NLRP3炎症小体参与脑缺血再灌注损伤的研究进展①

杨才弟 汪正於 曾鼎华 王淑美 （重庆医科大学中医药学院，重庆 400016）

脑卒中是严重威胁我国居民健康的重大公共卫生问题，是导致中老年人死亡和残疾的最主要原因之一。据统计，国内不同区域卒中患病率为1.17%~9.30%，其中40 岁以上居民脑卒中患病率约为2.00%，且病死率呈逐年上升趋势［1-2］。早期通过溶栓治疗等方式恢复缺血脑组织灌注是目前公认的最有效治疗脑卒中的手段，但再灌注过程中，患者缺血脑组织病情可能因活性氧（reactive oxygen species，ROS）积累和炎症反应而进一步加重，这一现象被称为脑缺血再灌注损伤［3-4］。

固有免疫又称非特异性免疫，是机体长期进化过程中形成的防御机制，对入侵的病原体迅速产生应答而无严格选择性，被认为是机体对抗微生物感染的第一道防线［5-7］。固有免疫系统通过模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）感知病原微生物以及其他外源性或内源性致病因子，并触发特定信号通路激活，诱导促炎细胞因子和趋化因子产生，启动并调节固有免疫应答［8-9］。Nod 样受体家族（Nod-like receptor family，NLRs）是一类具有众多成员的模式识别受体家族，其家族成员之一Nod 样受体蛋白3（Nod-like receptor protein 3，NLRP3）是目前研究最多的一种受体，研究表明NLRP3 介导生成的炎症小体激活参与了脑缺血再灌注损伤的病理生理过程［10-12］。本文就NLRP3炎症小体在脑缺血再灌注损伤中的调控作用研究现状以及基于NLRP3炎症小体的脑缺血再灌注治疗进行介绍。

1 NLRP3炎症小体组成

NLRP3 炎症小体主要存在于巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞中，是一种复杂的多蛋白复合体，其结构由NLRP3 受体、凋亡相关斑点样蛋白（apop‑tosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）和半胱天冬酶1 前体（pro-caspase-1）组成［13-14］。其中NLRP3 受体由N 端热蛋白结构域（pyrin domain，PYD）、中央核苷酸结合寡聚化结构域（necleotid-binding and oligomerization domain，NOD）以及C 端富亮氨酸重复序列（leucine-rich repeat，LRR）构成［15］。其中 PYD 结构域介导了与ASC 热蛋白结构域的相互作用，引发炎症小体组装；NOD 结构域具有ATP 酶活性，可促使NLRP3 发生自身寡聚化；LRR 结构域是NLRP3 炎症小体激活必不可少的部分，具有与配体相互作用调节NLRP3 活性的作用，但其具体功能有待进一步阐明［16-19］。NLRP3 在体内可被多种刺激物激活，如ROS、ATP、PM2.5、细菌或真菌成分等［20-23］。激活时NLRP3自身发生寡聚化，与ASC的PYD结构域结合，ASC通过CARD结构域募集 pro-caspase-1，形成NLRP3 炎症小体。NLRP3炎症小体可将pro-caspase-1剪切为有活性的caspase-1（p20），p20 可剪切炎症细胞因子 IL-1β 和IL-18前体形成有活性的形式，从而启动各种下游信号通路引发炎症反应［24-25］。

2 脑缺血再灌注损伤中NLRP3 炎症小体的激活和调控机制

脑缺血再灌注损伤涉及诸多因素及调控通路相互作用，而近年研究表明，NLRP3 是缺血后炎症的关键调控因子，可引发一系列炎症反应并导致细胞死亡［26］。在脑缺血再灌注中引起NLRP3 炎症小体激活的可能机制很多，其中ROS 产生、钾离子外流、线粒体紊乱、溶酶体破裂是目前公认的引起NL‑RP3炎症小体激活的机制。在脑缺血造成的低氧条件下，Na+/K+ATP 泵受损，导致细胞内Na+大量涌入，K+发生外流。这一进程引起线粒体电子传输链扰动，ROS 水平大幅提高，氧化应激刺激了Ca2+释放，引起内质网应激、细胞器损伤，最终激活NLRP3 炎症小体并导致细胞凋亡［27-29］。有趣的是，MUÑOZPLANILLO 等［30］在通过一系列 NLRP3 激活剂诱导NLRP3激活的研究中发现，尽管NLRP3激活剂引起了线粒体扰动、活性氧产生和细胞体积改变等一系列变化，但这些变化并不是NLRP3 激活所必需的，而细胞内K+浓度改变是激活NLRP3 的充分必要条件，这一研究表明K+浓度改变可能是NLRP3炎症小体激活的最关键因素。

目前关于NLRP3 炎症小体对脑缺血再灌注损伤中的具体作用机制方面的认识还停留在基础阶段，目前研究认为IL-1β 是缺血性脑损伤以及中枢炎症反应的关键因素，IL-1β 在健康大脑中以低水平存在，调节各种病理生理功能，当发生脑缺血再灌注时，IL-1β 在脑组织水平大幅升高，从而触发神经元中的炎症级联反应并最终导致脑损伤［31-32］。研究发现小胶质细胞中IL-1β 的过量分泌会引起谷氨酸兴奋性中毒和氧化应激，从而触发神经元的炎症级联反应，小胶质细胞是脑内固有免疫相关细胞，是中枢神经系统免疫的第一道防线，而当其过度激活时，会释放多种炎症介质，引起炎症级联反应［33-35］。XU 等［36］对 BV2 小胶质细胞的研究中，通过缺氧复氧处理可通过ROS 诱导NLRP3 炎症小体激活，而Nrf2/ARE通路激活则可抑制NLRP3炎症小体的激活作用，SAVAGE 等［37］则发现在小鼠中动脉闭塞导致脑缺血后，胶质细胞产生IL-1 有助于提升IL-6 和趋化因子配体 1（C-X-C motif chemokine 1，CXCL1）水平，释放组织蛋白酶B，诱导炎症反应。因此NLRP3 炎症小体极有可能通过小胶质细胞诱导脑缺血再灌注损伤的炎症反应。

3 基于NLRP3 炎症小体的脑缺血再灌注损伤潜在治疗方法

3.1 依鲁替尼（ibrutinib，PCI-32765） 依鲁替尼是一种布鲁顿酪氨酸激酶（Bruton's TK，BTK）抑制剂，被FDA 批准用于套细胞淋巴瘤和慢性淋巴细胞白血病治疗［38］。ITO 等［39］研究证实，BTK 对 NLRP3 炎症小体激活至关重要，可与ASC 和NLRP3 直接相互作用。通过药理和遗传手段抑制BTK 表达，可抑制NLRP3 炎症小体激活。依鲁替尼作为BTK 抑制剂，在脑缺血再灌注中可抑制Caspase-1 活化，使IL-1β活化受阻，从而减轻脑缺血再灌注损伤。

3.2 静脉免疫球蛋白注射（intravenous immuno‑globulin，IVIg） IVIg 是被 FDA 批准的用于各种炎症疾病治疗的方法，有证据表明在脑缺血性疾病中IVIg 可通过NLRP1 和NLRP3 炎症小体发挥治疗性作用。FANN 等［40］研究发现，通过大脑中动脉闭塞模型模拟脑缺血再灌注，经IVIg 治疗后NLRP1 和NLRP3 炎症小体活性受抑制，小鼠神经元损伤得到明显缓解，证实IVIg可通过NLRP1和NLRP3炎症小体保护脑组织细胞免受缺血性损伤。

3.3 高车前素（hispidulin） 高车前素是一种黄酮类化合物，从菊科植物毛莲蒿中分离获得，在现代药理学研究中证实其具有抗炎、抗氧化等药理活性。研究表明高车前素在脑缺血再灌注中具有神经保护作用。AN 等［41］通过不同剂量高车前素对脑缺血再灌注模型大鼠进行治疗，并评估了大鼠神经功能和神经元凋亡情况，发现高车前素减少了脑水肿和脑梗死面积，并改善了大鼠神经系统症状，进一步研究表明，高车前素通过调节AMPK/GSK3β 信号通路抑制NLRP3 介导的神经元凋亡，而对神经发挥保护作用。

3.4 MCC950 MCC950是一种NLRP3炎症小体选择性抑制剂，在一些中枢系统疾病模型，如阿尔茨海默病、病理性炎症系统疾病等中具有神经保护作用，是一种具有脑缺血性疾病治疗潜力的药物。ISMAEL 等［42］通过短暂性大脑中动脉闭塞诱发局灶性脑缺血，腹腔给予MCC950 治疗，结果显示MCC950 处理的小鼠脑梗死、水肿及血红蛋白含量均显著降低，神经功能缺损得到改善，同时MCC950还降低了脑缺血半影区NLRP3 炎症小体裂解Caspase-1表达，并降低IL-1β含量，这一作用与TNF-α水平调控、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶和Caspase-3裂解、NF-κB和IκBα磷酸化也有一定关系。

3.5 鲁斯可皂苷元（ruscogenin） 鲁斯可皂苷元是一种从麦冬（ophiopogon japonicus）根中提取的类固醇皂苷元，广泛用于慢性炎症和心血管疾病治疗，具有抗炎和抗血栓形成作用。GUAN 等［43］研究证实鲁斯可皂苷元具有通过抑制NF-κB 介导的炎症反应保护大脑免受缺血性损伤的作用，CAO 等［44］进一步研究发现，鲁斯可皂苷元减轻了脑中动脉闭塞/再灌注小鼠的脑梗死和脑水肿，改善神经功能损伤，增加脑血流量，且鲁斯可皂苷元在体内、体外对NOD 样受体家族成员NLRP3 和TXNIP 均具有抑制作用，同时减少了ROS生成，抑制了蛋白激酶MAPK途径。

3.6 二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）EPA 是一种omega-3 脂肪酸，是维持人体健康必不可少的物质，具有抗炎作用。而丹麦的一项病例研究表明，EPA 可降低缺血性卒中风险［45］。MO等［46］研究中显示，EPA 通过阻止 NLRP3 炎症小体的激活抑制急性脑梗死诱导的炎症反应，此外EPA 主要通过 G 蛋白耦联受体 40（GPR40）和 GPR120 发挥NLRP3 炎症小体激活抑制作用，且EPA 改善了急性脑梗死诱导的细胞凋亡。

4 结语

综上所述，随着对NLRP3 炎症小体的研究日渐深入，NLRP3 炎症小体在脑缺血性疾病中的重要作用被逐步阐明。在动物实验中，通过一些药物治疗抑制NLRP3 炎症小体激活可以很大程度上阻止神经系统损伤，减少脑组织梗死体积，因此NLRP3 很可能成为脑缺血再灌注损伤治疗的新靶点，但目前基于NLRP3 炎症小体的脑缺血再灌注靶向治疗研究多数还停留在体外实验和动物模型实验上，缺乏临床试验的进一步支持，且NLRP3 炎症小体在脑缺血再灌注或其他脑缺血性疾病中激活和具体的调控机制尚不明确，有待进一步研究。