糖尿病血管老化过程中调控NLRP3 炎症小体活性的信号通路研究进展

王钰滢，崔德芝

1 山东中医药大学中医学院，济南 250355；2 山东中医药大学附属医院老年医学科

血管钙化与硬化是血管衰老的显著特征，是糖尿病血管并发症的重要病因［1］。全身及局部的慢性无菌性炎症反应、氧化应激、内质网应激及线粒体功能障碍等多种机制诱导内皮细胞衰老，共同影响血管的生理功能，其中炎症反应被认为是导致血管老化的主要因素。研究显示，糖尿病患者普遍存在微炎性状态，炎症反应长期作用于血管内壁，导致内皮细胞结构与功能障碍，促进血管老化的进程。炎症小体是由胞质内模式识别受体参与组装的多蛋白复合物，活化炎症小体是引发先天性免疫反应与炎症反应的重要途径。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3）是由受体蛋白NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和半胱氨酸天冬氨酸酶1（Caspase-1）前体组成的多蛋白复合物［2］，是目前研究最广泛的炎症小体。NLRP3 炎症小体在体内外刺激的作用下被激活，广泛参与机体炎症反应、免疫应答、细胞凋亡过程，诱导血管内皮细胞在糖尿病内环境下的衰老与死亡。NLRP3 炎症小体在糖尿病诱导的血管衰老和血管内稳态失衡中起关键作用，其通过触发糖尿病无菌性炎症状态，诱导血管内皮细胞和平滑肌细胞损伤与凋亡；同时抑制负反馈调节机制，延长病程，加重糖尿病血管并发症的发生。在糖尿病性血管老化过程中，调控NLRP3 炎症小体活性的调节信号通路可分为促进激活与抑制激活两类，通过干预NLRP3 炎症小体的启动、激活与分泌，双向调节NLRP3 炎症小体的活性功能状态，多方面参与糖尿病性血管老化的病理进程。现将糖尿病性血管老化过程中调控NLRP3 炎症小体活性的信号通路研究进展综述如下。

1 促进NLRP3炎症小体激活的信号通路

NLRP3 炎症小体的经典活化机制包括离子通道开放、活性氧过度生成、线粒体功能障碍、溶酶体溶解［3］。近年研究发现，多种激酶类调节因子，包括双链核糖核酸依赖的蛋白激酶、鸟苷酸结合蛋白5以及有丝分裂相关蛋白激酶7 等，可以与NLRP3 在上游进行靶向结合而直接激活NLRP3 炎症小体［4］。糖尿病环境下，NLRP3 炎症小体的活化主要通过激活核因子κB（NF-κB）、活性氧簇（ROS）/硫氧还蛋白互作蛋白（TXNIP）信号通路诱导血管内皮细胞老化的发生［5］。

1.1 NF-κB信号通路 NF-κB是以p50/p65异二聚体脱氧核糖核酸结合蛋白复合物为结构的多功能转录因子，NF-κB 介导的信号通路是引起慢性炎症反应的经典通路之一。NF-κB可通过调节炎症相关性基因的转录表达介导炎性反应。NF-κB激活可引起氧化应激反应，从而导致血管内皮损伤并激活p53、p21 等目的基因调节血管内皮细胞及内皮祖细胞的凋亡和增殖，这一过程最终将加速血管老化。既往研究表明，NF-κB 与NLRP3 炎症小体交互作用，可增加糖尿病微血管疾病的发病率。内源性或外源性刺激信号调节NF-κB 信号通路，使NF-κB 的结合亚基p50 激活NLRP3 的启动子，在转录水平刺激巨噬细胞NLRP3 表达，从而有效激活NLRP3 炎症小体［6］。因此，抑制NF-κB 通路可减少NLRP3 的生成与Caspase-1 的裂解，减少IL-1β、IL-18 的生成与分泌，抑制炎症反应，从而降低糖尿病性血管老化的风险。

Toll样信号通路（TLRs）是表达最广泛的模式识别受体，通过TLRs 途径介导的磷酸化NLRP3 是激活NLRP3 炎症小体的开关，NLRP3 磷酸化可以调节TLRs/NF-κB 信号的传导，在转录和翻译水平调节NLRP3 的激活。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是细胞生长和增殖的重要调节因子，参与衰老调控和机体代谢等过程，高葡萄糖以时间依赖性方式诱导mTOR 磷酸化，促进NF-κB 信号传递。研究显示，mTOR 信号途径的调控异常与细胞衰亡密切相关，mTOR 抑制剂可以通过靶向抑制NF-κB信号通路来改善高葡萄糖诱导的NLRP3 炎症小体活化［7］，表明mTOR 可以通过NF-κB 途径调节基因转录，上调NLRP3 炎症小体的表达。

近年来，已发现有多种药物通过抑制NF-κB 信号通路减轻糖尿病血管病变的损害程度。甘草素可以抑制汞诱导的NF-κB 和NLRP3 炎症小体通路的激活，减轻高血糖诱导的炎症、氧化应激和细胞外基质积聚，可能成为预防糖尿病血管并发症进展的有效药物［8］。红景天苷能够通过抑制NF-κB p65 介导的NLRP3 炎症小体活化来缓解血管内皮的炎症和氧化应激［9］。芍药苷作用于糖尿病足溃疡大鼠体内的趋化因子受体，可抑制NF-κB 介导的NLRP3 炎症小体活化，降低炎症反应，促进血管新生，有助于伤口愈合，是糖尿病足的潜在治疗用药［10］。

1.2 ROS/TXNIP 信号通路 持续氧化应激和无菌性炎症的相互作用是糖尿病性血管老化发病机制的主要决定因素。在糖尿病环境中，慢性高血糖引起ROS过度生成，自由基过度蓄积损伤血管结构，促进氧化应激的发生，是糖尿病血管并发症的主要诱发因素。TXNIP是硫氧还蛋白氧化还原系统的内源性抑制剂，是连接内质网应激、炎症和凋亡的重要分子。ROS 过表达促进TXNIP 与NLRP3 的结合，引起血管内皮细胞的炎症反应［11］。MOHAMED 等［12］通过观察胰岛素抵抗大鼠，提出ROS/TXNIP 表达增强在诱导细胞促炎因子的生成与分泌中起关键作用，可引发内皮细胞微炎症状态与微血管变形。另有研究显示，高糖诱导的内质网应激可以促进内皮祖细胞中线粒体ROS 的释放，加速NLRP3 炎症小体的生成与活化，介导内皮祖细胞的功能障碍与细胞焦亡；抑制ROS/TXNIP 信号通路可有效抑制Caspase-1、IL-1β、IL-18的分泌水平［13］。

抑制或减少ROS 生成可下调TXNIP 表达，进而有效抑制NLRP3 的激活。FATMA 等［14］报道，富马酸二甲酯能够抑制ROS/TXNIP/NLRP3 炎症小体通路，从而改善糖尿病相关血管并发症。CHEN 等［15］对糖尿病视网膜病变大鼠腹腔注射米诺环素，发现其可显著抑制ROS 生成，降低TXNIP 表达，随后抑制NLRP3 活化，进一步降低炎症因子的分泌，有效改善糖尿病大鼠视网膜血管的通透性，抑制视网膜血管内皮细胞的凋亡。这表明TXNIP/NLRP3 途径是治疗糖尿病视网膜病变的潜在治疗靶点。LU等［16］发现，维生素D3能够减少糖尿病诱导的血管内皮细胞氧化应激，防止视网膜的血管损伤和细胞凋亡，其作用机制与抑制ROS/TXNIP/NLRP3 炎症小体通路密切相关。ZHOU 等［17］发现，低浓度阿司匹林通过抑制ROS/TXNIP 通路，以剂量依赖的形式体外抑制NLRP3 炎症小体的形成和活化，恢复血管内皮紧密连接蛋白的表达，提示阿司匹林可通过抑制NLRP3 炎症小体的激活来改善内皮细胞的功能障碍。

2 抑制NLRP3炎症小体激活的信号通路

NLRP3 炎症小体的负向调节机制主要是阻断炎症小体的组装，有些分子含有可与炎症小体结合的相似结构域，通过与ASC 的结合抑制NLRP3 炎症小体复合物的组装，抑制NLRP3 炎症小体激活。糖尿病环境下产生的内源性刺激引起非正常炎症与自噬反应可以诱导血管老化，而通过激活磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）与核因子红细胞系2 相关因子2（Nrf2）通路可抑制NLRP3炎症小体的活化，有效抑制血管内皮细胞老化的发生。

2.1 AMPK 信号通路 AMPK 是参与生物代谢调节的关键酶蛋白，与多种代谢疾病和线粒体功能障碍疾病相关，并且影响炎症和细胞凋亡的过程。IL-10等抗炎因子能够激活AMPK，负向调节NF-κB 信号通路，抑制炎症进程。此外，AMPK 是自噬激活的经典通路。自噬是一种真核生物特有的胞内降解系统，通过参与调节炎症小体活化和失活的过程维持内环境稳态。XING等［18］研究显示，棕榈酸等饱和脂肪酸通过AMPK-自噬—线粒体ROS 信号轴激活NLRP3炎症小体，诱导IL-1β和IL-18分泌。

研究表明，激活AMPK 信号通路对糖尿病心血管并发症和糖尿病性神经病变有改善作用。LIAN等［19］发现，葛根的有效活性成分异黄酮以AMPK 依赖性方式激活自噬，抑制高血糖诱导激活的NLRP3炎症小体的活性，缓解心血管内皮细胞的连接功能障碍，对高血糖诱导的慢性血管疾病具有很强的保护作用。TANG 等［13］对高脂饮食大鼠使用丹参多酚酸B，发现其可调节大鼠体内AMPK 通路，抑制由NLRP3 炎症小体活化而诱导的内皮祖细胞焦亡，认为丹参多酚酸B是治疗动脉粥样硬化性心脏病的潜在新型药物。

2.2 Nrf2 信号通路 Nrf2 通过调控抗氧化酶及转运体的表达参与体内氧化还原反应，维持内环境稳态。Nrf2 是内源性抗氧化信号的核心转录因子，在机体氧化应激及炎症反应过程中起保护作用，上调Nrf2表达可以保护机体免受过量ROS引起的细胞损伤，抑制炎症反应。高糖环境了抑制Nrf2 的表达，导致氧化应激的发生风险显著增加。动物实验显示，老年糖尿病小鼠体内Nrf2 表达下降，内皮祖细胞的生物学功能下降，并伴有氧化应激增强、内皮细胞衰老和功能障碍等一系列病理进程；而促进Nrf2表达可抑制NLRP3 炎症小体的活化，改善氧化应激水平，保护老年糖尿病小鼠血管内皮细胞的生理活性［20］。对多种天然或合成化合物的实验室研究也揭示了激活Nrf2 对NLRP3 炎症小体的活化具有抑制作用。HU 等［21］发现，二氢杨梅素作为一种天然的类黄酮，可通过激活Nrf2 以上调血红素加氧酶和醌氧化还原酶1表达水平，减少ROS生成，抑制NLRP3炎症小体活化诱导的血管内皮细胞焦亡，发挥抗氧化和抗炎的生物活性，从而有效维持血管环境稳态，改善动脉粥样硬化。

糖尿病血管并发症是我国老年糖尿病患者死亡的首要原因，深入探讨NLRP3 炎症小体参与糖尿病性血管老化的发病机制及激活途径，有助于阐明糖尿病血管并发症的病理过程，针对上述途径采取干预措施，是糖尿病血管并发症预防和治疗的关键。NLRP3 炎症小体在糖尿病诱导血管老化的进程中具有核心地位，通过多种通路交互作用，介导一系列细胞级联反应，血管老化的病理进程。在糖尿病性血管老化的防治中，稳定NLRP3 炎症小体，抑制炎症反应、氧化应激、内质网应激与细胞焦亡等均具有重要价值。根据现有研究结果，多种药物或化合物可通过靶向抑制NLRP3 的激活以延缓糖尿病性血管老化的进程，如小分子抑制剂MCC950 首次证实可直接作用于NLRP3 产生抑制活性，受到重点关注。以NLRP3 炎症小体为核心，聚焦于血管内皮细胞，通过抑制上下游通路的激活与抑制，针对免疫炎症反应进行的靶向治疗已获得显著成果。进一步深入挖掘糖尿病血管老化的发病机制和炎症小体的激活机制，能够为探索药物的新作用靶点与临床新药的研发提供新思路。