别病原相关分子模式(PAMPs)和DAMPs，引起肠道自身免疫反应[20]。NLRP3作为NLR家族中最具特点的炎症小体，在肠道稳态中发挥重要作用。检测NLRP3水平有助于判断IBD疾病严重程度以及IBD相关结直肠癌的发生风险[21]。

多数研究认为NLRP3可维持肠道内环境稳态，对实验性结肠炎有保护作用，其功能缺陷可能导致对IBD易感。研究[22]表明， IBD易感基因NOD2是先天免疫系统的胞内受体，属于NLR超家族一员，其突变会增加克罗恩病(CD)的发病风险。Hirota等[3]分别以葡聚糖硫酸钠、2,4,6-三硝基苯磺酸构建结肠炎动物模型，评价NLRP3-/-小鼠和野生型小鼠肠道稳态，结果显示NLRP3-/-小鼠对于实验性结肠炎更易感，且IL-1β、IL-10、TGF-β表达减少，从NLRP3-/-小鼠分离出的巨噬细胞对细菌胞壁酰二肽无应答。此外，NLRP3-/-小鼠可改变防御素基因的表达，减少肠道抗菌物的分泌。然而，亦有研究[23]发现，NLRP3-/-小鼠对DSS诱导的结肠炎耐受，其机制可能与结肠分泌促炎细胞因子IL-1β、IL-18、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等减少有关。目前，关于NLRP3在IBD中的作用尚存在争议，有待后续进一步研究。

六、展望

NLRP3炎症小体作为固有免疫的重要组分，在机体免疫反应和自身免疫性疾病的发生、发展过程中具有重要作用。由于可被多种类型的病原体或危险信号激活，NLRP3在多种疾病的发病机制中均发挥关键作用，因此，作为炎症反应的核心，NLRP3有望为多种炎症性疾病的治疗提供新靶点，亦为未来相关疾病的研究提供了新方向。

参考文献

1 Elinav E, Henao-Mejia J, Flavell RA. Integrative inflammasome activity in the regulation of intestinal mucosal immune responses[J]. Mucosal Immunol, 2013, 6 (1): 4-13.

2 Wen H, Ting JP, O’Neill LA. A role for the NLRP3 inflammasome in metabolic diseases -- did Warburg miss inflammation?[J]. Nature Immunol, 2012, 13 (4): 352-357.

3 Hirota SA, Ng J, Lueng A, et al. NLRP3 inflammasome plays a key role in the regulation of intestinal homeostasis[J]. Inflammatory Bowel Dis, 2011, 17 (6): 1359-1372.

4 Roberts RL, Topless RK, Phipps-Green AJ, et al. Evidence of interaction of CARD8 rs2043211 with NALP3 rs35829419 in Crohn’s disease[J]. Genes Immun, 2010, 11 (4): 351-356.

5 Leemans JC, Kors L, Anders HJ, et al. Pattern recognition receptors and the inflammasome in kidney disease[J]. Nat Rev Nephrol, 2014, 10 (7): 398-414.

6 Vilaysane A, Chun J, Seamone ME, et al. The NLRP3 inflammasome promotes renal inflammation and contributes to CKD[J]. J Am Soc Nephrol, 2010, 21 (10): 1732-1744.

7 Akosua V, Justin C, Mark E, et al. The NLRP3 inflammasome promotes renal inflammation and contributes to CKD[J]. J Am Soc Nephrol, 2010, 21 (10): 1732-1744.

8 Shaw OM, Steiger S, Liu X, et al. Brief report: Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor drives monosodium urate monohydrate crystal-induced inflammatory macrophage differentiation and NLRP3 inflammasome up-regulation in aninvivomouse model[J]. Arthritis Rheumatol, 2014, 66 (9): 2423-2428.

9 Martin WJ, Shaw O, Liu X, et al. Monosodium urate monohydrate crystal-recruited noninflammatory monocytes differentiate into M1-like proinflammatory macrophages in a peritoneal murine model of gout[J]. Arthritis Rheum, 2011, 63 (5): 1322-1332.

10Martinon F, Pétrilli V, Mayor A, et al. Gout-associated uric acid crystals activate the NALP3 inflammasome[J]. Nature, 2006, 440 (7081): 237-241.

11党万太，周京国，谢文光，等. NLRP3炎性体在痛风性关节炎患者炎症反应中的机制研究[J]. 中国免疫学杂志, 2014, 30 (3): 373-377.

12Martinon F. Mechanisms of uric acid crystal-mediated autoinflammation[J]. Immunol Rev, 2010, 233 (1): 218-232.

13Wolfs MG, Hofker MH, Wijmenga C, et al. Type 2 diabetes mellitus: new genetic insights will lead to new therapeutics[J]. Curr Genomics, 2009, 10 (2): 110-118.

14Kahlenberg JM, Dubyak GR. Mechanisms of caspase-1 activation by P2X7 receptor-mediated K+ release[J]. Am J Physiol Cell Physiol, 2004, 286 (5): C1100-C1108.

15Kanneganti TD, Lamkanfi M, Kim YG, et al. Pannexin-1-mediated recognition of bacterial molecules activates the cryopyrin inflammasome independent of Toll-like receptor signaling[J]. Immunity, 2007, 26 (4): 433-443.

16Schroder K, Zhou R, Tschopp J. The NLRP3 inflammasome: a sensor for metabolic danger?[J]. Science, 2010, 327 (5963): 296-300.

17Duewell P, Kono H, Rayner KJ, et al. NLRP3 inflammasomes are required for atherogenesis and activated by cholesterol crystals[J]. Nature, 2010, 464 (7293): 1357-1361.

18Sandanger Ø, Ranheim T, Vinge LE, et al. The NLRP3 inflammasome is up-regulated in cardiac fibroblasts and mediates myocardial ischaemia-reperfusion injury[J]. Cardiovascular Res, 2013, 99 (1): 164-174.

19Hansson GK, Klareskog L. Pulling down the plug on atherosclerosis: cooling down the inflammasome[J]. Nat Med, 2011, 17 (7): 790-791.

20Zambetti LP, Laudisi F, Licandro G, et al. The rhapsody of NLRPs: master players of inflammation and a lot more[J]. Immunol Res, 2012, 53 (1-3): 78-90.

21Strowig T, Henao-Mejia J, Elinav E, et al. Inflammasomes in health and disease[J]. Nature, 2012, 481 (7381): 278-286.

22Xavier RJ, Podolsky DK. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease[J]. Nature, 2007, 448 (7152): 427-434.

23Bauer C, Duewell P, Mayer C, et al. Colitis induced in mice with dextran sulfate sodium (DSS) is mediated by the NLRP3 inflammasome[J]. Gut, 2010, 59 (9): 1192 -1199.

(2014-12-19收稿)

·病例分析与个案报道·

摘要炎症小体是一种蛋白质复合体，可调节半胱天冬酶-1(caspase-1)活化，促进细胞因子产生，从而在免疫防御中发挥重要作用。NLRP3炎症小体是NOD样受体(NLR)家族的重要成员，其主要在巨噬细胞和树突细胞中激活并表达。NLRP3可感知病原相关分子模式(PAMPs)和损伤相关分子模式(DAMPs)，启动先天性免疫应答，在自身免疫性疾病的发生、发展过程中发挥重要作用。本文就NLRP3在自身免疫性疾病中的研究进展作一综述。

关键词炎症体；NLRP3；半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1；自身免疫炎症性疾病；Crohn病

Advances in Study on NLRP3 in Autoimmune DiseasesZENGMengyou1,TONGQiaoyun1,2,3,ZHOUTingting1,2.1TheFirstCollegeofClinicalMedicalScience,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,HubeiProvince(443002);2DepartmentofGastroenterology,YichangCentralPeople’sHospital,Yichang,HubeiProvince;3theInstituteofDigestiveDisease,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang,HubeiProvince

Correspondence to: TONG Qiaoyun, Email: tongqy0904@163.com

AbstractInflammasome is a multi-protein complex which plays an important role in innate immune defense, and can adjust the activation of caspase-1 and promote the production of cytokines.NLRP3 is an important member of inflammasome Nod-like receptor (NLR) family, and its activation and expression occur mainly in macrophages and dendritic cells.NLRP3 can sense the pathogen associated molecular patterns (PAMPs) and damage associated molecular patterns (DAMPs) and initiate the inherent immune response, which plays an important role in the pathogenesis of autoimmune diseases. This article reviewed the advances in study on NLRP3 in autoimmune diseases.

Key wordsInflammasomes;NLRP3;Caspase 1;Autoimmune Disease;Crohn Disease

通信作者*本文，Email: tongqy0904@163.com

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2015.07.015