NLRP3炎症小体在抑郁症中作用的研究进展

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(南华大学医学院生理学教研室，湖南 衡阳 421001)

抑郁症主要表现为认知功能的改变，较大的情绪波动，饮食和睡眠的异常等症状，属于严重的精神疾病。随着现代人的生活节奏越来越快，来自各方精神障碍的压力不断地增加，使越来越多的人患有不同程度的抑郁样行为，甚至抑郁症。世界卫生组织预测在2030年抑郁症可能成为世界第二大负担的疾病。尽管这种疾病具有严重的社会危害，但是抑郁症发生和发展的机制尚未阐明。大量证据表明，心理和身体应激可以激活免疫和炎症过程，并增加促炎细胞因子水平，导致神经元结构和功能的改变以及抑郁症的发生。在应激和抑郁症免疫炎症反应过程中，核苷酸寡聚结合域样受体蛋白3(Oligonucleotide binding domain-like receptor pyrin containing 3,NLRP3)炎症小体是应激和抑郁症之间的桥梁，其功能失调会导致炎症的产生，介导抑郁症的发生发展[1]。因此，更多了解NLRP3炎症小体与抑郁症关系，可为未来如何治疗抑郁症提供新的思路。

1　NLRP3炎症小体生物学特性

NLRP3炎症小体是由胞内固有免疫受体，由半胱天冬氨酸前体-1和凋亡相关斑点样蛋白(Apoptosisassociated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)组成的蛋白质复合体。NLRP3炎症小体位于巨噬细胞和小胶质细胞中，负责识别广泛的危险信号，被激活的NLRP3炎症小体能活化半胱天冬氨酸-1，并剪切成白介素-1β(Interleukin -1β,IL-1β)和白介素-18(Interleukin -18,IL-18)等促炎细胞因子介导炎症过程。NLRP3炎症小体结构上由三个结构域组成：C-末端富含荧光素的重复序列，中心定位的核苷酸结合寡聚化和N-末端结构域。当巨噬细胞或小胶质细胞遇到危险信号刺激时，含有半胱天冬酶募集区、ASC及NLRP3炎性体形成复合物。这种复合物使半胱天冬酶-1激活，从而产生成熟的IL-1β和IL-18，介导炎症反应[2]。

2　NLPR3炎症小体的激活

研究表明活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、线粒体功能障碍、K+、病原体及分泌的毒素、草酸钙等特异性结晶和颗粒物、高血糖高血脂等因素均可激活NLRP3炎症小体。

2.1ROS与NLPR3炎症小体激活ROS长期以来被认为是激活NLRP3炎症小体中的主要因素。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NAPDH)氧化酶产生的ROS是NLRP3炎症小体激活的常见信号分子。然而，研究发现缺乏NAPDH氧化酶活性的人外周血单核细胞和小鼠巨噬细胞中NLRP3炎症小体仍然可正常活化。

2.2线粒体功能障碍与NLPR3炎症小体激活通过ROS化学抑制剂发现了线粒体功能障碍在NLRP3炎症小体激活中的作用，线粒体功能的失调促进了NLRP3炎症小体的激活。但是化学抑制剂易于造成假象，特别是在高浓度下，有研究表明，高浓度的ROS抑制剂也会影响NLRP3炎症小体的激活。此外，已经释放到细胞质中的线粒体DNA可与NLRP3炎症小体发生相互作用并激活NLRP3炎症小体。但是也有研究认为线粒体DNA的释放可能发生在NLRP3炎症小体激活的下游[3]。总之，线粒体在NLRP3炎症小体激活中的确切作用不明确。

2.3K+与NLPR3炎症小体激活细胞内K+外排是NLRP3炎症小体激活的一个重要特征。研究表明，K+通道的开放剂如黑曲霉可诱发脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激的小鼠巨噬细胞中NLRP3炎症小体的激活及IL-1β的成熟。高浓度的细胞外K+可阻断NLRP3炎症小体的激活。几乎所有NLRP3炎症小体激活的刺激物，包括ROS、ATP、病原体、毒素、特异性结晶和颗粒物等均可降低细胞内K+的浓度，而激活NLRP3炎症小体。因此，细胞内K+浓度的降低是NLRP3炎症小体激活的常见触发因素。此外，在非经典炎症小体途径中NLRP3的激活也需要K+外排[4]。但是细胞内K+浓度和NLRP3激活之间的机制仍然了解很少。K+流出被认为是在NLRP3炎症小体激活的结果，但也有研究认为K+流出先于NLRP3炎症小体激活[4]。

2.4颗粒物质与NLPR3炎症小体激活NLRP3炎症小体可被颗粒物质的内吞而激活，破坏溶酶体膜，使木瓜蛋白酶家族的溶酶体半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶B释放到细胞质中。研究表明，NLRP3炎症小体的激活可被组织蛋白酶B的化学抑制剂CA-074-Me抑制。此外CA-074-Me可以抑制多种组织蛋白酶促进NLRP3炎症小体启动和激活。颗粒物质除了释放组织蛋白酶到细胞质而激活NLRP3炎症小体外，颗粒物质也可触发细胞K+外排，而激活NLRP3炎症小体[5]。研究发现溶酶体抑制剂Leu-Leu-O-甲酯处理巨噬细胞，在NLRP3炎症小体激活之前可诱导出快速的K+流出[4]。颗粒物引起的溶酶体破裂与K+流出导致NLRP3炎症小体激活的相关机制仍有待进一步的研究。

3　参与调节NLPR3炎症小体激活的信号分子

目前研究发现参与NLRP3炎性小体激活调节的信号分子主要包括双链RNA依赖性蛋白激酶(double-stranded RNA-dependent protein kinase,PKR)、鸟苷酸结合蛋白5(guanylate-binding protein 5,GBP5)和NIMA相关激酶7(Never-in-mitosis A-related kinase 7,Nek7)等。PKR的缺失或抑制导致巨噬细胞对IL-1β和IL-18等刺激引起的NLRP3炎症小体的激活明显减少。GBP5在NLRP3炎症小体激活中的作用目前是有争议的。GBP5被证明参与了由ATP、尼日利亚菌素和细菌而不是颗粒物质所诱导的NLRP3炎症小体的激活。但也有研究发现在GBP5缺陷的小鼠巨噬细胞中NLRP3炎症小体可以正常活化。Nek7与PKR和GBP5不同，其在激活NLRP3炎症小体内的关键作用已经在不同的研究中得到证明。Nek7属于调控有丝分裂进展和DNA损伤反应的NIMA相关激酶家族。NLRP3炎症小体所有刺激物都依赖Nek7，如ATP、尼日利亚菌素、微晶尿酸钠晶体和明矾等[6]。Nek7可控制NLRP3炎症小体激活和ASC斑点的形成导致细胞内钾的流出[7]。Nek7被证明是NLRP3炎症小体激活中的关键环节，Nek7的缺乏使IL-1β的分泌与免疫细胞的募集减少[6]。Nek7是如何调节NLRP3炎症小体的激活的详细机制还不明确。Nek7与NLRP3炎症小体之间的相互作用可被细胞外高浓度的K+所逆转，表明通过诱导K+外排可能是Nek7参与NLRP3炎症小体激活的可能途径。

4　NLRRP3炎症小体与抑郁症

4.1NLRP3炎症小体与抑郁症的关系研究显示在LPS诱导的抑郁样行为小鼠模型中，LPS 处理24 h后，小鼠全脑中NLRP3炎症小体、ASC和caspase-1以及IL-1βmRNA蛋白水平显著增加，而特异性半胱天冬酶-1抑制剂Ac-YVAD-CMK的可以抑制LPS诱导的NLRP3-炎症小体的激活和抑郁样行为，这表明NLRP3-炎症小体和半胱天冬酶-1，参与了LPS诱导的抑郁症模型[8]。其他研究小组研究了NLRP3参与不同慢性应激方案诱导的抑郁行为的模型。这些模型诱导抑郁样行为通过强制游泳、悬尾试验和蔗糖偏好测试评估。同样发现多种抑郁症模型中NLRP3炎症小体被激活和IL-1β的大量产生。ATP敏感性钾通道开放剂iptakalim可改善慢性不可预测应激诱导的小鼠抑郁样行为和NLRP3炎症小体的激活。而特异性的炎性小体抑制剂VX-765可抑制慢性不可预测温和应激诱导的小鼠海马中的NLRP3炎症小体的激活，改善小鼠的抑郁样行为[9]。给大鼠12周的慢性不可预测的轻度应激后，在大鼠前额叶皮质中发现NLRP3炎症小体的激活和IL-1β水平的升高。然而，由于观察到NLRP3的免疫反应性的非特异性位点，因此不能排除其它细胞群体中该蛋白质复合物的表达。在NLRP3敲除小鼠中未观察到IL-1β水平的增加、小胶质细胞活化或海马神经发生减少等变化[10]。除慢性应激模型外，在卵巢切除术和雌激素缺乏诱导的抑郁症模型中，发现在卵巢切除的雌性小鼠的海马中IL-1β、IL-18和caspase-1水平及NLRP3的表达明显升高。而炎性小体抑制剂VX-765逆转了IL-1β和IL-18在海马水平的升高，改善了这些抑郁症模型的抑郁样行为[11]。

4.2NLRP3炎症小体激活标志物IL-1β与抑郁症的关系由于IL-1β是NLRP3炎症小体的重要底物，其水平也可反映了NLRP3炎症小体的激活程度。研究显示IL-1β在外周免疫与中枢神经的交互关系中扮演着重要的角色，参与了神经免疫的调节、情绪和认知相关的功能调节以及抑郁症的发生发展。IL-1β可激活HPA轴并诱导大鼠抑郁样行为，IL-1β代表心理应激的促炎反应的初始步骤，其过度产生导致包括抑郁症在内的应激相关疾病中的细胞损伤[9]。研究表明，IL-1β可改变与情绪调节相关的行为和神经递质的传导过程。儿童期虐待等压力因素的受试者中IL-1β的水平升高，脑组织和血清中IL-1β水平的升高与抑郁样行为的发生密切相关[12]。研究发现IL-1β基因中不同单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms,SNPs)与抑郁症患病率或治疗反应之间存在相关性。IL-1β基因存在C511T的多态性，该SNP在患者和对照之间的基因型或等位基因分布中没有差异，但C511T等位基因纯合子的个体表现出抑郁症程度的增加，且对氟西汀和帕罗西汀治疗的反应较差，老年抑郁症发病年龄较轻[13]。位于IL-1β基因调节区的另外多态位点，如SNPsrs16944和rs114643的G/G基因型对抗抑郁药的反应较差，并且情绪刺激减少了杏仁体和前皮层的活化。在中国人群中，rs16944 SNP与儿童期虐待相关的A/A基因型与抑郁症患者对抗抑郁药物反应差相关[14]。

4.3NLRP3炎症小体为靶点治疗抑郁症的现状最近几项临床相关研究表明抗抑郁药物可以有效的调控NLRP3炎症小体的激活，从而改善了抑郁症的症状。阿米替林是一种三环类抗抑郁药，已被证明能够抑制抑郁症患者血清中IL-1β和IL-18的水平，也能抑制NLRP3炎症小体的激活。格列本脲是一种抗糖尿病药物，在应激诱导的抑郁症动物模型中能够抑制caspase-1的激活和IL-1β的分泌，也可以有效的抑制NLRP3炎症小体的形成。经典抗抑郁药物氟西汀可抑制12周的慢性不可预测的轻度应激诱导的大鼠抑郁样行为，其机制与抑制NLRP3炎症小体的激活有关。氟西汀也可以抑制在慢性温和应激处理的小鼠海马中和外周巨噬细胞中NLRP3炎症小体的形成。氟西汀可减少体外原代培养的巨噬细胞和小胶质细胞ATP诱导的ROS的产生、RNA依赖性蛋白激酶(Double-stranded RNA-dependent protein kinase,PKR)的磷酸化，而抑制PKR与NLRP3炎症小体之间的联系，抑制NLRP3炎症小体的激活[15]。

除了经典的抗抑郁药之外，许多具有抗炎作用的天然化合物也可有效的改善抑郁样行为。另外，L-menthone和百里酚可升高慢性应激小鼠处理的小鼠海马中的5-羟色胺和去甲肾上腺素水平，降低IL-1β的水平，抑制小鼠海马中NLRP3炎症小体的激活[16]。芹菜素，一种天然黄酮类化合物，通过PPAR-γ受体抑制由慢性不可预测的轻度应激引起的大鼠前额叶皮质NLRP3炎症小体的激活和IL-1β水平的增加[17]。非环形单萜香叶醇通过NF-κB信号途径降低NLRP3炎症小体相关蛋白及其下游靶基因IL-1β的表达发挥抗抑郁和抗炎作用[18]。丁胺是一种具有抗抑郁作用的多胺，可显著下调亚慢性应激处理的大鼠的海马和前额叶皮层中NLRP3炎症小体成分的表达，包括caspase-1、IL-1β和IL-18[19]。所以NLRP3炎症小体有可能成为未来改善抑郁症的新靶点。

5　结　　语

ROS、K+和特异性结晶和颗粒物等可以激活NLRP3炎性小体，PKR、GBP5和Nek7等信号分子可调节NLRP3炎症小体的激活。NLRP3炎症小体参与了抑郁症的发生发展过程，NLRP3炎症小体有可能成为未来改善抑郁症的新靶点，但是尚不清楚NLRP3炎症小体的激活是如何参与抑郁症的发生，所以未来需要对NLRP3炎症小体在抑郁症中的作用有更深入的了解。