痛风炎症发作与消散调控机制研究进展

陈丁鹏，李华南，甘斌，章晓云，陈玉年，顾兵

(1.江西中医药大学临床医学院，南昌 330004； 2.江西中医药大学附属医院骨伤三科，南昌 330006；3.江西科技师范大学生命科学院，南昌 330013)

痛风系嘌呤代谢紊乱和(或)尿酸排出减少，血尿酸增高，导致单钠尿酸盐(monosodium urate，MSU)结晶沉积在关节或软组织而引发的自限性炎症性疾病，临床常表现为四肢关节反复红、肿、热、痛和严重关节畸形，甚至伴有痛风性肾病等并发症[1]。根据痛风病理变化，其可分为高尿酸血症期、急性期、间歇期及慢性期。经高尿酸血症期(无症状)——急性期(急性痛风性关节炎)——间歇期(无症状)的数次病程反复，体内大量痛风石形成，标志着病程进入痛风慢性期[2]。1990—2017年，全球痛风标准患病率约为7.9‰[3]，我国痛风患病率约为1.1%[4]，痛风患病率存在性别和地区差异，且呈逐年升高且年轻化趋势[5]。目前，临床多采用降尿酸、抗炎镇痛、使用免疫抑制剂等治疗，停药后易复发，临床治疗难度较大，严重影响患者生活，因此需进一步研究痛风的深层次病理机制。现对痛风炎症发作与自行消散调控机制予以综述，以期为后续痛风治疗研究提供参考。

1 痛风炎症急性发作

痛风急性发作可见局部红、肿、热、痛等特征表现，为痛风性关节炎最普遍的症状，MSU结晶介导炎症是痛风急性发作的病理基础[6]。当尿酸浓度高于溶解度时，MSU结晶形成并沉积在关节周围，被中性粒细胞、巨噬细胞及炎症因子[NOD样受体蛋白[7]、嘌呤受体2(purinoceptor 2,P2)[8]]等识别，激活相关信号通路并释放炎症介质，致使白细胞介素(interleukin，IL)-1β在局部募集而引发急性炎症。

1.1IL-1β与痛风急性发作 IL-1由IL-1α和IL-1β组成，其中IL-1β是IL-1家族核心成员。几乎所有核细胞均可分泌IL-1β，并作用于邻近细胞或远处靶细胞介导炎症反应。由于MSU结晶诱发痛风，网状DNA双链解开，细胞膜破坏，大量释放的IL-1β、肿瘤坏死因子及IL-6被免疫系统识别并发出警报。随着细胞损伤程度逐渐加重，大量ATP和尿酸释放到关节腔中，诱导中性粒细胞氧化应激产生ATP，加重损伤[9]。Leffler等[10]证实，针状MSU、IL-1β甚至急性痛风患者的血清、滑液均可刺激正常人中性粒细胞产生中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular trapping nets，NETs)，而IL-1抑制剂未能刺激中性粒细胞产生NETs。同时，活化的IL-1β可上调活性氧类(reactive oxygen species，ROS)水平，诱导中性粒细胞释放大量NETs、炎症介质、中性粒细胞引诱剂、CXC趋化因子配体(CXC chemokine ligand，CXCL)8和中性粒细胞激活剂(CC趋化因子配体3、CXCL10等)至血液中，IL-1引起血管扩张，刺激CXCL8、CXCL1、CXCL2、CXCL3和其他免疫因子迅速聚集[11]。血液中的中性粒细胞被选择素吸附至内皮细胞表面，通过体液循环进入关节间隙后，大量中性粒细胞累积致剧烈炎症反应发生。由此可见，IL-1β是引发痛风炎症的重要因素[12-13]，且MSU结晶直接刺激或中性粒细胞受损后氧化产生的IL-1β均可导致机体产生严重反应。目前，大多学者致力于寻找抑制IL-1β产生的生物制剂[如康纳单抗和阿那白滞素]，此类药物可使患者临床获益，但停药后病情易反复。因此，仅抑制IL-1β产生无法取得良好效果，可能阻断IL-1β产生、减少细胞损伤才是解决炎症的关键。

1.2核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein，NLRP)3炎症小体介导的痛风急性发作 固有免疫细胞可直接参与痛风的急性发作，启动该过程的关键物质是NLRP[14]，目前NLRP研究主要集中在NLRP3炎症小体。NLRP3炎症小体表达于固有免疫细胞胞质内[15]，是主要由NLRP3受体蛋白、胱天蛋白酶(caspase)-1和凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)共同构成的蛋白复合体[16]。ASC作为一种连接蛋白，其C端重复的亮氨酸序列可识别多种内源性危险信号，如尼格霉素、ATP、MSU结晶等[17-18]。caspase-1是NLRP3内具备促炎作用的效应蛋白，影响宿主对感染的固有免疫调节[19-20]。孤立MSU结晶不会引发痛风，需要由NLRP3炎症小体诱导产生促炎因子活化NLRP3并激活效应caspase-1，使原本无生物活性的IL-1β前体转化成活性IL-1β[21]，并排出细胞外，参与痛风炎症反应。此外，ROS在NLRP3激活中的作用不可或缺。MSU晶体通过激活线粒体外膜透化作用损伤线粒体DNA并抑制其自噬，产生的过量ROS将活化NLRP3炎症小体，从而诱导炎症扩增[22]。研究发现，抑制巨噬细胞中NLRP3炎症小体产生可使炎症得到改善[23-24]。可见，NLRP3炎症信号通路可通过ASC识别MSU晶体并启动固有免疫应答，产生活性IL-1β并触发炎症反应。许多学者正在进行NLRP3的相关研究，但目前仍没有批准上市的NLRP3拮抗剂。因此，针对NLRP3发挥效应时需募集ASC和caspase-1的特性而研发的选择性拮抗剂，可能对迅速控制炎症有帮助。

1.3P2X7受体介导的痛风急性发作 P2受体是炎症的主要介质，包括P2X受体(离子通道)和P2Y受体(代谢)两大类。P2X7受体由第12号染色体基因编码595个氨基酸构成，易形成三聚体，并以寡聚体的形式散布在胞膜表层[25]，属于生理性ATP离子通道型受体，参与各种炎症因子的加工和表达，如IL-18、IL-1β、肿瘤坏死因子-α等[26]。单核细胞跨膜受体——P2X7受体通过渗透溶解刺激细胞死亡并调节IL-1β等炎症介质释放[27]。在病理条件下，P2X7受体与胞外ATP结合使阳离子通道开放(如K+外流以及Na+、Ca2+内流)[28]，参与调节K+外流，使细胞内K+浓度降低，活化NLRP3炎症小体并启动caspase-1，间接促进IL-1β等炎症因子的成熟、分泌[29]。de Torre-Minguela等[30]发现，M1极化巨噬细胞表面P2X7受体激活后，诱导NLRP3重组，释放促炎因子并建立免疫应答。在敲除P2X7基因以及经P2X7受体抑制剂处理小鼠中发现，ATP诱导产生IL-1α、IL-1β和IL-18的功能被抑制，小鼠炎性疼痛反应减弱[31-32]。多项研究提示，抑制P2X7受体能阻断P2X7，达到缓解炎症反应的目的，某些药物虽然可以与P2X7受体结合，但副作用不能忽视。故将P2X7作为靶向药物治疗痛风时，还需提高拮抗剂治疗效果以及降低副作用等。

2 痛风炎症消散相关机制

痛风炎症反应通常两周左右自行消散，而中性粒细胞和巨噬细胞的免疫防御及炎症调节等功能是炎症疾病自限的重要原因，此过程涉及多细胞因子、多机制的协同参与。在炎症过程中，单核细胞衍生的巨噬细胞可调控机体反馈机制，上调Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)及抗炎因子[如转化生长因子(transforming growth factor，TGF)]的产生，发挥促炎症介质分解和抗炎功能[33]。当机体炎症因子清除障碍时，炎症易呈现慢性化表现[34]。另外，中性粒细胞可产生网状结构的NETs，继而包裹MSU结晶形成痛风石，以降低关节周围MSU结晶的水平，使炎症局限。通过阻断炎症信号通路、减少趋化因子和促炎因子的分泌，可有效限制炎症的发展。

2.1TLR信号通路在痛风缓解中的作用机制 TLR是调节固有免疫的特殊跨膜蛋白，可识别各种原因引起的损伤，诱发机体的免疫应答反应。TLR有两种信号通路：依赖型髓样分化因子88(myeioid differentiation factor 88，MyD88)信号通路和非依赖型MyD88信号通路。MyD88是介导依赖型TLR信号通路的重要衔接蛋白，由近130个氨基酸C端Toll/IL-1受体结构域与近90个氨基酸N端死亡结构域组成。C端与蛋白连接后传递信息，N端辨别其他相似结构蛋白(如IL-1受体相关激酶)。TLR指主要存在于中性粒细胞和巨噬细胞等表面的膜蛋白，可特异性识别外来病原体[35]，其活化可引发中性粒细胞和巨噬细胞分泌大量促炎介质[36]，如TLR2、TLR4。TLR通过调节核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)产生多种细胞因子，引发炎症级联反应[37]。TLR2/TLR4还能介导MyD88依赖型通路，MyD88可以促进IL-1受体相关激酶1和IL-1受体相关激酶4的相互作用，激活NF-κB激酶抑制蛋白。NF-κB抑制蛋白α可被释放活化后的NF-κB激酶抑制蛋白磷酸化并向细胞核释放NF-κB，加速转录与表达促炎基因，促进IL-1β、肿瘤坏死因子-α和IL-6等炎症因子分泌，产生炎症反应[38-39]。MyD88缺乏可抑制下游IL-1受体相关激酶激活，负反馈调节TLR4的水平，以减弱炎症。而在非依赖型MyD88信号通路中，TLR相关分子与TLR4结合并活化TLR相关干扰素活化子，使NF-κB产生干扰素并释放IL-1β、肿瘤坏死因子-α和一氧化氮等炎症因子，引发炎症反应。由于MyD88介导的TLR信号通路激活有双向调节作用，因此在调节该通路时，如何调控MyD88以达到控制炎症并阻断非依赖型信号通路形成可能成为未来研究的重点。

2.2TGF-β1在痛风缓解中的作用机制 TGF-β家族成员均由半胱氨酸和二聚体构成，具有多个亚族，包含TGF-β、抑制素、激活素等。在哺乳动物中，以TGF-β1、TGF-β2及TGF-β3常见[40]。原始TGF-β前体是无活性物质，需经细胞因子刺激后与特定TGF-β受体(TGF-β receptor，TβR)结合才能激活并发挥作用[41-42]。TβR是一类跨膜蛋白(如TβR- Ⅰ、TβR- Ⅱ、TβR-Ⅲ)，与细胞膜具有高亲和力，TβR-Ⅰ和TβR-Ⅱ与TGF-β1的结合力强于TβR-Ⅲ[43]。当MSU晶体刺激中性粒细胞时，部分中性粒细胞通过外捕作用触发非炎症细胞清除和抗炎TGF-β1产生。TGF-β1首先与TβR- Ⅱ 结合并将TβR- Ⅰ 磷酸化[44]，进而激活Smad蛋白(主要为Smad2/3)，形成介导TGF-β1信号的膜受体蛋白。在辅助受体、转录因子以及激活因子共同作用下，通过下调IL-1受体基因的转录与表达减少IL-1R产生，从而降低细胞内IL-1β水平；此外，巨噬细胞可摄取MSU晶体产生TGF-β1，阻断NLRP3炎症小体对IL-1β前体的加工，限制IL-1β分泌而缓解炎症。因此，TGF-β1/Smad作为体内重要免疫调节信号通路，可从根源上控制炎症进展(通过阻断炎症因子基因的表达与转录达到炎症消散的目的)。

2.3NETs在痛风缓解中的作用机制

2.3.1NETs的组成 NETs由中性粒细胞解聚的DNA染色质纤维与组蛋白构成[45]。NETs中包含由核小体组成的细胞外纤维网状结构——髓过氧化NETs，其表面布满中性粒细胞组织蛋白酶和DNA组蛋白复合物等组分。Brinkmann等[45]在痛风小鼠染色组织中发现了NETs的完整结构，经DNA酶处理后，其整体结构被破坏；反之，经蛋白水解酶处理后，DNA结构完整性仍存在，证实DNA是NTEs的主要结构。Sollberger等[46]发现，除具备杀灭病原体作用外，氢酶、组织蛋白酶、中性粒细胞弹性蛋白酶、组蛋白等活性蛋白还可参与组织损伤等多种疾病的进展。组蛋白通过刺激中性粒细胞形成NETs并参与组织损伤，且较MSU结晶引起的病程更短[47]。精氨酸脱亚氨酶4是NETs形成的核心物质，可使组蛋白瓜氨酸化[48]。髓过氧化氢酶可将过氧化氢转化为次氯酸，该物质被认为是中性粒细胞产生的最强抗菌氧化物[49]。由此可见，DNA是NETs的核心成分，而颗粒蛋白是其中起主要作用的一种抗菌物质，且NETs功能的发挥依赖完整的结构。

2.3.2NETs的形成机制 中性粒细胞最初由骨髓母细胞向早幼粒细胞发展，进而分化为骨髓细胞、骨髓后细胞和分段的中性粒细胞[50]，最终完整成形。12-豆蔻酸-13-乙酸佛波醇、病原微生物(如细菌、病毒)、脂多糖、IL-8、损伤相关分子等[51]均可刺激中性粒细胞产生NETs，这种形成NETs的途径称为NETosis。NETosis主要有以下3种形成机制：①线粒体DNA释放性NETosis。线粒体DNA可被中性粒细胞和其他免疫细胞识别，并与细胞因子及天然抗体协同调节炎症反应[52-53]。在脂多糖或补体5受体作用下，80%的中性粒细胞可在15 min内形成NETs[54]。②自杀式NETosis。此过程依赖ROS及促分裂原活化的蛋白激酶通路。12-豆蔻酸-13-乙酸佛波醇激活中性粒细胞产生还原型辅酶氧化物，从而促使ROS产生[55]；同时，肽酰基精氨酸脱亚氨酶4在钙离子影响下具有催化活性，使中性粒细胞瓜氨酸化，形成NETosis，表明肽酰基精氨酸脱亚氨酶4和ROS是诱导组蛋白瓜氨酸生成和自杀的重要因素，也是自杀式NETosis的核心机制[56-57]。③细胞核DNA释放性NETosis。此过程不依赖ROS及促分裂原活化的蛋白激酶通路。由金黄色葡萄球菌或TLR4活化血小板等识别细胞表面TLR或C3补体，随后细胞核DNA以囊泡形式释放。不同胞质附着在囊泡周围形成NETs排出细胞外，但核膜仍完整，中性粒细胞尚保留吞噬和趋化等作用。上述3种形成NETs的方式均通过增加自身抗原与传染性抗原之间缔合的可能性损害病原体的清除能力，并可能触发自身免疫反应，使炎症无法有效控制。可见，NETs具有双向调节性，既可借助组蛋白杀灭病原体，又可通过NETosis的方式损伤机体。因此，通过选择性阻断NETosis过程减少自身免疫反应，或许可改善痛风炎症。

2.3.3NETs与痛风石的形成 痛风石指无法及时清除的MSU晶体与免疫细胞、炎症细胞和纤维囊等形成的肉芽肿样结构[58]，是慢性痛风的典型特征。在痛风急性发作后期，MSU晶体沉积位点募集大量中性粒细胞，同时促炎介质(如IL-1β和肿瘤坏死因子-α)持续刺激中性粒细胞形成NETs，高浓度NETs逐渐聚合并形成聚集性NETs(aggregated neutrophil extracelluar trapping nets，aggNETs)。Schauer等[59]发现，aggNETs能快速捕获趋化因子和促炎因子，通过降低促炎因子水平以及抑制中性粒细胞堆积控制炎症进展；另外，MSU晶体可被aggNETs包裹，阻止炎症介质形成痛风石，以缓解痛风，从而减少机体急性损伤[60]，但该机制是建立在脱氧核糖核切酶1和脱氧核糖核切酶1样酶3及时分解NETs的基础上[59-61]；Hahn等[62]在刺激诱导aggNETs生成模型中发现，aggNETs具有降解炎症介质的能力，由于中性粒细胞募集、激活并形成aggNETs，导致MSU晶体反复沉积以及NETs累积，该过程有利于痛风石形成，有助于炎症消退。可见，长期无急性炎症反应的痛风石可能与NETs有关，且aggNETs在该过程中的作用不可或缺，故在慢性痛风期时，可通过诱导提高aggNETs水平，缓解痛风炎症。

3 小 结

随着人民生活水平的提高以及饮食结构的改变，近年国内外痛风患病率均呈上升趋势，给国家和社会带来沉重负担。目前临床痛风的治疗措施尚不完善。因此，研究者试图通过研究痛风炎症急性发作和消散所涉及分子机制及其相互之间作用的研究寻找痛风的治疗措施，但目前多为单一通路的研究(如P2X7、NLRP3)，而多通路间相关作用的研究较少。此外，痛风炎症消散机制研究热点集中在TLR抑制IL-1β产生、巨噬细胞分泌抗炎TGF-β1、NETs借助网状结构包裹MSU晶体等方面，而TGF-β1的研究尚处于初级阶段。未来，相关研究更倾向于TGF-β1所涉及的信号通路、明确关键蛋白分子、确定特异性结合点等方面，故TGF-β1有望成为治疗痛风的特效性靶点。