王 敏，朱惠芳，羅開源

（1.贛南醫(yī)學(xué)院2019級(jí)碩士研究生；2.贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院兒童醫(yī)學(xué)中心，江西 贛州 341000）

膿毒癥是由于宿主對(duì)感染的反應(yīng)失調(diào)導(dǎo)致危及生命的器官功能障礙［1-2］。膿毒癥的病理生理極為復(fù)雜，與免疫反應(yīng)密切相關(guān)，如果不能及早發(fā)現(xiàn)和治療，很可能進(jìn)一步發(fā)展為膿毒性休克，更嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)多器官功能衰竭甚至死亡等不良結(jié)局。膿毒癥仍是全球范圍內(nèi)主要的死亡原因之一，具有較高的發(fā)病率和死亡率，給全世界造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2017 年，全世界膿毒癥病例近5 000 萬(wàn)，與膿毒癥相關(guān)的死亡病例近1 100 萬(wàn)；同年5 月26 日，世界衛(wèi)生大會(huì)和世界衛(wèi)生組織已經(jīng)將膿毒癥列為全球衛(wèi)生優(yōu)先事項(xiàng)［3］。目前膿毒癥尚無(wú)特異性生物標(biāo)志物，也無(wú)特效治療藥物，尋求膿毒癥早期診斷指標(biāo)以及治療的新靶點(diǎn)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

Nod樣受體家族核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors family pyrin domain containing 3，NLRP3）炎癥小體是固有免疫反應(yīng)的重要組成部分，固有免疫系統(tǒng)通過特定的模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs）識(shí)別體外入侵的各種微生物以及體內(nèi)的危險(xiǎn)刺激信號(hào)。PRRs的種類較多，存在形式多樣，不僅在細(xì)胞膜上表達(dá)，也在細(xì)胞質(zhì)中以及溶酶體膜等廣泛分布，目前研究較多的主要有位于細(xì)胞膜上的Toll 樣受體（Toll-Like Receptors，TLRs）和位于細(xì)胞質(zhì)中的Nod 樣受體（Nod-Like Receptors，NLRs），這兩類PRRs 能識(shí)別病原體相關(guān)分子模式（Pathogen associated moleculal patterns，PAMPs）或損傷相關(guān)分子模式（Damage associated moleculal patterns，DAMPs）［4］。NLRP3 炎癥小體能夠促進(jìn)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1，Caspase-1）依賴性的白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和白細(xì)胞介素-18（interleukin-18，IL-18）的成熟，從而激活下游炎癥相關(guān)信號(hào)通路。

已有證據(jù)表明NLRP3 炎癥小體的過度激活與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，包括代謝性疾?。ㄈ鐒?dòng)脈粥樣硬化、2 型糖尿病、肥胖）［5-6］、心腦血管疾?。ㄈ毖宰渲校?］、炎癥性疾?。ㄈ绺闻K疾病、炎癥性腸?。?-9］、神經(jīng)退行性疾?。ㄈ绾嗤㈩D病、帕金森綜合征、阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化癥）［10］、自身免疫性疾?。ㄈ缱陨砻庖咝阅X炎）［11-12］以及腫瘤性疾?。?3］。還有研究者推測(cè)NLRP3 與早產(chǎn)的關(guān)系，認(rèn)為絨毛膜NLRP3 炎癥小體的過早激活是導(dǎo)致早產(chǎn)的重要機(jī)制，胎盤中NLRP3 炎癥小體的激活也參與了子癇前期和其他胎盤疾病的發(fā)生［14］。研究發(fā)現(xiàn)，多種細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6、IL-12、IL-17、TNF-α、IFN-γ等與膿毒癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)［15］。這提示NLRP3 炎癥小體及其炎癥信號(hào)通路或許有望成為膿毒癥的診斷指標(biāo)和治療靶點(diǎn)。本綜述主要總結(jié)了近年來NLRP3 炎癥小體在膿毒癥及其相關(guān)器官功能障礙中的研究進(jìn)展。

1 NLRP3炎癥小體結(jié)構(gòu)及其下游細(xì)胞因子

自從MARTINON F 等［16］在2002 年提出炎癥小體的概念以來，研究者們對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、功能及其機(jī)制的認(rèn)識(shí)在不斷完善。目前研究發(fā)現(xiàn)了5種主要的炎癥小體，包括NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2 和Pyrin 炎癥小體［17］。迄今為止，研究最充分的炎癥小體是NLRP3 炎癥小體（一類分子量約為700 kDa 的胞漿內(nèi)多聚體蛋白復(fù)合體），包括NLRP3、接頭蛋白凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein，ASC）、Caspase-1 三部分。NLRP3 包含三個(gè)結(jié)構(gòu)域：羧基末端富含亮氨酸重復(fù)序列的受體（LRR）結(jié)構(gòu)域，主要通過LRR 識(shí)別和結(jié)合PAMPs 或DAMPs；氨基端吡啶（PYD）結(jié)構(gòu)域，連接下游銜接蛋白及效應(yīng)分子；具有ATP 酶活性的核苷酸結(jié)合和寡聚（Nacht）結(jié)構(gòu)域，是Nod 樣受體的核心部分，在LRR 識(shí)別并結(jié)合PAMPs 或DAMPs 后，發(fā)生自身寡聚化，使受體活化。ASC 被認(rèn)為是參與NLRP3 炎癥小體組裝和凋亡過程的重要銜接蛋白，主要分布于人體的單核和巨噬細(xì)胞中，它包含兩個(gè)重要的結(jié)構(gòu)域：位于羧基端的吡啶（PYD）結(jié)構(gòu)域和位于氨基端的半胱天冬酶募集（CARD）結(jié)構(gòu)域，用以連接上游NLRP3 的PYD 和下游Caspase-1 的CARD 結(jié)構(gòu)域。Caspase-1 是前半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（pro-cys?teinyl aspartate-specific proteases-1，procaspase-1）的活化形式，通常以無(wú)活性的酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)中，一旦被激活，它能夠促使前白細(xì)胞介素-1β（prointerleukin-1β，pro-IL-1β）和前白細(xì)胞介素-18（prointerleukin-18，pro-IL-18）轉(zhuǎn)化為成熟的IL-1β、IL-18。此外，Caspase-1 還能誘導(dǎo)一種與機(jī)體自我保護(hù)相關(guān)的特殊類型的細(xì)胞死亡，稱為細(xì)胞焦亡（pyroptosis）。作為下游細(xì)胞因子，IL-1β 和IL-18 在啟動(dòng)有效的促炎反應(yīng)和引導(dǎo)隨后的免疫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。二者具有多種共同功能，也具有獨(dú)特的作用。IL-1β 是一種能引起發(fā)燒的熱原，具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，能參與多種炎癥反應(yīng)，如中性粒細(xì)胞動(dòng)員、急性期蛋白產(chǎn)生、Th17 細(xì)胞分化、增強(qiáng)Th17細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的抗原提呈和糖酵解率等，已被認(rèn)為是炎癥小體激活的典型指標(biāo)。IL-18 最初命名為干擾素-γ誘導(dǎo)因子，能誘導(dǎo)Th1細(xì)胞和NK細(xì)胞產(chǎn)生干擾素-γ、IL-12，刺激Th2 細(xì)胞產(chǎn)生IL-4、IL-10，誘導(dǎo)肥大細(xì)胞產(chǎn)生IL-13、TNF-α，以及通過刺激NO 和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生發(fā)揮促炎作用［18-20］。

2 NLRP3 炎癥小體的激活

NLRP3 炎癥小體主要在單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞中表達(dá)，在無(wú)免疫激活劑的情況下，Nacht 結(jié)構(gòu)域和LRR 結(jié)構(gòu)域之間發(fā)生內(nèi)部相互作用，抑制NLRP3 和ASC之間的結(jié)合，從而阻止炎癥小體的組裝。NLRP3炎癥小體能被許多種物質(zhì)激活，如ATP、顆粒物（如二氧化硅、尿酸晶體、明礬和石棉）和膽固醇晶體、淀粉樣蛋白β、透明質(zhì)酸、RNA-DNA 雜交物、脂多糖、肽聚糖、細(xì)菌脫氧核糖核酸和病毒病原體等。NLRP3 炎癥小體的適度激活是有益的，能夠消除病原體感染，然而，一旦過度激活，它也會(huì)導(dǎo)致過度炎癥反應(yīng)，造成機(jī)體損傷。其激活分為啟動(dòng)和激活兩個(gè)階段：在啟動(dòng)階段，特定的模式識(shí)別受體如TLRs，能夠識(shí)別PAMPs，并隨后激活κ 基因結(jié)合核因（nu?clear factor-κ-gene binding，NF-κB）信號(hào)通路，上調(diào)NLRP3、前IL-1β 和 前IL-18。 激 活 階 段 主 要 由PAMPs 和DAMPs 等觸發(fā)，從而促進(jìn)NLRP3 炎癥小體組裝和Caspase-1 介導(dǎo)的IL-1β 和IL-18 分泌和細(xì)胞焦亡，這一階段可能涉及細(xì)胞外腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine-triphosphate，ATP）的增加、細(xì)胞外滲透壓或pH的改變、β-淀粉樣纖維和細(xì)胞外基質(zhì)成分的降解、鉀外流的增加、鈣信號(hào)、溶酶體損傷、線粒體功能障礙和ROS的產(chǎn)生等多種機(jī)制［21-22］。

3 NLRP3炎癥小體與膿毒癥

NLRP3 炎癥小體作為炎癥反應(yīng)激活的上游信號(hào)，可通過級(jí)聯(lián)信號(hào)反應(yīng)在炎癥性疾病中發(fā)揮作用。膿毒癥作為一類全身炎癥性疾病，其發(fā)生發(fā)展過程中炎癥反應(yīng)從促炎狀態(tài)到免疫抑制狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化也可能反映在炎癥小體中［23］。關(guān)于NLRP3炎癥小體和膿毒癥臨床關(guān)系的研究仍比較少，但是已有較多細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示NLRP3 炎癥小體及下游炎癥通路的激活在膿毒癥中發(fā)揮了重要作用［24］。CHALY Y等［25］研究證明，卵泡抑素樣蛋白1可進(jìn)入單核/巨噬細(xì)胞，然后進(jìn)入線粒體，促進(jìn)ATP的產(chǎn)生，可能為激活NLRP3 炎癥小體提供了重要刺激。JIN L等［26］在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中評(píng)估了NLRP3在盲腸結(jié)扎和穿孔（cecal ligation and puncture，CLP）所致膿毒癥小鼠中的作用，研究結(jié)果表明，NLRP3 基因缺陷和NLRP3 抑制劑處理的小鼠在CLP 誘導(dǎo)的膿毒癥中發(fā)揮保護(hù)作用。WATANY MM 等［27］進(jìn)行了一項(xiàng)臨床病例對(duì)照研究，用于評(píng)價(jià)IL-31、IL-1β和NLRP3作為膿毒癥診斷和預(yù)后標(biāo)志物的能力，研究結(jié)果表明，NLRP3對(duì)膿毒癥的診斷效果優(yōu)于IL-1β和IL-31，而IL-1β 對(duì)膿毒性休克的診斷效果優(yōu)于NLRP3 和IL-31，任意兩兩聯(lián)合或同時(shí)使用以上三個(gè)生物標(biāo)志物時(shí)，診斷效能均提高。 此外，有研究結(jié)果表明［27-28］，膿毒癥患者NLRP3基因表達(dá)與循環(huán)IL-1β水平呈正相關(guān)。陳俞余等［29］研究結(jié)果提示，NLRP3 炎癥小體對(duì)膿毒癥患者預(yù)后的預(yù)測(cè)價(jià)值較高，該研究觀察到下游因子IL-1β 和IL-18 水平并不會(huì)進(jìn)一步升高，從而推測(cè)過度的炎癥信號(hào)激活可能會(huì)觸發(fā)機(jī)體保護(hù)性代償機(jī)制。

4 NLRP3與膿毒癥相關(guān)器官功能障礙

膿毒癥相關(guān)器官功能障礙在很大程度上影響著膿毒癥幸存者的生活質(zhì)量，已有多項(xiàng)研究表明NLRP3 炎癥小體激活可能在膿毒癥相關(guān)器官功能障礙中發(fā)揮著重要作用。

4.1 NLRP3 與膿毒癥腦損傷NLRP3 抑制劑MCC950 和Caspase-1 抑 制劑Ac-YV ADCMK 能抑 制膿毒癥相關(guān)性腦?。╯epsis-associated encephalopathy，SAE）小鼠海馬區(qū)NLRP3/Caspase-1 通路的激活，從而減輕海馬神經(jīng)元性細(xì)胞焦亡和神經(jīng)炎癥，減少長(zhǎng)期認(rèn)知障礙，提高存活率［30］。 Caspase-1 抑制劑VX765 可抑制膿毒癥小鼠腦組織和血清中的IL-1β表達(dá)，減少小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，減輕血腦屏障破壞從而發(fā)揮腦保護(hù)作用［31］。丙酮酸乙酯能減弱膿毒癥小鼠中NLRP3 激活，從而抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，改善認(rèn)知障礙［32］。氫能抑制SAE 誘導(dǎo)的野生型小鼠NLRP3、Caspase-1、IL-1β 和IL-18 的表達(dá)以及神經(jīng)細(xì)胞凋亡和線粒體功能障礙，減輕腦損傷［33］。

4.2 NLRP3與膿毒癥心臟損傷一氧化碳釋放分子-3（Carbon monoxide releasing molecules 3，CORM-3）能抑制膿毒癥小鼠心臟成纖維細(xì)胞中NLRP3 與ASC 的結(jié)合，從而改善心肌損傷［34］。二氧化硫可以通過TLR4/NLRP3 信號(hào)通路，下調(diào)膿毒癥大鼠中NLRP3 的表達(dá)，進(jìn)而干擾其下游的炎性細(xì)胞因子，減輕心功能不全［35］。Intermedin1-53（IMD1-53）可通過NLRP3/Caspase-1/IL-1β 通路，抑制膿毒癥心肌細(xì)胞中NLRP3 的活性，對(duì)膿毒癥炎癥反應(yīng)導(dǎo)致的心臟損傷發(fā)揮保護(hù)作用［36］。

4.3 NLRP3 與膿毒癥肝損傷LI Q 等［37］研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿素（一種內(nèi)源性激素肽）可能通過抑制細(xì)胞凋亡、過量ROS的產(chǎn)生和NLRP3炎癥小體激活等途徑來抵抗膿毒癥肝損傷?？鄥A是從苦參屬草本植物中提取出來的藥物單體，HOU N 等［38］研究發(fā)現(xiàn)，它誘導(dǎo)的自噬是抑制NLRP3 炎癥小體激活的關(guān)鍵，并能進(jìn)一步導(dǎo)致Caspase-1、IL-1β 水平降低，減輕CLP小鼠模型的肝損傷。

4.4 NLRP3與膿毒癥肺損傷血紅素加氧酶-1是一種誘導(dǎo)型限速酶，能催化血紅素裂解成膽綠素、亞鐵和一氧化碳。LUO YP 等［39］研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)血紅素加氧酶-1（heme oxygenase 1，HO-1）能通過減弱NLRP3 活化來保護(hù)肺組織。JIANG L 等［40］研究發(fā)現(xiàn)，一氧化碳釋放分子-2（Carbon monoxide releasing molecules 2，CORM-2）可能通過減少肺組織中ROS生成來抑制NLRP3 炎癥小體的激活，從而減輕膿毒癥急性肺損傷（acute lung injury，ALI）。鞘氨醇激酶1（Sphingosine kinase 1，SphK1）是催化生物活性脂質(zhì)1- 磷 酸2（Shingosine 2）形 成 的 主 要 激 酶。ZHONG M 等［41］研究發(fā)現(xiàn)，SphK1在NLRP3炎癥小體激活中起關(guān)鍵作用，抑制SphK1 能抑制小鼠巨噬細(xì)胞NLRP3 炎癥小體激活并抑制Caspase-1 的成熟和IL-1β 的釋放，減輕膿毒癥小鼠肺部損傷和膿毒癥誘導(dǎo)的微血管滲漏。

4.5 NLRP3 與膿毒癥腎損傷Sirtuin1（SIRT1）是于Sirtuin 家族的去乙?；?，其過度表達(dá)可能通過抑制NLRP3的激活下調(diào)NLRP3、IL-1β、IL-18的表達(dá)，進(jìn)而抵抗膿毒癥腎損傷［42］。

以上研究表明NLRP3 炎癥小體的激活很有可能在膿毒癥相關(guān)器官功能障礙中扮演著較為重要的角色，阻斷NLRP3 炎癥小體激活可能減輕膿毒癥及其相關(guān)并發(fā)癥的嚴(yán)重程度。但目前針對(duì)這一領(lǐng)域的研究尚不充分，且膿毒癥的發(fā)病機(jī)制相對(duì)復(fù)雜，因此，NLRP3 炎癥小體究竟在膿毒癥所致的器官損傷中發(fā)揮著怎樣的作用，阻斷NLRP3 炎癥小體激活以預(yù)防膿毒癥相關(guān)器官損傷是否可靠仍需要研究者進(jìn)行更加深入的探索。

5 總結(jié)和展望

膿毒癥病情進(jìn)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是全身炎癥反應(yīng)的激活與放大，這一過程也涉及多個(gè)炎癥信號(hào)通路的激活。大量細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)可能作為重要的炎癥信號(hào)通路，參與膿毒癥及膿毒癥導(dǎo)致的多器官損傷病情進(jìn)展的重要反應(yīng)過程，但其相關(guān)的臨床研究卻還是非常有限。

關(guān)于NLRP3 和膿毒癥的現(xiàn)有臨床研究主要針對(duì)膿毒癥的診斷及預(yù)后評(píng)估，因?yàn)樵缙谠\斷膿毒癥、確定其嚴(yán)重程度、預(yù)測(cè)膿毒性休克發(fā)生的可能性，對(duì)于及時(shí)、恰當(dāng)處理膿毒癥病情和改善預(yù)后都至關(guān)重要。由于膿毒癥的臨床表現(xiàn)千差萬(wàn)別，常使得這一過程變得尤為復(fù)雜。此外，各種炎性指標(biāo)如C 反應(yīng)蛋白、降鈣素原、IL-6 以及病情評(píng)分如急性生理和慢性健康評(píng)分（Acute Physiology and Chronic Health Evaluation，APACHEⅡ）、序貫器官衰竭評(píng)分（Sequential Organ Failure Assessment，SOFA）雖已廣泛運(yùn)用于臨床，但這些指標(biāo)既具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值，又存在各自的局限性，因此，有研究者們將目光落在了多指標(biāo)聯(lián)合上。

NLRP3 炎癥小體是近年來的研究熱點(diǎn)，其介導(dǎo)的炎癥信號(hào)通路可能參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。因此炎癥小體的發(fā)現(xiàn)為研究炎癥相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制、診斷及治療開辟了新的領(lǐng)域，尤其在膿毒癥及其并發(fā)癥中的作用日益顯著。然而，目前研究者對(duì)炎癥小體的了解大多基于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，臨床研究相對(duì)較少，尚有諸多問題未能得出共識(shí)，例如，NLRP3 炎癥小體作為先天免疫反應(yīng)的重要介質(zhì)，其活化程度是否因感染源或病原體的不同而不同？NLRP3 炎癥小體的激活在不同嚴(yán)重程度的膿毒癥患者的不同階段各有著怎樣的特點(diǎn)？NLRP3炎癥小體及其下游炎癥因子的水平在膿毒癥患者與健康者中存在怎樣的差異？在膿毒癥患者幸存者中NLRP3 炎癥小體激活是減弱還是增強(qiáng)，是保護(hù)性的還是危害性的？是否存在其他發(fā)揮不同和互補(bǔ)作用的炎癥小體與NLRP3 炎癥小體共同參與了疾病的發(fā)生發(fā)展過程，相關(guān)機(jī)制如何？仍需要進(jìn)一步臨床研究來闡明。

總之，NLRP3 炎癥小體及其炎癥信號(hào)通路具有潛在的診斷、治療和預(yù)后價(jià)值，有望成為今后膿毒癥治療中一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)。