NLRP3炎症小体与眼科疾病的研究进展

杨延婷　赵越　吴丽洁　张霁　张丹　吴丹艳　马晓芃，

上海中医药大学（上海 201210）；上海市针灸经络研究所（上海 200030）

先天免疫系统中核苷酸结合寡聚化结构域NOD样受体（NLRs）可以通过寡聚体化形成一个多亚基的复合体——炎症小体，进而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（cas⁃pases 1），将酶原形式的caspase快速转化为活性蛋白酶，最终促进炎症因子白介素1β（IL⁃1β）和IL⁃18成熟和分泌，引起炎症反应甚至导致细胞凋亡［1］。近几年研究发现NL⁃RP3与眼科常见疾病有密切联系。本研究就NLRP3炎症小体的活化信号、激活通路及与眼科疾病相关的近期研究作一综述。

1　NLRP3炎症小体的激活和调控

NLRP3是最具有特征性的一类炎症小体，由胞质模式识别受体、蛋白酶caspase 1和一个促进两者相互结合的适应性分子ASC三部分构成。启动信号由核转录因子κB（NF⁃κB）上调NLRP3和IL⁃1β前体的表达，随后的激活信号由各种NLRP3⁃活化剂提供以促进炎性体复合物的形成［2］。

目前认为NLRP3炎症小体可能的激活机制有4种：（1）致病微生物细胞外的ATP激活表面受体P2X7，打开离子通道以介导细胞内K+外流，并且使半通道蛋白Pannexin⁃1在细胞膜上形成小孔，从而使胞外的配体进入细胞中而导致了NLRP3炎症小体的激活［3］；（2）溶酶体遭到破坏，进而诱导组织蛋白酶B等释放到胞浆中，通过直接或间接的方式激活NLRP3炎症小体［4］；（3）损伤的线粒体所释放的活性氧（reactive oxygen species，ROS）被认为是细胞应激反应的关键，而ROS可以作为共同的信号来激活NLRP3炎症小体［5］；（4）Ca2+依赖性信号触发了NLRP3炎症细胞的组装［6］。

3　NLRP3炎症小体与眼科疾病

3.1NLRP3与黄斑变性年龄相关性黄斑变性（age⁃related macular degeneration，AMD）是中老年人常见的致盲性眼病，早期视力丧失不明显，仅以玻璃疣数量和大小作为疾病进展的标志，晚期以视网膜色素上皮的萎缩、光感受器变性为特点。该病发病与衰老、营养失衡和遗传等多种因素参与发病有关，并且氧化应激和炎症在其发病中发挥作用［7］。

视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）细胞对维持视细胞功能具有重要意义，并且与黄斑变性的发生密切相关。在两种类型AMD的进展期中均可发现RPE细胞中NLRP3的上调。对RPE细胞中NLRP3的激活物的研究发现：RPE细胞内溶酶体不稳定会引发NLRP3炎症小体的激活，进而导致AMD病理中前炎性细胞因子IL⁃1β的释放［8］。此外，RPE细胞功能发生障碍，或代谢产物排出障碍使RPE细胞发生肿胀、空泡变性等改变时，变性的RPE细胞会成为局部的炎性刺激，不但能激活NLRP3炎症小体，还可分泌某些细胞因子并启动新生血管生长的过程［9］。

视网膜可以通过调控补体激活的程度来形成内稳态环境，当慢性持续病理刺激导致补体系统处于超负荷工作状态时，会导致大量激活的补体因子形成膜攻击复合物（membrane attack complex，MAC）［10］。插入细胞膜的MAC通过破坏局部磷脂双层结构形成穿膜的亲水性孔道，最终导致细胞崩解。其作为年龄相关性黄斑变性发病的关键因素之一，也是NLRP3炎症小体潜在激活体［11］。研究发现抑制RPE和脉络膜中MAC的形成和继发的NLRP3炎症小体的激活可以减少外层视网膜中与IL⁃18和IL⁃1β有关的慢性炎症［12］。在病理情况下IL⁃18可以阻止视网膜、脉络膜和角膜新血管生成，这一过程与巨噬细胞中的NLRP3炎症小体渗透至Bruch′s膜并分泌大量IL⁃18，从而在各种血管床发挥抑制血管生成的作用有关［13］。血管内皮生长因子A（VEGF⁃A）增加会导致氧化损伤和NLRP3炎症小体及下游的IL⁃1β的更高表达，从而引起新生血管和非渗出性AMD样病理改变［14-16］。临床研究中发现AMD患者的玻璃体内和血清中NLRP3炎症小体激活并释放IL⁃1β和IL⁃18增加［15］。利用可以抑制核转录因子NF⁃κB活性的药物长春西汀来阻断视网膜色素上皮细胞NLRP3的启动，结果提示NF⁃κB抑制剂可能是改善AMD的发展过程中慢性炎性环境的一个有效方法［16］。

3.2NLRP3与急性青光眼急性青光眼以眼压突然大幅上升和随后的视网膜神经节细胞（retinal ganglion cell，RGC）死亡为特征，并被公认是永久性的视力丧失和导致不可逆失明的重要原因之一［17］。对导致眼压迅速升高的原因和RGC死亡具体机制的研究越来越受到重视。研究发现RGC死亡的信号通路，与toll样受体4（TLR4）和NLRP3介导的IL⁃1β有密切的联系。

通过小鼠的高眼压模型发现急性青光眼眼压升高会触发TLR4的表达增加，继而启动caspase⁃8和NLRP3的表达并促进IL⁃1β的激活、释放。抑制TLR4或caspase⁃8的信号会明显减少IL⁃1β的产生并减轻视网膜的缺血性损伤［18］。针对RGC死亡的研究发现，NLRP3在视神经压迫损伤后的视网膜小神经胶质细胞中上调，从损伤部位到视神经头，可在一天发展到整个视网膜［19］。通过下调NLRP3的表达进而抑caspase⁃8的激活，可以明显使RGC死亡数目变少，同时揭示了caspase⁃8在TLR4介导的炎症小体激活及caspase⁃1依赖的NLRP3炎症小体信号转导途径在介异急性青光眼中的关键作用［18］。以往的研究表明NLRP3可以通过促进人高迁移率族蛋白B1的释放参与缺血再灌注损伤［20］。急性青光眼形成和发展中存在一个新颖的信号通路，即高迁移率族蛋白B1对急性升高的眼内压做出反应，激活典型的NLRP3和非典型的caspase⁃8炎症小体，继而释放IL⁃1β［21］。这些结果有助于对急性青光眼发病过程中固有免疫的作用提供新的思路，同时也为急性青光眼视力保护提供了一个在潜在的治疗策略。

3.3NLRP3与干眼症干眼症是指任何原因造成的泪液质或量异常或动力学异常，导致泪膜稳定性下降，并伴有眼部不适和（或）眼表组织病变特征的多种疾病的总称［22］。角结膜作为眼部面对不同感染源的第一道防线，面临着各种环境问题。如暴露于低湿度、高风速环境，或长时间注视视频显示终端，可能会增加泪液蒸发，减少泪液体积。对干燥环境的应激反应、泪液渗透压升高、多原因引起的泪腺释放促炎症反应细胞因子、瞬目异常等均可引起眼表炎症反应。在干眼症的临床和动物实验研究中，干燥应激引起的IL⁃1β成熟和释放是致病的关键［23］。干眼症发生、发展的一些危险因素，如年龄、干燥环境和佩戴角膜接触镜等因素均有可能引起NLRP3炎症小体的表达，在干眼症中NLRP3在不同环境中如低湿度及渗透压改变等情况下被激活的机制仍有待阐明。

干眼症患者及干眼小鼠模型在氧化应激及活性氧刺激下会引发NLRP3炎症小体激活［24-25］。研究发现潜在NLRP3激活信号通路，即环境应激会通过活性氧诱导的氧化损伤和BRCC36去泛素酶激活NLRP3炎症小体并引起炎症［26］。环境应激与上皮细胞在先天免疫反应中的直接联系在很大程度上是未知的，探索NLRP3炎症小体与干眼症的关系能使疾病过程中的相关因素更加明确，并且可以提高靶向治疗的发展。所以进一步研究应该关注干眼炎症NLRP3相关信号通路的调控机制及 caspase⁃1、IL⁃1β和IL⁃18在干眼症发病中的具体作用，探究抑制炎症小体形成是否可以作为一个治疗干眼症的可行目标。

3.4NLRP3与其他疾病NLRP3基因敲除小鼠比野生型小鼠基质角膜炎出现时间更早并且更严重，血管生成分数也相对较高。角膜伴有更高水平的趋化因子和细胞因子如IL⁃1β、IL⁃18，中性粒细胞水平也随之增高［27］。提示NLRP3炎症小体对疱疹性角膜基质炎的发病具有调控作用。此外有研究显示在金黄色葡萄球菌感染的结膜上皮细胞中也存在激活的炎症小体［28］。在高血压和高脂饮食诱导视网膜氧化和炎症反应中，NLRP3炎症小体的活化剂硫氧还蛋白相互作用蛋白表达显著升高，并认为它是高脂饮食诱导的NLRP3的激活和内皮细胞释放IL⁃1β所必须的物质［29］。

4　小结

NLRP3炎症小体在调节先天和适应性免疫反应中起着至关重要的作用。许多有价值的研究已经证实它在炎症相关疾病发生和发展中的重要性。眼科炎症性病变给患者带来极大的痛苦，例如各种角膜炎、虹膜睫状体炎、眼睑炎等等，而NLRP3炎症小体是危险信号诱导眼科炎症性疾病发生发展的中心环节。眼表由于特殊的屏障结构，内外危险信号及病原体可以激活NLRP3炎症小体，促进IL⁃1β和IL⁃18成熟分泌，进而加速疾病进展。因此，进一步研究NLRP3在眼病中的生物学特性及调节机制，应用相关生物制剂或生物学方法阻断NLRP3激动信号通路可发挥对疾病的治疗作用，对开辟眼病治疗的分子生物学途径具有重要的意义。

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