韓艷奇，高志丹，黃翠萍

(1.湖北科技學(xué)院藥學(xué)院，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學(xué)院護(hù)理學(xué)院)

哮喘的特點(diǎn)是氣道炎癥、氣道重塑以及氣道高反應(yīng)性，如何有效治療哮喘中的炎癥對于良好的哮喘預(yù)后至關(guān)重要。炎性小體是細(xì)胞內(nèi)含有的多蛋白復(fù)合物，控制Caspase-1的活化，在炎癥和先天免疫中發(fā)揮著重要作用。近年來，越來越多的證據(jù)[1-2]分析顯示NLRP3炎性小體參與了哮喘等氣道疾病的炎癥過程。我們對炎癥小體在氣道炎癥中的作用做一綜述。

1 NLRP3結(jié)構(gòu)

所有的炎性小體中，NLRP3炎癥小體作為固有免疫的重要組分，主要由NLRP3、ASC和Caspase-1組成，在機(jī)體的免疫反應(yīng)中以及疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。

1.1 NLRP3蛋白

NLRP3屬于NLRPs亞家族。NLRPs超家族的基本功能結(jié)構(gòu)域由3種序列組成，包括氨基末端的PYD結(jié)構(gòu)域，中間的NHCAT核苷酸寡聚域，以及碳末端富含亮氨酸的LRR結(jié)構(gòu)域。NLRP3的特點(diǎn)是其N端的PYD結(jié)構(gòu)域與ASC蛋白的PYD結(jié)構(gòu)域相互作用，從而促進(jìn)pro-caspase-1募集形成炎性小體復(fù)合物，即NLRP3-ASC-Caspase1。

1.2 接頭蛋白ASC

1999年，Masumoto等[3]在白血病細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了ASC分子，其分子量大小為22kDa，在多種巨噬細(xì)胞中均有較高水平的表達(dá)。在正常狀態(tài)的細(xì)胞中，ASC可以作為可溶蛋白存在于細(xì)胞核以及細(xì)胞質(zhì)中[4]。在細(xì)胞程序性死亡時(shí)，ASC會(huì)在細(xì)胞質(zhì)中聚集成中空的斑點(diǎn)樣，故又稱其為凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白。ASC是NLRP3炎性小體的接頭蛋白，由PYD和CARD兩部分構(gòu)成，在炎性小體的激活過程中，ASC從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移至胞漿中形成ASC斑點(diǎn)，并最終形成炎性小體復(fù)合物。

1.3 效應(yīng)蛋白Caspase-1

Caspase-1又稱IL-1β轉(zhuǎn)化酶，是一種細(xì)胞內(nèi)半胱氨酸蛋白酶，它能夠啟動(dòng)或執(zhí)行細(xì)胞程序，引發(fā)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的炎癥或炎癥性受體介導(dǎo)的通路[5]。Caspase-1通過結(jié)合TLR激活MyD88/NF-κB介導(dǎo)的信號通路，誘導(dǎo)pro-IL-1β、pro-IL-18基因的表達(dá)和無活性的pro-IL-1β、pro-IL-18蛋白的合成，IL-1β和IL-18的前體裂解為有生物活性的細(xì)胞因子分泌到細(xì)胞外。IL-1β控制著發(fā)燒、疼痛、血管擴(kuò)張以及低血壓基因的表達(dá)，IL-1釋放以后可以對內(nèi)皮細(xì)胞作出反應(yīng)，促進(jìn)免疫細(xì)胞向感染或受損組織浸潤。IL-18是形成干擾素γ所必須的細(xì)胞因子，它是一種介導(dǎo)著適應(yīng)性免疫反應(yīng)的協(xié)同刺激細(xì)胞因子。Caspase-1可通過炎癥小體誘導(dǎo)的自催化模式被激活?；罨腃aspase-1可以裂解細(xì)胞因子pro-IL-1β和pro-IL-18，使他們形成具有生物活性的形式，即IL-1β和IL-18?；罨腸aspase-1還能裂解gasdermin D(GSDMD)，使GSDMD的n端結(jié)構(gòu)域在質(zhì)膜上形成孔，從而觸發(fā)裂解的促炎癥形式的細(xì)胞死亡，稱為焦亡[6-7]。細(xì)胞焦亡是一種形態(tài)學(xué)變化不同于凋亡、壞死等細(xì)胞死亡的形式，其特征是caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞腫脹和裂解，導(dǎo)致細(xì)胞膜完整性喪失，促使大量促炎介質(zhì)釋放。光鏡下焦亡細(xì)胞表現(xiàn)為細(xì)胞腫脹膨大，并且有許多氣泡狀突出物。相對壞死細(xì)胞而言，細(xì)胞焦亡的腫脹程度更低；電鏡下，可以清楚看到在細(xì)胞質(zhì)膜破裂前，焦亡的細(xì)胞形成大量小泡，即焦亡小體，之后細(xì)胞膜上會(huì)形成孔隙，細(xì)胞膜破裂，內(nèi)容物流出[8]。

2 NLRP3炎性小體的激活機(jī)制

炎性小體的激活是導(dǎo)致疾病發(fā)生炎癥反應(yīng)的主要途徑之一，NLRP3炎性小體的激活不是直接識別、激活活化的簡單模式完成的，而是通過感知細(xì)胞內(nèi)環(huán)境紊亂的方式，為其活化做準(zhǔn)備。相關(guān)資料[9]顯示，已有多種細(xì)胞信號被提出能夠激活NLRP3炎性小體，其激活方式主要由2種信號完成，第一種信號為啟動(dòng)信號，第二種信號為ATP，病毒RNA等刺激引發(fā)的激活信號。

2.1 NLRP3炎性小體的啟動(dòng)階段

啟動(dòng)信號主要是促使NLRP3蛋白表達(dá)升高，此為NLRP3炎性小體活化的關(guān)鍵步驟，其高表達(dá)能夠促進(jìn)炎癥小體的活化。研究顯示[10]，NLRP3炎性小體的啟動(dòng)階段主要依賴于不同的刺激因子，通過激活NF-κB誘導(dǎo)NLRP3和pro-IL-1β表達(dá)。還有相關(guān)研究[3，11]指出，炎性小體活化的起始階段不是通過上調(diào)NLRP3基因表達(dá)途徑完成的，如細(xì)菌脂多糖(LPS)激活TLR4/MyD88信號，導(dǎo)致NLRP3去泛素化，該過程依賴于線粒體中產(chǎn)生的活性氧(ROS)，進(jìn)一步加快了NLRP3炎性小體活化的啟動(dòng)信號。因此，起始階段對炎性小體活化的調(diào)節(jié)作用依賴于轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后修飾兩個(gè)方面。

2.2 NLRP3炎癥小體的激活

考慮到NLRP3激活物的化學(xué)和結(jié)構(gòu)多樣性，NLRP3不太可能與它的激活物發(fā)生物理作用。相反，NLRP3很可能感知到一種共同的細(xì)胞信號，從而對NLRP3激活物做出反應(yīng)，促進(jìn)IL-1β和IL-18的活化，進(jìn)而發(fā)揮一系列炎癥作用。一些分子被認(rèn)為是NLRP3炎癥小體激活的觸發(fā)因素，包括K+外流、Ca2+信號、活性氧(ROS)、線粒體功能障礙和溶酶體破裂。

2.2.1 溶酶體依賴途徑

溶酶體既能分解外界進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)，也能消化內(nèi)源性的大分子。顆粒物通過內(nèi)吞作用激活NLRP3炎性小體，破壞溶酶體膜，導(dǎo)致蛋白酶家族溶酶體半胱氨酸蛋白酶組織蛋白酶B釋放到胞質(zhì)中。據(jù)報(bào)道[6]溶酶體組織蛋白酶B的釋放對IL-1的釋放是必需的，但對IL-1前體細(xì)胞的生成不是必需的，結(jié)果指出組織蛋白酶B參與了NLRP3炎癥小體的激活。

2.2.2 離子通道依賴途徑

研究分析[12]，細(xì)胞內(nèi)K+外流以及細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流都能促使NLRP3炎性小體活化。目前認(rèn)為，離子流變化使炎性小體活化的機(jī)制主要與細(xì)胞內(nèi)離子濃度的變化有關(guān)，離子濃度的變化使NLRP3的構(gòu)象發(fā)生了改變，使PYD結(jié)構(gòu)域暴露，導(dǎo)致其與下游的NLRP3炎性小體效應(yīng)分子發(fā)生作用，進(jìn)一步激活了NLRP3炎性小體。高濃度的K+外流可阻斷NLRP3炎癥小體的激活，但并不能阻斷AIM2(absent in melanoma 2)和NLRC4(NLR-family CARD-containing protein 4)等炎癥小體的激活；研究顯示[13]，抑制Ca2+信號能夠阻斷NLRP3炎癥小體的活化，但對AIM2和NLRC4等炎癥小體的活化沒有影響；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)作為細(xì)胞內(nèi)鈣離子的主要存儲庫，似乎對Ca2+信號參與的NLRP3炎癥小體激活的過程至關(guān)重要[13]，因?yàn)樗幚硪种苹蚯玫图〈?，4，5-三磷酸受體(IP3R)上的小發(fā)卡RNA(shRNA)可以阻斷Ca2+動(dòng)員以及NLRP3炎癥小體的活化[14]。

2.2.3 線粒體功能障礙與活性氧(ROS)途徑

相關(guān)研究[15]得出，大量的NLRP3激動(dòng)劑都能加快活性氧的產(chǎn)生，炎癥小體活化所需的ROS是由線粒體產(chǎn)生的。早期的研究[16]發(fā)現(xiàn)，線粒體內(nèi)正常負(fù)電位降低引起的線粒體功能障礙與NLRP3炎癥小體的激活相關(guān)，線粒體DNA也參與了NLRP3炎癥小體的活化，心臟磷脂是一種線粒體特異性磷脂，通常位于線粒體內(nèi)膜，可移位至線粒體外膜，與NLRP3的LRRs結(jié)合，從而激活NLRP3炎癥小體。以上機(jī)制參與炎癥小體的活化仍然存有很多說法，有待進(jìn)一步研究。

3 NLRP3炎癥小體與哮喘氣道炎癥的關(guān)系

NLRP3炎癥小體是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，可以被多種物質(zhì)激活，介導(dǎo)caspase-1激活和促炎細(xì)胞因子IL-18/IL-1β的分泌，以應(yīng)對微生物感染和細(xì)胞損傷。然而，NLRP3炎性小體的異常激活已被證實(shí)與多種炎癥疾病有關(guān)。越來越多的研究表明NLRP3炎性小體在哮喘的氣道炎癥中發(fā)揮著重要作用。

3.1 臨床樣本

有研究顯示炎癥小體在感染加重中被過度活化，在特應(yīng)性哮喘患者先天免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[17]。哮喘和特應(yīng)性疾病的發(fā)生與先天性免疫反應(yīng)中炎癥小體功能下降有關(guān)，哮喘患者的先天性免疫功能受損而導(dǎo)致呼吸道微生物感染的概率增加。病毒和細(xì)菌都與哮喘發(fā)作有關(guān)，導(dǎo)致哮喘癥狀惡化和肺功能下降，甚至危及生命。炎癥小體在感知外部損傷(如病毒和細(xì)菌)并據(jù)此作出反應(yīng)中的關(guān)鍵作用亦日益受到重視。相關(guān)研究指出[18]甲型流感病毒感染的哮喘患者和正常志愿者支氣管上皮細(xì)胞中炎性小體活化以及caspase-1、IL-6，TNFα、IL-1β等表達(dá)增強(qiáng)，提示支氣管上皮細(xì)胞炎性小體的活化可能參與了病毒誘導(dǎo)的哮喘加重的發(fā)病機(jī)制。

3.2 體外研究

NLRP3炎癥小體可以被多種危險(xiǎn)信號激活，其活化后釋放的白介素18、白介素1β等炎癥因子引發(fā)的一系列炎癥反應(yīng)在哮喘氣道炎癥中發(fā)揮著重要的作用。研究證實(shí)[2]，NLRP3炎癥小體在人類支氣管上皮細(xì)胞(NHBE)原代培養(yǎng)的細(xì)胞中通過炎性刺激可以誘導(dǎo)IL-1β和NLRP3蛋白表達(dá)；PM暴露通過NLRP3依賴機(jī)制誘導(dǎo)活化的胸內(nèi)淋巴結(jié)樹突狀細(xì)胞數(shù)量增加，氣道上皮細(xì)胞NLRP3炎癥小體活化，IL-1β表達(dá)顯著增強(qiáng)[1]；抑制LPS刺激的骨髓源性單核細(xì)胞(BMDCs)中NLRP3炎性小體的活化可降低氣道炎癥反應(yīng)，并阻斷Th2、Th17的極化[19]。這些結(jié)果表明不同物質(zhì)引起的NLRP3炎癥小體活化參與了哮喘氣道炎癥。

3.3 體內(nèi)研究

Chen等[20]通過甲苯二異氰酸酯(TDI)復(fù)制哮喘小鼠模型發(fā)現(xiàn)，TDI暴露引起NLRP3和caspase-1的表達(dá)增強(qiáng)，氣道高反應(yīng)性(AHR)、中性粒細(xì)胞浸潤、杯狀細(xì)胞上皮化增生、膠原沉積和TH2/TH17反應(yīng)的增加。特異性caspase-1抑制劑VX-765、Ac-YVAD-CHO和高選擇性NLRP3抑制劑MCC950有效抑制TDI誘導(dǎo)的NLRP3和caspase-1活化，顯著減輕氣道高反應(yīng)性、氣道炎癥、氣道重構(gòu)、TH2/TH17反應(yīng)和caspase-1、IL-1β及IL-18的蛋白表達(dá)。Ather等[21]證實(shí)，血清淀粉樣蛋白A刺激C57/BL6小鼠通過TLR2信號活化NLRP3炎癥小體，進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-1β分泌，從而參與過敏性氣道炎癥。暴露在臭氧環(huán)境下的C57/BL6小鼠出現(xiàn)線粒體功能障礙和NLRP3炎癥小體激活，非線粒體活性氧機(jī)制導(dǎo)致NLRP3炎癥小體活化在臭氧誘導(dǎo)氣道炎癥和氣道高反應(yīng)的發(fā)生機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用[22]。七氟醚可通過抑制Th2反應(yīng)和NLRP3表達(dá)改善卵清蛋白誘導(dǎo)的過敏性氣道炎癥[23]。暴露MWCNT(一種活化NLRP3炎性小體的納米工程材料)24h，能有效誘導(dǎo)野生型小鼠急性肺部炎癥，顯著提高氣道阻力，該作用在IL-1R-/-小鼠中被阻斷；暴露MWCNT 28d后，與野生型小鼠相比，最初在IL-1R-/-小鼠中被阻斷的炎癥反應(yīng)顯著增強(qiáng)，該研究被認(rèn)為是NLRP3炎性小體參與變應(yīng)性哮喘的最具說服力的證據(jù)[24]。

目前皮質(zhì)類固醇是治療哮喘的一線藥物，而由固有免疫系統(tǒng)蛋白(如TLRs和NLRP3炎性小體等蛋白)激活所驅(qū)動(dòng)的中性粒細(xì)胞哮喘對皮質(zhì)類固醇不敏感或耐藥。研究表明[25]中性粒細(xì)胞引起的氣道炎癥反應(yīng)以及對類固醇耐藥反應(yīng)都與NLRP3和IL-1β蛋白表達(dá)密切相關(guān)，NLRP3炎性小體活化導(dǎo)致嚴(yán)重的類固醇耐藥性哮喘，NLRP3抑制劑MCC950改善了類固醇抵抗性哮喘的特征。NLRP3炎性小體有望為研究不同類型哮喘的發(fā)病機(jī)制提供思路。

4 總 結(jié)

綜上所述，NLRP3炎性小體與支氣管哮喘的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，但其確切作用仍有待闡明。進(jìn)一步研究炎性小體對先天免疫和適應(yīng)性免疫的作用，將具有重要意義。特異性抑制NLRP3炎癥小體及相關(guān)信號通路是支氣管哮喘防治研究的重要新方向。