NLRP3炎症小体在白塞综合征中的研究进展

侯成成， 管剑龙

复旦大学附属华东医院风湿免疫科，上海 200040

白塞综合征(Behçet’s syndrome，BS)也称为白塞病(Behçet disease，BD)，是一种以变异型血管炎为基本病理表现的慢性、复发性、全身性疾病，以反复发作的口腔和生殖器溃疡、眼炎及皮肤损害为主要临床特征，并可累及关节、血管、消化道、神经等多个系统，严重者可威胁生命[1-2]。BS的发病具有明显的地域特点，主要好发于丝绸之路沿线地区，故又称“丝绸之路”病，中国的发病率约14/10万[3]。但是，目前BS的病因和发病机制尚不明确，可能是遗传易感个体在某些感染或环境等因素下触发的自身免疫过程[3]。大量研究[4-5]发现，Th1、Th17、Treg细胞的失衡及各类细胞因子的异常与BS发病相关，故认为该病既是自身免疫性疾病，又是自身炎症性疾病。

炎症小体是一组能识别各种应激、外源微生物和内源性危险信号的胞质内蛋白复合物，其激活后可诱导IL-1β、IL-18的产生，并引发下游的炎症反应和细胞焦亡[6]。其中，核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3, NLRP3)炎症小体是目前研究最多、热度最高的炎症小体。大量研究[7]发现，其可表达于许多免疫细胞(如中性粒细胞、单核细胞/巨噬细胞、淋巴细胞、树突状细胞等)和非免疫细胞(如成骨细胞、内皮细胞、上皮细胞、滑膜细胞、成纤维/纤维细胞等)。近年来，研究[8]发现，NLRP3炎症小体在多种自身免疫性疾病的发生和进展中发挥着重要作用，例如系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、系统性硬化和炎症性肠病。

本文将对NLRP3炎症小体的结构和功能及NLRP3炎症小体在BS中的研究进展进行综述，旨在为BS的发病机制研究提供新的思路，并为其临床诊治提供一定的理论依据。

1 NLRP3炎症小体

1.1 NLRP3炎症小体的结构 NLRP3炎症小体是个复合体，由三部分组成，包含1个感受器即NLRP3受体分子、1个适配器即凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein，ASC，也称PYCARD)和1个效应分子即半胱-天冬氨酸特异性蛋白酶-1(cysteine aspartic acid specific protease-1, caspase-1)[6-9]。

1.2 NLRP3炎症小体的激活 NLRP3炎症小体通过固有免疫，在宿主抵抗细菌、病毒等感染的免疫防御中起重要作用，此外还与几种炎症疾病(如阿尔茨海默症、糖尿病、痛风、自身免疫性疾病等)密切相关，在炎症反应中起着至关重要的作用[11-13]。关于NLRP3炎症小体的激活模式尚未完全明确，目前公认的一种激活模式主要是双信号模式：第一信号即预刺激信号，主要由一些微生物成分或某些内源性细胞因子提供，介导激活NF-κB信号，进而诱导NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18的转录表达水平上调；第二信号即激活信号，主要由多种刺激物提供，包括胞外的ATP、成孔毒素、RNA病毒及颗粒物质等，这些刺激物可以触发caspase-1激活，促进NLRP3炎症小体聚集激活[7]。此外NLRP3的激活还包括多种上游信号，包括钾离子或氯离子外流、钙离子通量、溶酶体破裂、线粒体功能障碍、代谢的改变如活性氧类(reactive oxygen species，ROS)产生、跨高尔基体的裂解等[7,13]。尽管NLRP3炎症小体的具体激活模式尚未达成共识，但上述模式可能有所重叠或相互关联，在其激活中均发挥作用。

1.3 NLRP3炎症小体的免疫学功能 NLRP3炎症小体在宿主识别病原微生物感染和诱导自身免疫反应中发挥重要作用。NLRP3炎症小体的3个结构分别具有不同的功能，NLRP3受体分子为核心蛋白，由C端11个富亮氨酸重复序列(leucine-rich repeats，LRR)、NACHT的结构域和N端的Pyrin结构域(PYD)组成，是固有免疫模式识别受体NOD样受体家族的重要成员之一，主要功能是识别宿主接收的上游激活信号，包括病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)和损害相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，聚集下游的ASC形成“ASC斑点”即焦亡小体，进而招募caspase-1聚集，三者组装成具有一定空间线性的结构，即NLRP3炎症小体[7,9]。随后，激活的效应分子caspase-1(即IL-1β转化酶)可以切割焦亡效应分子GSDMD(gasdermin D)，进而引起细胞焦亡，同时还可以剪切IL-1家族成员即成熟无活性的pro-IL-1β和pro-IL-18转化为有活性的IL-1β和IL-18，引发下游炎症风暴[10]。有研究[14]发现，NLRP3炎症小体激活可促进Th17细胞的分化。NLRP3炎症小体激活后产生的IL-1β可作用于淋巴细胞，上调IL-2受体，延长T细胞生存周期，促进B细胞增殖及抗体的产生[15]。另有研究发现，IL-1β和IL-18可促进Th17和Th1细胞的分化，减少Treg细胞[16]，增加淋巴细胞上IL-2受体的表达[15]，是炎症风暴中的主要激动因子。

此外，NLRP3炎症小体还具有调节细胞死亡的功能，其激活后可通过GSDMD介导细胞焦亡。细胞焦亡是近年来发现的一种新的程序性细胞死亡方式，其具体机制与凋亡(apoptosis)和坏死有所区别，经典途径即依赖caspase-1激活后通过GSDMD蛋白的氮端寡聚化并与脂类相结合，在细胞膜上形成孔洞，进而引起细胞膨胀、破裂，并可导致大量细胞内炎性物质释放到细胞外引起炎症风暴，已有许多研究[17-18]发现，炎症小体介导的细胞焦亡可能参与感染性疾病、神经系统相关疾病和痛风等的发生发展，并发挥重要作用。

2 NLRP3炎症小体与BS发病机制

2.1 NLRP3炎症小体在BS中的相关研究 尽管NLRP3炎症小体在自身免疫性疾病中越来越受关注，但有关NLRP3炎症小体与BS的研究尚处于初步探讨阶段。有关NLRP3的基因多态性在BS中的研究结果尚存在一定争议。Yohei等[19]通过GWAS研究对日本和土耳其的BS患者和健康人的NLRP3基因多态性进行分析，未发现差异。Burillo-Sanz等[20]对西班牙BS患者的NLRP3基因多态性进行分析也没有发现差异。Yüksel等[21]在土耳其的BS患者中发现了NLRP3基因存在V200M和T195M突变，ASC基因未发现突变，其中NLRP3的V200M突变型可以诱导IL-1β分泌，此外通过体外细胞过表达试验还发现，过表达V200M和T195M的细胞较野生型细胞相比，并不能促进ASC斑点形成，过表达T195M的细胞较野生型细胞产生的ASC斑点更少，这些结果提示V200M和T195突变型表达的NLRP3蛋白对ASC低聚反应并没有显著的正向效应。此外，我国学者[22]对中国汉族BS患者的NLRP3基因多态性进行研究，发现其与健康对照组没有差异。近来日本研究者[23]探讨了皮肤黏膜型为主要症状的BS患者外周血单个核细胞内NLRP3炎症小体在蛋白和mRNA水平均表达上调，其活检皮肤的免疫组化中NLRP3、ASC蛋白分子的染色亦较结节红斑的患者明显，体外培养外周血单个核细胞中加入LPS或联合ATP刺激后可诱导IL-1β分泌，而加入caspase-1抑制剂后IL-1β分泌减少。最近还有学者[24]在神经白塞病患者中发现，NLRP3 mRNA水平较对照组明显升高，提示其可能是BS神经受累的一种生物标志物。

2.2 NLRP3相关细胞因子在BS中的研究 细胞因子在BS病理过程中起着关键作用。近年来研究[25]报道，趋化因子(如CXCL8，MPC-1)、促炎因子(如IL-1β、TNF-α)和免疫调节细胞因子(Th细胞分化驱动的标志分子)参与了BS的发病及进展。NLRP3炎症小体激活后分泌的IL-1β和IL-18，在BS的发病中研究较多，但尚停留在基因多态性及蛋白表达水平研究，有关分子机制的研究较少。

IL-1β是自身免疫疾病和自身炎症疾病中的重要细胞因子。有研究[26]发现，IL-1β的基因多态性与BS的口腔溃疡表现相关；本课题组的一项IL-1β基因多态性的meta分析结果[27]提示，IL-1β+3962 C, IL-1β+3962 T, IL-1β+3962 CC, IL-1β+3962 CT可能与土耳其人群BS易感性相关。Chekaoui等[28]发现，IL-1β在BS患者血清中表达水平升高。近年来一项研究[29]还发现，IL-1β可能促进了BS患者Th17细胞的增殖。IL-1β的激活可诱导局部黏膜免疫反应，刺激T细胞增殖，直接趋化中性粒细胞到感染或损伤的部位，并可以激活NF-κB和MAPK通路，导致炎性细胞因子(如IL-6、IL-8和TNF-α等)释放。除此之外，IL-1β可上调IL-2受体，延长T细胞生存周期，促进B细胞增殖及抗体的产生[15]。Liang等[30]发现，活动性眼BS患者单核细胞来源的巨噬细胞加入肽聚糖或脂多糖后产生的IL-1β和ROS较非活动性眼BS患者和健康志愿者均明显升高，MAPK通路被激活，而加入ROS抑制剂或沉默NLRP3基因后可减少IL-1β产生。

IL-18是IL-1β家族的成员之一，其受体可表达于免疫细胞和非免疫细胞，因此IL-18具有影响固有免疫和适应性免疫的作用。关于IL-18基因多态性与BS的关系尚存在争议，有部分学者[31-32]发现，IL-18的基因多态性与BS发病相关，亦有学者[33]未发现二者之间的相关性。既往研究[34-35]发现，血清中IL-18表达水平在BS患者中升高，且与BS的病情活动相关[34]。Belguendouz等[36]对阿尔及利亚BS患者进行研究，也发现IL-18表达水平在病情活动的患者血浆中明显升高，非活动组和健康对照组之间无显著差异，体外试验发现IL-18可促进BS患者外周血单个核细胞分泌IFN-γ。

2.3 NLRP3炎症小体与ROS在BS中的研究 ROS是一类氧的单电子还原产物，包括超氧阴离子、过氧化氢、羟自由基等，ROS可直接损伤细胞膜，影响蛋白质的生物功能，损伤细胞核内的DNA等。既往研究[37]发现，ROS可激活NLRP3炎症小体，NLRP3炎症小体的激活亦可促进ROS的产生，抑制ROS产生可抑制炎症，进而抑制NLRP3炎症小体的激活，ROS可能是NLRP3炎症小体激活的重要刺激因子。我国学者[30]在眼BS患者中也发现，活动性眼BS患者单核细胞来源的巨噬细胞较非活动性眼BS患者和健康志愿者产生的IL-1β和ROS水平升高，抑制ROS可降低IL-1β的水平，因此ROS-NLRP3-IL-1β通路可能参与了BS的发病进程。

2.4 NLRP3炎症小体与肠道菌群在BS中的研究 近年来，肠道菌群成为各个疾病的研究热点，Consolandi等[38]发现BS患者中存在肠道菌群失调，丁酸盐产物减少，因丁酸盐可以促进Treg细胞分化，因此他们认为BS患者中丁酸盐的减少可能减少了Treg细胞的反应，增加了效应T细胞的反应。最近，我国研究人员[39]亦发现，BS患者中产丁酸盐的细菌减少。还有研究[40]发现，丁酸盐可抑制NLRP3的预刺激和激活，并减少pro-IL-1β的表达水平以及炎症小体的激活。但目前有关丁酸盐与NLRP3炎症小体的相关性在BS中研究还相对较少，因此将来仍需针对丁酸盐对NLRP3炎症小体激活的具体机制在BS发病中进行深入研究。

随着NLRP3炎症小体在BS及其他自身免疫性疾病中的研究越来越广泛，将对NLRP3炎症小体的作用机制有更深入的了解。以NLRP3炎症小体为靶点的治疗方案也越来越受到关注。目前已有几种NLRP3炎症小体抑制剂被证实可特异性抑制NLRP3炎症小体的激活[41]，包括MCC950、CY-09、OLT1177、Tranilast和Oridonin等，这些NLRP3炎症小体抑制剂的抗炎作用已在多个疾病的实验动物模型中得以证实，其有效性和安全性尚需要临床试验的验证。总之，未来仍需更深入地针对NLRP3炎症小体在BS患者体内的具体作用机制进行探讨，并针对已有的NLRP3炎症小体抑制剂在BS中进行体内及体外试验验证。

综上所述，已有大量研究发现BS患者中存在NLRP3炎症小体及其激活后产生的IL-1β和IL-18的基因多态性和蛋白表达水平的异常，提示NLRP3在BS疾病进程中可能发挥着重要作用。部分有关BS的研究已发现ROS抑制剂及丁酸盐均可以抑制NLRP3炎症小体的激活。但是，NLRP3炎症小体在BS患者体内的具体作用机制尚未完全明确，还需更多研究进行探讨。

利益冲突：所有作者声明不存在利益冲突