NLRP3炎症小体在急性肺损伤中作用及其抑制剂

张境丰 张剑锋 李晓洁 刘江华，2*

作者单位：1.广西医科大学第二附属医院（530007）2.广西医科大学全科医学院

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是由肺炎等肺损伤因素引起的一系列特征性肺部病理改变的危重疾病，具有病情进展迅速、死亡率高等特点。据《美国医学会杂志》记载，在美国每年发病患者约200000 名，近75000 人死于该病。尽管临床上已使用了一些药物对症处理，但因缺乏治疗有效的靶点抑制剂，未能取得预期疗效。新冠肺炎所致的急性肺损伤，更是突出我们对该病缺乏有效的药物。因此，迫切需要我们探索新的急性肺损伤诊疗靶标并研发相应的抑制剂。

研究表明，在早期急性肺损伤中，炎症因子通过介质被大量激活和释放，持续引起肺部炎性反应，病情严重者甚至出现因子风暴。而NOD 样受体蛋白3（NOD⁃like re⁃ceptor protein 3，NLRP3）炎症小体归属于先天免疫系统，作为近年新发现的一种的模式识别受体，具有介导信号转导等作用，主要存在于淋巴结等次级淋巴器官及肺等部位。有望能为急性肺损伤的诊治及临床药物的研发提供新方向。

1 NLRP3 炎症小体相关概述

1.1 NLRP3 炎症小体结构NLRP3 炎症小体的分子量约为700000Da［1］，是由具有传感器功能的NLRP3 蛋白、适配器凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis⁃associated speck⁃like pro⁃tein containing caspase recruitment domain，ASC）和效应器功能的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶⁃1（caspase⁃1）构成的复合体。在此复合体中，NLRP3 蛋白由热蛋白结构域（pyrin do⁃main，PYD）（氨基端）、NACHT 结构域和富含亮氨酸的重复序列（羧基端）组成，而ASC 由羧基端的热蛋白结构域、羧基端的半胱天冬酶募集结构域组成［2］。

1.2 NLRP3 炎症小体的激活途径主要包括以下3 种：（1）溶酶体损伤：巨噬细胞吞噬微生物毒素等物质后会损伤溶酶体室和影响溶酶体膜的稳定性，受损的溶酶体释放出内容物，活化NLRP3 炎症小体；（2）胞外ATP 浓度升高与胞内离子重新分布（主要是钾离子外流）共同作用：当在外界损伤信号刺激下，细胞外ATP 浓度升高，结合细胞膜上的ATP 门控钾离子通道，同时也激活嘌呤型P2X7 配体门控通道，促使钾离子加速外流；在此过程中，多个pan⁃nexin⁃1 膜孔伴随着钾离子的转移而融合，促使膜孔变大，外源性或内源性损伤信号由该孔洞进入胞质激活NLRP3炎症小体；（3）细胞内活性氧基团的损伤：当机体发生急性肺损伤、重症肺炎等疾病时会使线粒体等细胞器产生大量的活性氧基团而过度激活NLRP3，导致信号的传递失调；大量的活性氧等基团滞留在细胞中，将会损害细胞器等结构，促使释放出大量成熟的炎症因子影响细胞的生长代谢。此外，研究还发现存在泛素化/去蛋白化调节等其他的激活途径。研究NLRP3 炎症小体的激活途径有助于我们进一步了解急性肺损伤的发病机制。

2 急性肺损伤发病机制中的NLRP3 炎性小体

NLRP3 炎症小体是炎症进展的关键节点，其活化的途径分为经典途径和非经典途径，经典途径是通过TLR4⁃MYD88⁃NF⁃κB 信号通路促使procaspase⁃1 向caspase⁃1 的转化，释放成熟的IL⁃1β 等炎症因子，而非经典途径为不通过激活caspase⁃1 的方式，由caspase⁃4/5 或者caspase⁃11 直接诱导下游炎症因子成熟并释放［3］。而在急性肺损伤中NL⁃RP3 炎症小体主要是通过经典途径活化。当外源性或内源性损伤信号出现时，NLRP3 炎症小体将会被激活，其构象发生相应改变，促使PYD 与ASC 相互作用，适配器ASC将NLRP3 蛋白和caspase⁃1 组合，催化caspase⁃1 前体成熟，成熟的caspase⁃1 诱导IL⁃1β 前体、IL⁃18 前体等因子的成熟及释放，与体内相应受体的特异结合。其中，在疾病的早期，IL⁃1β 促使血管黏附因子的表达增加，并诱发炎症级联放大效应，以及通过促进内吞作用破坏血管内皮细胞的钙粘蛋白定位，进一步加重肺水肿的程度。此外，IL⁃1β 还能通过下调肺泡上皮细胞的Na+⁃K+泵等离子通道蛋白表达，引起肺内气体交换膜的功能障碍，导致缺氧性肺损伤［4］；而IL⁃18 则通过上调血管内皮细胞中黏附分子⁃1（vascular cell adhesion molecule⁃1，VCAM⁃1）的表达等途径促进炎症反应［5］。研究显示，NLRP3 炎症小体在急性肺损伤的发病机制中还涉及细胞焦亡等问题，各炎症因子在激活过程中是否存在协同等作用，有待进一步研究。

3 NLRP3 炎症小体抑制剂

当前临床上治疗可供治疗ALI 的NLRP3 炎症小体抑制剂种类稀少，但随着近年对NLRP3 炎症小体的研究深入，其在ALI 上的药用价值受到广大研究工作者的青睐，针对其活化途径相继研制出有机合成物或从植物中提取物质等的抑制剂。

Bruton 酪氨酸蛋白激酶（Bruton's tyrosine kinase，Btk）抑制剂（如LFM⁃A13 等），Btk 来源于酪氨酸激酶Tec 家族，属于非受体型，含有659 个氨基酸，其内部结构分为PH 结构域、Tec 同源区、SH3、SH2 及从N 端到末端的催化结构域C 端，其与NLRP3 及ASC 相连接参与蛋白复合体的形成及促使下游炎症因子成熟及释放［6］。LPS 等物质可使其磷酸化，通过将Btk 上的PH 结构域与磷脂酰肌醇三磷酸结合，阻碍SH3 和富含脯氨酸的Tec 区域之间相互作用，进而激活NLRP3 炎症小体，加速炎症发展［7］。尽管Btk 抑制剂相关药物目前只在一些血液恶性肿瘤等疾病中应用［8］。但有研究表明［9］，Btk 抑制剂能有效控制炎症的发展，应用于ALI 的治疗前景广阔，未来相关药物的研发值得进一步探索。

MCC950，又称CP⁃456773 或CRID3，能在ALI 发生时，同时抑制经典和非经典的活化途径，是高效特异的NLRP3炎症小体抑制剂［10］。其主要作用是通过与NLRP3 紧密结合、阻碍ASC 的寡聚并关闭其已活化分离的构象（主要为N 和C 末端的分离）和影响NLRP3 结构中的Walker B 位点，特异性抑制NLRP3 炎症小体的组装，而不影响NLRP1等炎症小体的激活［11］。蒋陈等［12］的实验也证实MCC950能有效抑制NLRP3 炎性体的组装活化，对小鼠急性肺损伤的肺组织起到保护作用。

INF39 属于丙烯酸酯类物质，具有无毒、不可逆等特性［13］。从研究［14］可知，NEK7 作为钾外排引起的NLRP3 活化的下游关键元件，INF39 可通过抑制NEK7 与NLRP3 的相互作用，抑制NLRP3⁃ASC 等的接合，阻碍炎症小体的合成，从而降低下游炎症因子的分泌水平。但此种抑制剂存在浓度及剂量依赖［15］，药物浓度高低可能产生的副作用还需进一步研究。

此外，还有水飞蓟素、原花青素B2、胡黄连苷II、白藜芦醇、IFN⁃β、CY⁃09、β⁃羟基丁酸等也是近年在NLRP3 炎症小体抑制剂上研究的热点。

结语：

NLRP3 炎症小体具有信号转导及参与体内成熟炎症分子的释放等作用，能作为早期急性肺损伤诊治以及药物研发的新靶标。开发相关抑制剂药物有助于我们治疗急性肺损伤，改善患者的预后。