NLRP3炎症小体在眼科疾病的研究进展

许嘉洋 张天资 樊世超

1.内蒙古民族大学临床医 （蒙医）学院，内蒙古 通辽 028000；2.内蒙古民族大学附属医院眼科，内蒙古 通辽 028000；3.湖北省十堰市人民医院眼科，湖北 十堰 442000

炎症是一种防御机制，其特征是通过信号激活先天免疫系统，以应对病原体、死亡细胞、创伤或化学诱导的损伤。炎性小体在促炎细胞因子的激活和释放中起着复杂而重要的作用。近年来，不同炎症小体的分子组成和激活机制得到了广泛的研究。其中，NLRP3 炎症小体是目前研究最多和最具特征的，因为它能够被各种刺激激活并在多种自身免疫性疾病和炎症疾病中发挥重要作用。本文简要介绍了NLRP3炎症小体的生物学特征及其激活和调控机制，并总结近年来NLRP3 炎症小体与眼科疾病的联系。

1 NLRP3炎症小体的激活

NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NODlike receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎症小体是一种多蛋白复合体，由上游传感器蛋白模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）、下游效应蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1，caspase-1）前体和含有CARD 的凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）组成[1]，其主要在免疫和炎症细胞中表达，如单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞。当细胞受到病原相关分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）、损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）及其他外源性入侵或者应激条件下刺激时[2]，NLRP3 和ASC 中的pyrin 结构域（pyrin domain，PYD）之间的相互作用，产生NLRP3 炎性小体。该复合物使pro-caspase-1自裂解，诱导caspase-1 自动激活，同时促进炎性因子白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和白细胞介素-18（interleukin-18，IL-18）的加工和释放，以及增加Gasdermin 家族蛋白D（Gasdermin D，GSDMD）的释放以促进细胞焦亡[3]。

目前认为NLRP3 炎症小体的激活机制有很多种：离子流通量的改变（如K+外流、Ca2+超载、Na+内流）、线粒体功能障碍、ROS 的产生以及溶酶体损伤，这些不同的上游信号通路可能相互关联或独立。①细胞外Ca2+可通过钙敏感受体触发磷脂酶C 诱导细胞内质网的Ca2+释放，从而激活NLRP3[4]。②DAMPs/PAMPs 通过泛连接蛋白1（pannexin 1，PANX1）激活嘌呤能离子通道型受体7（purinergic ligand-gated ion channel 7 receptor，P2X7R），使细胞内K+浓度降低，导致NLRP3 炎症细胞的活化[5]。③Na+内流时，细胞通过被动平衡将K+降低到阈值以下，导致NLRP3 炎症小体的激活[6]。④线粒体损伤或内质网应激时释放过量的ROS，激活NLRP3 炎症小体，从而诱发炎症反应[7-8]。⑤溶酶体失稳时，吞噬作用不能充分进行，导致溶酶体破裂，最终释放组织蛋白酶B，引起NLRP3 炎性小体组装[3]。

2 NLRP3炎症小体与眼科疾病

2.1 NLRP3与年龄相关性黄斑变性

年龄相关性黄斑病变（age-related macular degeneration，AMD）是一种由视网膜变性引起，特别是黄斑处视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）细胞功能的丧失，最终引起感光细胞受损的眼病[9]。AMD 的发病原因和机制尚不明确，目前认为与遗传、视网膜慢性光损伤、营养不良、吸烟、中毒、免疫异常等因素相关。

炎症是萎缩性和新生血管性AMD 发病的主要因素，NLRP3 炎症小体作为一种促炎蛋白复合物，主要通过生成IL-1β 和IL-18 促进病理性新生血管的生成。通过临床研究发现，AMD 患者玻璃体内和血清中NLRP3 炎症小体处于激活状态且IL-1β 及IL-18 含量增高[10]，且在不同动物模型中也证实了IL-1β 的水平变化与光感受器变性有关[11-12]。通过观察使用白藜芦醇对暴露在苯二酚中的ARPE-19 细胞的影响，发现白藜芦醇作为抗氧化应激药物，可以抑制ROS 释放，减少NLRP3 炎症通路的激活，增加细胞活力[7]。Wang 等[13]通过对人类和小鼠的RPE细胞来验证新型选择性NLRP3 抑制剂（IFM-514、IFM-632 和CRID3）是否对AMD 患者体内激活的NLRP3 炎症小体有效。研究发现，上述3 种NLRP3抑制剂对不同刺激下（包括溶酶体破裂、氧化应激、脂褐素介导的光氧化损伤及P2X7 介导）所引起的NLRP3 炎症小体激活都有明显的抑制作用。实验结果表明，选择性NLRP3 抑制剂可以有效的抑制人类和小鼠的RPE 细胞中炎症小体的激活，以延缓或防治AMD 的进展。

2.2 NLRP3与干眼症（dry eye disease，DED）

DED 是一种与多种因素相关，主要由泪膜渗透压增加和角膜结膜组织炎症引起的眼表疾病。其发病机制尚未完全明确，高渗透压、角膜炎症和损伤、神经感觉异常均可导致DED 的发生，其中泪液渗透压升高被认为是DED 发病的主要机制。

泪膜、多糖-蛋白复合物和上皮细胞构成眼睛与外界环境的物理屏障，防止微生物的黏附和毒素的侵入，以保护眼表。当眼表屏障功能被破坏时，Toll 样受体（Toll-like receptors，TLR）表达显著增加，会激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）蛋白和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），从而诱导IL-1β 和肿瘤坏死因子α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）等炎症因子的分泌[14]。DED 患者及在高渗应激刺激下的DED 小鼠模型和ROS-NLRP3-IL-1β 信号通路之间可能存在启动作用[15-17]。同时有研究表明[18]，NLRP3 炎症小体的mRNA 和蛋白质表达在DED 患者泪液中升高，其下游因子caspase-1、IL-1β 和IL-18 在DED患者泪液中同样升高。Yang 等[19]通过局部给药青蒿素类似物发现可显著增加DED 大鼠泪液分泌并降低了结膜炎症介质的水平。其治疗效果的机制可能与直接抑制巨噬细胞中Toll 样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）的炎症通路以及在DED 过程中对眼组织中TLR4 异常表达和内源性TLR4 配体生成的综合调节有关。以上这些发现使临床对DED 的发病机制和发生发展有了进一步的了解，需要进一步阐明及探索DED 与NLRP3 相关信号通路中的具体作用以及形成过程中的机制。

2.3 NLRP3与糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）

DR 是糖尿病最常见的并发症之一可导致严重的视力损害和失明。长期高血糖会导致眼部血管异常、血视网膜屏障损伤和神经元功能障碍，这可导致临床可见的非增殖性糖尿病视网膜病变（nonproliferative diabetic retinopathy，NPDR）。随着缺血的增加，患者可能会发展为增殖性糖尿病视网膜病变（proliferative diabetic retinopathy，PDR），发生新生血管并发症，导致视力丧失。

在一项探索NLRP3 炎症小体诱导的炎症与DR疾病严重程度关系的实验中，发现DR 患者的外周血中NLRP3、ASC 和caspase-1 基因和蛋白表达增加[20]。同样，高糖（high glucose，HG）可通过P2X7R激活NLRP3 炎症小体并触发IL-1β 和IL-18 的成熟及分泌，Hui[21]的研究表明2 型糖尿病患者肠道中的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）与HG 联合培养可以诱导视网膜上皮细胞中P2X7 和NLRP3 的转录，同时caspase-11、caspase-3、caspase-1 和IL-18蛋白水平也在升高。而且在对DR 小鼠模型玻璃体内注射NLRP3 抑制剂后，减少了由HG 激活的IL-1β/IL-18 的生成，减少了视网膜新生血管形成和视网膜血管渗漏[22]。这些结果表明，NLRP3 炎症小体在成人DR 中表达上调，可能在DR 的发病和进展中发挥着关键作用。

2.4 NLRP3与青光眼

青光眼（glaucoma）是一种视网膜神经节细胞（retinal ganglion cell，RGCs）丢失和视神经损伤为特征的视神经病变，是导致单眼或双眼视觉通路破坏、视野丧失和永久性失明的主要原因。其发病因素复杂，病理生理机制尚未明确，而炎症小体的表达已被证实在青光眼中起到关键作用。

最近的一些研究发现[23-24]，在青光眼早期时视神经头和视网膜中存在显著的炎症基因。青光眼发生时会导致星形胶质细胞和小胶质细胞过度表达，进行氧化应激，使ROS 及炎症水平增加。在眼压升高时，小胶质细胞通过激活ATP 受体对受损部位做出反应，导致视网膜P2X7R-ATP-NLRP3 通路被激活，释放相关的促炎因子，包括TNF-α、IL-1β、IL-18 和IL-11，同时在体内和体外通过caspase-1所依赖的GSDMD 启动焦亡，从而诱导缺血和高眼压中的神经炎症和RGCs 的死亡[25-26]。以上证据为临床更好地掌握青光眼及未来的靶向治疗提供了新思路和研究方向。

2.5 NLRP3与角膜炎

当角膜防御减弱因外界因素或内源性因素侵袭时，就会产生炎症。有研究发现[27]，NLRP3 介导的细胞焦亡与白色念珠菌角膜炎的严重程度有关。NLRP3 炎症小体会诱导角膜上皮细胞（human comeal epithelial cells，HCECs）焦亡，这种激活与细胞的K+外排有关。在使用K+通道抑制剂后，抑制了NLRP3/caspase-1/GSDMD 通路，减少了IL-1β、IL-18 的分泌和LDH 的释放。Shimizu 等[28]通过LSP 或碱烧伤使C57 小鼠发生无菌性角膜炎，并发现其角膜基质中NLRP3 炎症小体相关的多种因子均上调。而NLRP3 基因敲除小鼠的角膜混浊程度较C57 小鼠明显降低，且IL-1β 的表达下调，说明NLRP3 炎症小体对于角膜具有促炎作用。

3 小结

NLRP3 炎性小体在先天免疫系统对各种刺激的反应中起着复杂而重要的作用。随着研究的不断深入，证明了NLRP3 炎症小体及其相关通路在各种眼部疾病中发挥着极其重要的作用，其抑制剂也在相关眼部疾病的细胞实验及动物模型中得到了验证。因此，未来可以通过应用相应的抑制剂阻断NLRP3 炎症通路，从而达到对相关疾病的预防及治疗。