NOD 样受体蛋白3炎症小体在女性生殖系统疾病中的作用及机制研究进展

程怡怡，潘 莹，李 想，许一骁，陈雨菲菲，童福雯，3，刘 刚，王现伟，，郭志坤，胡利霞，孙永琨，

(1.新乡医学院第三附属医院,河南 新乡 453003; 2.新乡医学院基础医学院,河南 新乡 453003;3.新乡医学院三全学院,河南 新乡 453003;4.河南省医用组织再生重点实验室,河南 新乡 453003)

核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复序列家族,又称为NOD样受体(NOD-like receptor,NLR),包括NLRA、NLRB、NLRC、NLRP及NLRX5种亚型,是反映细胞应激和微生物感染的多结构域蛋白超家族[1]。特别是NLRP亚型家族成员NOD 样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3),是目前研究最广泛的炎症体复合物。NLRP3炎症小体是先天免疫系统的一个重要组成部分,可被多种刺激物激活,主要通过结合细胞外Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)和细胞内NOD样受体2种模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)诱导相关炎症反应[2-4]。研究显示,NLRP3炎症小体的过度激活可调控炎症性疾病和癌症性疾病的发生发展,在炎症性肠病、纤维化性疾病、癌症性疾病、心血管性疾病、糖尿病等多种疾病中发挥重要作用[5-10]。NLRP3炎症小体与女性生殖系统相关疾病如盆腔炎症性疾病、生殖系统肿瘤、生殖内分泌疾病、妊娠相关疾病的发生发展密切相关,但相关作用机制尚不明确。因此,探讨NLRP3 炎症小体在女性生殖系统相关疾病中的作用及机制对阻断疾病的进程具有重要意义。本文对NLRP3炎症小体在女性生殖系统相关疾病中的作用及机制进行综述,以期为女性生殖系统相关疾病的治疗提供新思路。

1 NLRP3炎症小体的组成和激活

1.1 NLRP3 炎症小体的组成

NLRP3炎症小体由3种不同类型的蛋白质组成,主要是由感受器NLRP3受体分子、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)和下游的效应蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1前体(cysteine aspartate specific proteinase precursor,pro-caspase-1)组成[11]。NLRP3受体分子包含3个结构域:富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat,LRR)结构域、NACHT结构域、热蛋白结构域(pyrin domain,PYD)[12]。ASC 是一种含有氨基末端 PYD 和羧基末端半胱氨酸天冬氨酸酶募集结构域(carboxy-terminal caspase recruitment domain,CARD)的接头分子。pro-caspase-1包括氨基末端 CARD、中央大催化结构域(p20)和羧基末端小催化亚基结构域 (p10)[13-14]。NLRP3炎症小体的组装依赖于NLRP3受体分子中PYD结构域与接头蛋白ASC中PYD结构域之间的同型相互作用,以及ASC中CARD结构域与pro-caspase-1中CARD结构域之间的同型相互作用,从而形成大分子复合物NLRP3-ASC-pro-caspase-1[11,14]。

1.2 NLRP3炎症小体的激活

当NLRP3受体分子受到内源性或外源性刺激物的激活后,NLRP3通过NACHT结构域之间的同型相互作用寡聚化,NLRP3的PYD 结构域与ASC的PYD结构域之间相互作用,ASC中CARD结构域与pro-caspase-1中CARD结构域相互作用,三者共同形成NLRP3-ASC-pro-caspase-1,使pro-caspase-1活化,形成具有催化活性的caspase-1。活化的caspase-1可裂解白细胞介素-1β前体(pro-interleukin-1β,pro-IL-1β)和白细胞介素-18前体(pro-interleukin-18,pro-IL-18),分别产生成熟且具有生物活性的细胞因子白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白细胞介素-18(interleukin-18, IL-18)。此外,活化的caspase-1可将消皮素D(gasdermin D,GSDMD)剪切成N端结构域和C端结构域,GSDMD N端结构域聚集在细胞膜上使细胞膜肿胀、破裂,并释放出IL-1β、IL-18等相关炎症因子,进而引起炎症反应,即GSDMD介导的程序性炎症细胞死亡,又称细胞焦亡[15-18]。

NLRP3炎症小体主要通过3种途径被激活:经典途径、非经典途径和替代途径。NLRP3炎症小体被激活的经典途径通常需要2个信号,分别为启动信号和激活信号。启动信号主要由TLR和转录因子κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)传导,可促进NLRP3-ASC-pro-caspase-1炎症小体的组装,从而促进细胞表达NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18[19]。激活信号主要为病原体相关的分子模式或损伤相关的分子模式诱导引起的K+、Cl-外流以及Ca2+流动、溶酶体破裂、线粒体活性氧簇的产生等[13]。

NLRP3炎症小体激活的非经典途径为:革兰阴性菌的脂多糖激活Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4),并经TLR4和Toll/白细胞介素-1受体结构域接头分子(Toll-interleukin 1 receptor domain-containing adapter-inducing interferon-b,TRIF)途径促进I型干扰素的表达,从而导致鸟氨酸结合蛋白、免疫相关GTPase家族成员b10和caspase-11、caspase-4/5表达上调;caspase-11和caspase-4/5可分别识别小鼠和人类细胞质中内毒素,从而被激活。活化的caspase-11、caspase-4/5可激活半胱氨酸蛋白酶,促使GSDMD裂解;GSDMD N端结构域与膜脂结合,使细胞膜寡聚形成孔隙,介导K+外流,从而导致NLRP3炎症小体的激活和细胞焦亡[20-21]。

在人类单核细胞中,脂多糖可触发NLRP3炎症小体的替代激活途径,其不依赖于K+外流、焦亡诱导及焦亡体形成,而是通过NLRP3上游的TLR4-TRIF-受体相互作用蛋白激酶1-Fas相关死亡结构域蛋白-半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8信号通路传导,从而导致NLRP3炎症小体的激活[19,22]。

2 NLRP3炎症小体在女性生殖系统炎症性疾病中的作用及机制

研究发现,慢性子宫内膜炎的患病率在不孕女性中为2.8%～56.8%,在反复植入失败的女性中为14.0%～67.5%,在复发性流产女性中为 9.3%～67.6%[23]。急慢性宫颈炎、子宫内膜炎是女性生殖系统常见的炎症性疾病,其高危因素有年龄增长、不洁性生活史、下生殖道感染、子宫腔手术后感染、邻近器官炎症蔓延等。女性生殖系统炎症性疾病可表现为无症状或轻微症状,包括白带异常、异常子宫出血、盆腔疼痛等,严重者可导致宫腔粘连、不孕不育、异位妊娠、流产、早产等,给患者的生活和身心健康造成严重影响。目前,抗生素药物治疗是临床上常用的治疗手段,但容易产生耐药性及不良反应[24]。因此,对于女性生殖系统炎症性疾病的治疗需要更为有效的措施。

研究显示,沙眼衣原体可感染宫颈上皮细胞诱发宫颈炎,其机制为沙眼衣原体感染可激活NLRP3炎症小体的经典途径,导致 caspase-1活化,从而诱发促炎细胞因子的释放[25]。有研究显示,患有产后子宫内膜炎奶牛的子宫内膜组织中腔上皮细胞、腺上皮细胞、下层基质成纤维细胞以及浸润的免疫细胞中IL-1β表达水平较健康奶牛显著升高;此外,用脂多糖和微生物毒素尼日利亚霉素刺激原代子宫内膜上皮细胞、基质成纤维细胞后,子宫内膜上皮细胞表达NLRP3、NIMA相关蛋白激酶7和caspase-4显著升高,而在基质成纤维细胞中的表达变化不明显;使用NLRP3炎症小体抑制剂MCC950刺激原代子宫内膜上皮细胞和基质成纤维细胞,可降低依赖于caspase-4介导的IL-1β表达[26]。HU等[27]研究发现,在脂多糖诱导的小鼠子宫内膜炎模型中,褪黑素可抑制子宫组织的病理变化及子宫组织中髓过氧化物酶活化,还可抑制子宫组织中NF-κB、NLRP3炎症小体的激活,从而抑制炎症因子NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β表达。李鲜风等[28]使用脂多糖诱导小鼠子宫内膜炎模型,结果发现,右美托定可以通过下调p-p65/p65的表达,抑制TLR4介导的NF-κB信号通路,使NLRP3、ASC和caspase-1、IL-1β及IL-18的表达水平显著降低,从而减轻子宫内膜炎症反应。以上研究表明,NLRP3 炎症小体在女性生殖系统炎症性疾病炎症反应过程起到重要作用,NLRP3 炎症小体与盆腔炎症性疾病的发生发展密切相关。

3 NLRP3 炎症小体在女性生殖系统肿瘤中的作用及机制

宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌是常见的女性生殖系统肿瘤,手术治疗及辅助放化疗为目前常见的治疗方式,但术后复发率仍较高,严重影响女性的身心健康。肿瘤微环境中的炎症因子和免疫细胞相互作用可发挥抗肿瘤或促肿瘤作用。NLRP3炎性小体可促进炎症介质产生,从而参与肿瘤的发生发展。深入研究NLRP3炎症小体在肿瘤发生发展中的作用机制可为女性生殖系统恶性肿瘤的预防和治疗提供新的思路和方向。

3.1 NLRP3炎症小体与宫颈癌

宫颈癌是全球第四大最常见的女性恶性肿瘤,仅次于乳腺癌、结直肠癌和肺癌[29-30]。近年来,随着居民宫颈癌防治意识的增强以及疫苗接种的普及,宫颈癌的发病率和病死率显著下降;但在缺乏有组织的筛查和预防计划的中低收入国家,宫颈癌的发病率和病死率仍呈上升趋势[31]。NLRP3炎症小体与子宫颈癌的发生发展有一定相关性。研究发现,槲皮素能够通过抑制宫颈癌Hela细胞中NLRP3炎症小体相关蛋白的表达,减轻炎症反应,并可诱导宫颈癌Hela细胞的凋亡,从而抑制宫颈癌细胞的生长[32]。另有研究发现,与健康受试者比较,宫颈癌患者宫颈癌组织中,微RNA(microRNA,miR)-214和NLRP3的表达下调[33]。因此,NLRP3炎症小体是否能成为治疗宫颈癌的靶点仍有待进一步研究。

3.2 NLRP3与子宫内膜癌

子宫内膜癌是发达国家最常见的女性生殖系统恶性肿瘤,在全球范围内其发病率和患病率均呈上升趋势。子宫内膜癌多于绝经后期发病,与绝经后雌激素治疗、高血压、肥胖、糖尿病等因素有关[34-35]。已有研究报道,与正常子宫内膜组织相比,NLRP3在子宫内膜癌组织中表达升高,下调NLRP3可抑制子宫内膜腺癌细胞的增殖、迁移及侵袭能力[36]。有研究报道,雌激素通过雌激素受体β促进NLPR3炎性小体激活,进而促进子宫内膜癌细胞增殖[37]。以上研究表明,NLPR3炎症小体的激活与子宫内膜癌的发生发展有关,这为子宫内膜癌的治疗提供新的思路。

3.3 NLRP3与卵巢癌

卵巢癌起源于卵巢、输卵管和腹膜,是女性生殖系统常见的恶性肿瘤之一,病死率较高[38]。尽管目前卵巢癌的诊断和治疗方面的管理有所改善,但患者的长期生存率仍较低[39]。肿瘤微环境对卵巢癌的发展起着重要的调控作用,可影响卵巢癌患者的预后。慢性炎症可导致卵巢微环境改变,且与癌症风险呈正相关,是卵巢癌发展的一个重要因素。研究发现,与正常卵巢组织比较,卵巢癌组织表面上皮细胞、肿瘤细胞和免疫细胞中caspase-1、IL-1β和IL-18炎症因子的表达水平较高[40]。有研究显示,NLRP3和miR-22在卵巢癌中的表达呈负相关,NLRP3在卵巢癌组织和细胞中高表达,而miR-22呈低表达,推测miR-22可通过与NLRP3 mRNA的3′-非翻译区结合,从而使卵巢癌细胞活力和上皮细胞间充质转化增强,并抑制磷脂酰肌醇3激酶/ 蛋白激酶B信号通路[41]。以上研究表明,NLRP3可能在卵巢癌的发病机制中起着关键作用,这为研究卵巢癌的发病机制提供了新的视角。

4 NLRP3炎症小体在女性内分泌和生殖系统疾病中的作用及机制

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)是一种常见的内分泌和生殖系统疾病,以不同程度的雄激素过多症(多毛症、痤疮)、月经异常、肥胖为主要临床表现,影响7%～15%的育龄妇女[42]。PCOS是一种慢性炎症性疾病,与遗传、营养模式、2型糖尿病、肥胖和氧化应激等多因素相关。有研究发现,与健康受试者相比,PCOS患者外周血中NLRP3、AIM2、ASC、caspase-1和IL-18表达水平显著升高;PCOS患者与健康受试者血清中IL-1β表达水平比较差异无统计学意义;与体质量正常的PCOS患者相比,超重PCOS患者血清中IL-1β水平较高[43]。提示 IL-18和IL-1β的表达水平较高可能是由于AIM2、NALP3或NLR家族凋亡抑制蛋白炎症小体的激活,这可能在PCOS的免疫病理学机制中起到关键作用。有研究表明,在PCOS的发展过程中,卵巢功能障碍、无排卵均与卵巢纤维化密切相关,NLRP3炎症小体的激活加重了PCOS小鼠的卵巢纤维化,而应用NLRP3特异性抑制剂INF39可使卵巢间质纤维化明显减轻[44]。因此,NLRP3炎症小体可能是预防卵巢纤维化的潜在靶点,但是否能改善PCOS的卵巢功能尚不清楚,NLRP3炎症小体在PCOS中的确切作用机制仍需进一步研究,以期为PCOS提供新的治疗思路。

5 NLRP3炎症小体在妊娠相关疾病中的作用及机制

NLRP3炎症小体参与正常妊娠及分娩过程。在自发性流产及反复性流产患者中,NLRP3炎症小体相关因子在绒毛滋养细胞中表达较高,可引起母体炎症反应,从而导致流产的发生,但具体的分子作用机制尚不明确[45]。有研究发现,妊娠期高血压孕妇胎盘组织中NLRP3和相关因子(caspase-1、IL-1β、IL-18)的表达显著高于健康孕妇,且特定的NLRP3基因多态性与妊娠期高血压疾病发展风险相关[46]。有研究发现,与正常妊娠妇女相比,妊娠期糖尿病患者的胎盘组织中NLRP3炎症小体相关因子的表达明显增高,通过使用NLRP3抑制剂可减轻妊娠期糖尿病的相关症状,提示NLRP3炎症小体可能参与了妊娠期糖尿病发生、发展过程,但具体发病机制有待进一步探索[47]。此外,还有研究发现,NLRP3可能与早产、胎儿宫内生长受限等胎盘炎症性疾病的发生发展相关[48]。

6 结论

NLRP3炎症小体参与了女性生殖系统炎症性疾病、生殖系统肿瘤、内分泌和生殖系统疾病、妊娠相关性疾病的发生发展,但其具体的激活和调控机制尚不明确,仍需进一步的深入研究。随着对NLRP3炎症小体活化机制的研究和探索,将有可能进一步明确NLRP3炎症小体与女性生殖系统疾病发病机制以及特异性NLRP3分子靶点药物,从而为治疗女性生殖系统疾病提供参考。