炎症小体NOD样受体蛋白3与肾脏疾病的研究进展

玄红运 王彩丽

【摘要】炎症小体是细胞质中的一种复杂的蛋白，被认为是各种自身免疫疾病的调节因子。它可以诱导细胞活化、细胞因子及炎症介质释放，引起炎症反应，对固有免疫系统免疫功能的发挥具有重要的作用。近年研究表明，无论是在慢性肾脏病还是急性肾脏病的发病过程中，炎症小体NOD样受体蛋白3（NLRP3）均发挥重要作用。该文综述了炎症小体NLRP3与肾脏疾病作用的研究进展，给以NLRP3为靶点治疗各种肾脏疾病带来新的治疗思路。

【关键词】炎症小体；NOD样受体蛋白3；肾脏疾病

Research progress in NLRP3 inflammasome and kidney diseasesXuan Hongyun， Wang Caili The First Affiliated Hospital of Baotou Medical College，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China

Corresponding author， Wang Caili， Email：wangcaili213@163com

【Abstract】Inflammasome is a complex protein in the cytoplasm， which is considered as a regulator of various autoimmune diseases It can induce cell activation， the release of cytokines and inflammatory mediators and cause inflammatory response， which plays a pivotal role in the innate immune system Recent research demonstrates that Nodlike receptor protein 3 （NLRP3） inflammasome plays a vital role in the pathogenesis of chronic and acute kidney diseases In this article， research progress in NLRP3 inflammasome and kidney diseases was reviewed， providing novel therapeutic idea for the treatment of various kidney diseases using NLRP3 as a target

【Key words】Inflammasome； Nodlike receptor protein 3； Kidney disease

固有免疫作為宿主抵抗病原微生物入侵的第一道防线，在抗感染免疫中发挥极为重要的作用。它可以通过胞膜和胞浆的模式识别受体（PRR）识别各种感染性及非感染性的刺激，包括病原相关分子模式（PAMP）和危险相关分子模式（DAMP），进而激活下游信号通路，启动机体的免疫反应。目前已发现4类PRR，分别为Toll样受体（TLR）、核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体（NLR）、视黄酸诱导基因1样受体、C型凝集素样受体。目前研究发现，NLR是一种细胞内PRR，是细胞内一种感应分子，大多数炎症小体均含有NLR结构，如NLR蛋白1（NLRP1）、NLRP2、NLRP3、NLRP6、NLRP12、NLRC4，当细胞受到刺激并且NLR识别受体后可以形成炎症小体。

一、炎症小体NLRP3的结构

NLRP3由3种结构域构成，中间部分是核苷酸结合寡聚化区域（NACHT），主要在激活过程中介导自身寡聚化，C端是富含亮氨酸结构域（LRR），介导自身调控和识别PAMP或DAMP，N端是效应结构域，其中NLRP含有热蛋白结构域（PYD），而NLRC4含有半胱天冬酶补充结构域结构域（CARD），主要介导蛋白之间的相互作用[1]。NLRP3炎症小体是最具代表性的。NLRP3炎症小体是一组多蛋白组成的分子，由NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和半胱天冬酶前体1（proCaspase1）组成的多蛋白复合体。当受到刺激后，NLRP3 N末端PYD结构域与ASC的PYD结构域相互作用，从而促进proCaspase1的募集和活化，使无活性的proCaspase1转变成有活性的Caspase1，Caspase1一旦激活可在细胞质中切割促炎细胞因子ProIL1β和ProIL18使其成熟并释放到胞外[2]。

二、炎症小体NLRP3的活化与调控

炎症小体能感受胞质内多种微生物产物和代谢性应激。NLRP3炎症小体通过识别PAMP（细菌、病毒、细菌核酸残基、脂多糖等）和DAMP（ATP、活性氧、尿酸盐结晶、高糖、双糖链蛋白聚糖等）等受体，经过一系列信号通路激活。炎症小体的活化需要启动和激活2种信号来产生。第1种信号为启动信号，在启动过程中来自细胞膜上的TLR、TNF或IL1R识别PAMP、DAMP等刺激信号，通过TLR2/MyD88/NFκB通路诱导proIL1β、proIL18的转录和翻译[23]。第2种信号为激活信号，起到NLRP3炎症小体的组装及炎症因子成熟的作用。目前研究发现，NLRP3炎症小体通过P2X7R通道钾流出、活性氧簇和溶酶体破坏模式激活。通过启动和激活信号通路，使游离的NLRP3变成具有生物学活性的物质，进而发挥其生物学活性。另有研究显示，NLRP3炎症小体激活与线粒体功能障碍以及钙离子通道、内质网的应激有关[4]。此外，肾脏中的NLRP3还可通过非经典途径，如通过转化生长因子β（TGFβ）信号传导，上皮间质转化和纤维化发挥作用[5]。

炎症小体NLRP3存在严密调控，如微小RNA 223通过与NLRP3 mRNA的3非翻译区结合而发挥对NLRP3基因表达的控制，从而将其靶向降解。Ⅰ型IFN可以通过2种不同的方式抑制NLRP3炎症小体，其中一种影响启动，而另一种影响激活[2]。Yang等[6]报道，孤儿核受体小异二聚体伴侣通过与NLRP3竞争结合ASC，从而负调节NLRP3炎症小体。

三、肾脏炎症小体NLRP3相关基因的表达

肾脏炎症反应是对感染性或非感染性激活物产生的免疫应答。先前研究表明，炎症小体相关分子mRNA可以在人类及小鼠肾脏中表达。有研究显示，肾小球足细胞可以表达NLRP3、ASC、Caspase1[7]。也有研究显示，肾小管上皮细胞可以表达NLRP3和炎症小体成分ASC和Caspase1[5]。Lichtnekert等[8]观察到肾组织中的树突状细胞等免疫细胞可以表达NLRP3所有成分，单独的肾小球细胞不能活化Caspase1和分泌成熟的IL1β，表明肾脏中非免疫细胞不能诱导炎症信号，而免疫细胞是可以诱导的。目前的研究对于肾脏中具体哪种细胞表达功能性炎症小体尚不清楚，仍需要进一步的研究证实。

四、炎症小体NLRP3与肾脏疾病

1炎症小体NLRP3与慢性肾脏病（CKD）

炎症反应促进了CKD的发展，通过激活NLRP3ASCCaspase1轴诱导和分泌炎症细胞因子，如IL1β和IL18等，这些因子在CKD发生、发展中起重要作用。无论是在肾小球细胞、肾小管细胞和肾间质中，还是在浸润的炎症细胞中，NLRP3均参与了肾脏病的发生和发展。在SLE模型小鼠的足细胞中可观察到NLRP3炎症小体被激活，肾组织损害和足细胞足突破坏，同时出现了蛋白尿[9]。在糖尿病肾病小鼠肾小球内皮细胞和足细胞中可见NLRP3、Caspase1明显表达，当敲除小鼠NLRP3或Caspase1时，小鼠尿蛋白量明显减少[10]。NLRP3敲除的小鼠明显减轻了高同型半胱氨酸诱导的足细胞损伤和延缓肾小球硬化症的发展[7]。炎症小体NLRP3还参与了肾间质损伤，Ikeda等[11]在白蛋白负荷诱导的肾小管间质损伤小鼠中发现NLRP3、ASC、Caspase1表达增加，成熟IL1β的分泌增多，肾小管间质损伤加重。通过单侧输尿管梗阻（UUO）诱导肾小管间质炎症模型中，NLRP3敲除小鼠相比野生型小鼠肾小管损伤和间质纤维化明显减少[12]。在白蛋白负荷诱导的小鼠肾小管损伤模型中观察到NLRP3、Caspase1、炎症细胞因子级联激活，细胞凋亡和细胞表型转变，同时出现了严重的管状结构损伤和肾小管细胞凋亡[13]。这说明了NLRP3也参与了肾小管损伤。高尿酸血症是心血管和肾脏疾病的重要危险因素，在体外用尿酸刺激人近端肾小管上皮细胞时，显著增加了NLRP3的表达和IL1β的活化[14]。同样在体外高糖刺激人肾小球系膜细胞时，NLRP3、Caspase1、IL1β的表达呈时间依赖性增加[15]。

除了在动物实验和体外研究，NLRP3炎症小体在人肾脏病发生、发展中也起重要作用。包括IgA肾病、狼疮肾炎、微小病变、高血压肾损害和继发性局灶节段性肾小球硬化症的人类肾脏组织中，均可检测到NLRP3 mRNA的表达较正常组织明显增加，并且与肾功能呈正相关，表明NLRP3可能参与CKD发病机制[12]。在狼疮肾炎患者肾小球足细胞中检测到了NLRP3的表达，同时尿蛋白也增加，表明NLRP3的激活与足细胞损伤和蛋白尿的形成有关[9]。在系膜增生性肾小球肾炎患者肾小管上皮细胞中发现NLRP3、Caspase1、IL1β和IL18的表达分泌明显增多，肾小管上皮细胞变性，管腔萎缩，炎性细胞浸润。并且肾间质内炎性细胞也表达上述因子[16]。Granata等[17]在接受血液透析的CKD患者外周血单核细胞中检测到NLRP3炎症小体组分和促炎细胞因子的基因表达增加，Caspase1、成熟IL1β和IL18的蛋白表达水平均高于健康对照组，这说明了NLPR3ASCCaspase1軸参与了肾脏病的发生与发展。

Lichtnekert等[8]研究显示，在抗肾小球基底膜新月体肾炎模型中，内源性肾小球细胞不能通过NLPR3ASCCaspase1轴诱导肾小球肾炎，而存在于肾小管间质的肾树突状细胞能够激活NLRP3Caspase1轴分泌成熟的IL1β。表明该过程独立于NLRP3炎症小体，也不依赖ASC介导的Caspase1激活。另一项研究显示，在肾毒性血清肾炎模型中，敲除小鼠NLRP3和ASC基因，肾小球损伤和相关的炎症反应比野生型减弱。在ASC敲除小鼠中观察到活性IL1β的分泌减少，而在NLRP3敲除小鼠中没有观察到改变，表明NLRP3在自体肾毒性血清肾炎中的非典型促炎作用。这可能与肾小球肾炎期间以NLRP3介导的方式释放肾小球炎症蛋白高迁移率族蛋白1（HMGB1）相关[18]。因此，NLRP3对肾脏疾病作用的复杂性。

2炎症小体NLRP3与急性肾损伤（AKI）

在AKI中，NLRP3炎症小体的作用也不尽相同。在缺血再灌注肾损伤（IRI）小鼠中，肾小管上皮细胞NLRP3表达明显增加，肾小管上皮细胞出现坏死，刷状缘脱落，管状扩张，肌酐、尿素氮和尿蛋白排泄增加，说明肾上皮细胞中的NLRP3炎症小体在IRI诱导的肾损伤中起关键作用[19]。NLRP3炎症小体也参与了造影剂及横纹肌溶解引起的AKI，沉默NLRP3后改善了肾小管上皮细胞变性、凋亡及炎细胞的浸润[2021]。Cao等[22]研究显示，在脓毒症诱导的AKI模型中，肾脏组织中NLRP3、ASC和Caspase1的表达增加，中性粒细胞浸润明显增高，同时出现了血清肌酐升高，NLRP3的敲除逆转了嗜中性粒细胞的浸润和肌酐增高。在人类急性肾病如新月体肾小球肾炎和急性肾小管坏死肾组织中也检测到NLRP3的明显表达[12]。

然而在Iyer等[23]建立的IRI模型中，NLRP3敲除小鼠的Caspase1活性降低，IL18和IL1β减少，而ASC缺陷的小鼠对AKI无明显的影响，可能有NLRP3炎症小体不依赖于ASC及Caspase1的其他作用。Kim等[24]的研究证明NLRP3敲除的小鼠可以抵抗IRI引起的AKI，而在NLRP3敲除后顺铂诱导的小鼠AKI中Caspase1活性并未出现降低，反而出现Caspase1活性增加，并且肾小管坏死、肾小管细胞凋亡、血尿素氮和血清肌酐均无下降，表明NLRP3可能对顺铂诱导的AKI影响较小，而NLRP1、ASC在顺铂诱导的AKI中增加，可能NLRP1在顺铂诱导的AKI中起作用。可见NLRP3在AKI中表现出不同的作用。

3線粒体及炎症小体NLRP3与肾脏疾病

越来越多的研究表明，线粒体功能障碍与炎症小体NLRP3有关。研究显示，线粒体衍生的活性氧簇是NLRP3活化所需的，同时线粒体自噬又可以抑制NLRP3炎症小体的活化[4，2526]。在白蛋白诱导肾小管损伤模型及IRI中均可观察到线粒体功能障碍，大量活性氧簇产生激活NLRP3炎症小体，同时出现了严重的管状结构损伤和肾小管细胞凋亡，表明线粒体功能障碍NLRP3炎症轴在肾小管损伤发病机制中具有潜在作用[13，19]。另有研究显示，高尿酸刺激可以引起线粒体产生过量活性氧簇，进而触发NLRP3炎症小体激活，引起肾小管炎症，细胞浸润和肾间质纤维化[27]。Granata等[17]也报道，在接受血液透析的CKD患者中，线粒体活性氧簇水平高于健康对照组，同时在CKD患者外周血单核细胞中发现NLRP3定位于线粒体共定位。也有研究显示硫氧还蛋白互作蛋白（TXNIP）结合NLRP3是高半胱氨酸血症诱导的NLRP3炎症小体形成和激活以及随后的肾小球损伤所必需的关键信号机制。TXNIPNLRP3相互作用介导IRI过程中ROS诱导的NLRP3炎症小体激活，TXNIP siRNA显著抑制NLRP3炎症小体活化[19]。尿酸刺激产生的过量ROS影响TXNIP活性并促使TXNIP与NLRP3结合，进一步触发NLRP3炎症小体，通过NLRP3ASCCaspase1轴释放炎症因子并引发肾脏炎症反应[2729]。可见NLRP3炎症小体活化及作用的复杂性，确切的过程仍然不清楚，需要进一步研究探明。

五、小结

炎症小体NLRP3参与了肾脏炎症反应，同时NLRP3的非经典作用可能对肾脏损伤有重要影响，NLRP3在肾脏疾病的病理生理中扮演了极其重要的角色。尽管关于NLRP3的研究已经取得了很大进展，但是仍有许多问题亟待解决，如炎症小体与其他信号通路之间的相互关系，以及其在炎性反应疾病中的具体作用机制等。目前关于肾脏疾病中炎症小体的研究仍然有限，NLRP3在肾脏病领域中的研究仍有很大的空间。

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