祝佳佳 許海柱 賈維

2.200040 上海，復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院中醫(yī)科

炎性小體是由胞漿內(nèi)模式識(shí)別受體(PRRS)參與組裝的多蛋白復(fù)合物，它能夠識(shí)別宿主來(lái)源的危險(xiǎn)信號(hào)分子(DAMPs)或者病原相關(guān)分子模式(PAMPs),是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分[1]。目前已知的炎性小體主要有4種，它們分別是核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白 1(NLRP1)、NLRP3、NLRC4和AIM2炎性小體[2]。其中NLRP3炎性小體目前研究最為廣泛，它能被包括線粒體DNA、晶體顆粒物等危險(xiǎn)信號(hào)或細(xì)菌、病毒等多種類(lèi)型的病原體所激活，在炎癥性腸病[3]、動(dòng)脈粥樣硬化癥[4]、2型糖尿病[5]、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[6]以及病毒性肝炎[7]等多種疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體與急性肺損傷、肺部感染、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病、肺癌、肺纖維化等肺部疾病的發(fā)生發(fā)展也密切相關(guān)，目前以NLRP3炎性小體為靶點(diǎn)來(lái)治療肺部疾病受到廣泛關(guān)注。

NLRP3炎性小體的組成和激活

NLRP3組成部分與NLR家族一樣，包含NLRP3蛋白、pro-caspase-1和含有CARD結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)顆粒樣蛋白(ASC)，NLRP3受體蛋白含有PYD、NACHT、LRR三個(gè)結(jié)構(gòu)域[1]。

NLRP3炎性小體的激活分為兩個(gè)階段，分別為啟動(dòng)階段和激活階段。啟動(dòng)階段是由微生物或內(nèi)源性細(xì)胞因子提供的啟動(dòng)信號(hào)，激活PRR(如TLR)通過(guò)刺激核因子κB(NF-kB)途徑，促進(jìn)了NLRP3的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，引起前體NLRP3蛋白和pro-IL-1β、pro-IL-18等前體細(xì)胞因子的表達(dá)升高[8]。在激活階段中NLRP3炎性小體識(shí)別DAMPs和PAMPs等各種炎癥誘導(dǎo)刺激,響應(yīng)危險(xiǎn)信號(hào)的NLRP3的PYD結(jié)構(gòu)域與ASC的PYD結(jié)構(gòu)域形成PYD-PYD相互作用，而ASC中的CARD結(jié)構(gòu)域又可以和pro-caspase-1的CARD結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成類(lèi)似的CARD-CARD相互作用，激活caspase-1裂解如pro-IL-1β、pro-IL-18等前體細(xì)胞因子，產(chǎn)生促炎因子IL-1β和IL-18等，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[9]。 迄今為止，已發(fā)現(xiàn)許多因素可啟動(dòng)NLRP3炎性小體激活，然而具體機(jī)制尚不清楚，目前提出的機(jī)制有以下幾種[10]：離子通量、線粒體活性氧的產(chǎn)生、溶酶體破壞等。

NLRP3與肺部疾病

一、NLRP3與急性肺損傷

急性肺損傷(Acute Lung Injury，ALI)是可以引起急性呼吸衰竭的嚴(yán)重肺部疾病[11]。研究證明炎癥反應(yīng)是急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中的最重要因素[12]。NLRP3炎性小體可以識(shí)別各種炎癥刺激，釋放各類(lèi)炎癥因子，進(jìn)而引起炎癥反應(yīng)。目前許多證據(jù)表明NLRP3炎性小體在ALI中起關(guān)鍵作用[13]。有研究發(fā)現(xiàn)在氣管內(nèi)注入細(xì)胞外線粒體DNA，可以通過(guò)TLR9、p38 MAPK和NF-κB途徑促進(jìn)NLRP3炎性小體活化，引起NLRP3、ASC、caspase-1的轉(zhuǎn)錄增加以及IL-1β、IL-18和TNF-α的釋放，從而引起肺損傷[14]。還有研究者發(fā)現(xiàn)肺泡巨噬細(xì)胞(AMs)中的NLRP3炎性體激活和隨后的焦磷酸化是繼發(fā)于急性胰腺炎的肺損傷的原因[15]。Grailer[16]等人在脂多糖誘導(dǎo)的ALI小鼠模型中，檢測(cè)到來(lái)自嗜中性粒細(xì)胞的細(xì)胞外組蛋白直接激活NLRP3炎性小體，引起IL-1β表達(dá)升高，加重炎癥反應(yīng)，研究還發(fā)現(xiàn)NLRP3炎性體激活可以正反饋于細(xì)胞外組蛋白的釋放，從而加劇ALI。Ying[11]等研究發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)的miR-495通過(guò)負(fù)調(diào)控NLRP3基因減輕了肺泡巨噬細(xì)胞的炎癥和細(xì)胞凋亡并抑制了NLRP3炎癥小體的活化，從而預(yù)防ALI。Ruan[17]等最近研究發(fā)現(xiàn)，在呼吸機(jī)誘發(fā)的肺損傷(VILI)中，丙泊酚可以通過(guò)激活Nrf2和抑制NLRP3的表達(dá)來(lái)改善肺損傷，這表明Nrf2激活劑和NLRP3抑制劑可能具有預(yù)防VILI的潛在作用。Zhang[18]等發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充甘氨酸可以通過(guò)核因子κB(NF-κB)途徑，下調(diào)NLRP3炎性小體的表達(dá)來(lái)預(yù)防LPS誘導(dǎo)的肺損傷。這些研究表明，NLRP3炎性小體在ALI中發(fā)揮了重要作用，可以為治療ALI提供新的靶點(diǎn)。此外，中草藥金銀花的提取物異綠原酸A可以抑制Nf-κB/ NLRP3信號(hào)通路的蛋白表達(dá)，減緩急性肺損傷發(fā)生發(fā)展[19]。這為臨床治療急性肺損傷提供了新思路。

二、NLRP3與肺部感染

肺部感染是臨床常見(jiàn)的肺部疾病之一，金黃色葡萄球菌是引起肺部感染的重要病原體，α-溶血素(Hla)作為金黃色葡萄球菌最重要的毒素，在肺部感染中起到重要作用[20]。已有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌Hla可以激活NLRP3炎性小體,引起IL-18、IL-1β等炎癥因子表達(dá)，從而引起肺部炎癥。使用磷霉素處理后檢測(cè)NLRP3炎性體相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，證實(shí)磷霉素通過(guò)抑制Hla阻斷了NLRP3炎性小體活化，減輕炎癥反應(yīng)[20]。Wu[21]等研究發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌感染的小鼠肺中NLRP3、ASC和caspase-1的mRNA表達(dá)水平明顯增加，IL-1β、IL-18和TNF-α等炎癥因子水平升高，而給予白藜蘆醇治療的小鼠則NLRP3、ASC和caspase-1的mRNA水平降低，且在支氣管肺泡灌洗液(BALF)中也表現(xiàn)出較低的IL-1β(P<0.01)、IL-18(P<0.01)和TNF-α(P<0.01)水平，這一實(shí)驗(yàn)證明白藜蘆醇通過(guò)抑制NLRP3介導(dǎo)的炎癥減輕了小鼠的金黃色葡萄球菌肺炎。van Lieshout[22]在肺炎鏈球菌致死性氣道感染過(guò)程中對(duì)NLRP3炎性小體在宿主反應(yīng)中的作用研究發(fā)現(xiàn)，Nlrp3-/-和Asc-/-小鼠死亡率顯著降低，同時(shí)細(xì)菌生長(zhǎng)和傳播減少，這表現(xiàn)出了Nlrp3-/-和Asc-/-小鼠強(qiáng)烈的宿主防御能力，說(shuō)明NLRP3炎性體會(huì)削弱由肺炎鏈球菌引起的致死性肺炎期間的宿主防御能力。但Witzenrath[23]研究認(rèn)為NLRP3炎性體在溶血性肺炎球菌引起的肺炎期間對(duì)小鼠有益，有助于肺炎球菌肺炎的宿主防御。Tian[24]等人也認(rèn)為肺缺血后再灌注，炎癥通過(guò)NLRP3炎性體依賴(lài)性方式增強(qiáng)了宿主對(duì)并發(fā)革蘭氏陰性菌性肺部感染的防御能力。此外，在對(duì)支原體兒童肺炎的研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，輕度組及重度組的NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β及IL-18等表達(dá)水平均顯著升高，其中重度組的上述指標(biāo)水平明顯高于輕度組；急性組及恢復(fù)組患兒的上述指標(biāo)較健康對(duì)照組明顯升高，其中急性組患兒的上述指標(biāo)又明顯高于恢復(fù)組，這說(shuō)明NLRP3炎性體信號(hào)通路可能與兒童支原體肺炎的發(fā)病和病程密切相關(guān)[25]。綜上可知，NLRP3炎性小體在不同類(lèi)型的肺部感染中發(fā)揮了重要作用。

三、NLRP3與肺癌

肺癌是臨床中最常見(jiàn)的惡性腫瘤，居全球癌癥相關(guān)死亡原因首位[26]。目前許多研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體與肺癌的發(fā)生發(fā)展有一定相關(guān)性。例如研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體的激活可以促進(jìn)肺癌A549細(xì)胞的增殖和遷移[27-28]。炎性小體拮抗劑如新型靶向IL-1β可以降低健康個(gè)體中肺癌的發(fā)生率[29]。Zou[30]等也研究證實(shí)白藜蘆醇苷可以抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中NLRP3、ASC和前caspase-1的表達(dá)，下調(diào)磷酸化NF-κBp65的相對(duì)表達(dá)，對(duì)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞增殖和遷移起到一定的抑制作用，延緩了非小細(xì)胞肺癌的進(jìn)展。Ismini[31]研究比較原發(fā)性肺癌患者和健康個(gè)體的支氣管肺泡灌洗液中獲得的肺泡巨噬細(xì)胞和外周血白細(xì)胞中的NLRP3，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肺癌患者未刺激的外周血白細(xì)胞中IL-1β和IL-18的分泌明顯增高，并且IL-1β分泌可通過(guò)NLRP3刺激而進(jìn)一步增加。相反，在肺泡巨噬細(xì)胞觀察到了不同的IL-1β分泌特征，轉(zhuǎn)錄和分泌TLR4介導(dǎo)的NLRP3激活標(biāo)記也減少。表明在肺癌中，肺泡巨噬細(xì)胞的先天免疫反應(yīng)已經(jīng)受到損害。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中又觀察到全身促炎狀態(tài)，這也可能構(gòu)成導(dǎo)致癌癥發(fā)生和發(fā)展的促炎環(huán)境，支持了炎癥誘發(fā)癌癥的假說(shuō)。但是Teng[32]等發(fā)現(xiàn)從Trillium tschonoskii Maxim (TTM)分離出的主要皂苷多茶素VI(PPVI)通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)活性氧水平激活NF-κB信號(hào)通路，活化NLRP3炎性小體，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子的釋放和GSDMD的裂解，引起非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的凋亡。Xie[33]等研究也發(fā)現(xiàn)槐耳提取物可以上調(diào)肺癌凋亡相關(guān)基因的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)，從而誘導(dǎo)NLRP3依賴(lài)性熱解，促進(jìn)細(xì)胞凋亡而在非小細(xì)胞肺癌中表現(xiàn)出抗腫瘤作用。通過(guò)以上研究可以發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體參與了肺癌發(fā)展過(guò)程，但是NLRP3炎性小體的激活對(duì)肺癌進(jìn)展與否的影響仍存有爭(zhēng)議，需要更多的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)行更深入的探索。

四、NLRP3與肺纖維化

肺纖維化是指成纖維細(xì)胞增殖和大量細(xì)胞外基質(zhì)聚集, 同時(shí)伴有炎癥損傷和組織結(jié)構(gòu)破壞的一種肺部疾病[34]。環(huán)境污染物、吸煙、肺損傷、藥物等因素均能導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞損傷, 發(fā)生炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激等病變導(dǎo)致肺纖維化[35]。研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體在環(huán)境污染引起的肺纖維化(如塵肺)、藥物性(如博來(lái)霉素)肺纖維化、自身免疫性肺纖維化中均發(fā)揮了重要作用。例如，在粉塵誘導(dǎo)的大鼠模型中，發(fā)現(xiàn)粉塵接受組大鼠肺纖維化程度在第7天，第14天，第28天和第56天顯著高于對(duì)照組，隨著暴露時(shí)間的增加，檢測(cè)到其肺組織中NLRP3、Caspase-1、IL-1β、IL-18 以及TGF-β(1)的水平也高于對(duì)照組，這一結(jié)果說(shuō)明，NLRP3 / IL-1β/ TGF-β(1)信號(hào)軸參與粉塵誘導(dǎo)的肺纖維化過(guò)程[36]。Zhou[37]等人將大鼠及人支氣管上皮(16HBE)分別給予不同時(shí)間及不同劑量炭黑納米顆粒(CBNP)處理，并建立了O型叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FOXO)3a和miR-96過(guò)表達(dá)或抑制的16HBE細(xì)胞，以了解相關(guān)機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)暴露于CBNPs的大鼠及16HBE，均出現(xiàn)NLRP3炎性小體表達(dá)的顯著增多，并伴隨著活性氧的增加，miR-96的降低以及FOXO3a的表達(dá)呈劑量和時(shí)間依賴(lài)性，而MiR-96過(guò)表達(dá)或FOXO3a抑制可通過(guò)抑制NLRP3炎性體來(lái)部分挽救纖維化作用，最終實(shí)驗(yàn)表明，CBNPs可以通過(guò)miR-96靶向FOXO3a調(diào)節(jié)的NLRP3炎性體途徑誘導(dǎo)肺纖維化。在Xu[38]研究他汀類(lèi)藥物與博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，他汀預(yù)處理博來(lái)霉素誘導(dǎo)小鼠可增強(qiáng)其體內(nèi)和體外caspase-1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，加劇其肺部損傷和纖維化。 而Nlrp3(-/-)和caspase-1(-/-)小鼠這一反應(yīng)卻消失，表明他汀藥物可以通過(guò)增強(qiáng)NLRP3的活化導(dǎo)致肺纖維化加重。Lasithiotaki[39]等研究發(fā)現(xiàn)，自身免疫性肺纖維化患者肺泡腔分泌的IL-1β和IL-18水平較對(duì)照組和特發(fā)性肺纖維化患者顯著升高，并且在其支氣管肺泡灌洗液細(xì)胞中，NLRP3和caspase-1的mRNA水平也被上調(diào)，說(shuō)明NLRP3炎性小體在自身免疫性肺纖維化患者中被激活，而在特發(fā)性肺纖維化中顯示NLRP3炎性小體激活受損。此外還有研究認(rèn)為機(jī)械牽張可能通過(guò)NLRP3依賴(lài)性途徑促進(jìn)內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和肺纖維化[40]。關(guān)于肺纖維化的治療，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吡非尼酮(PFD)通過(guò)抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的活性氧的產(chǎn)生，顯著降低了NLRP3表達(dá)，降低了IL-1β和TGF-β1水平，明顯改善了肺部炎癥和纖維化[41]。以上研究證明NLRP3的激活與肺纖維化的進(jìn)展密切相關(guān)，抑制NLRP3的活化為治療肺纖維提供新的治療方向。

五、NLRP3與支氣管哮喘

NLRP3炎性小體作為炎癥反應(yīng)的核心，與支氣管哮喘發(fā)作及病情嚴(yán)重程度密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)屋塵螨變應(yīng)原通過(guò)與NF-κB核易位和線粒體ROS產(chǎn)生相關(guān)的TLR4-PI3K-δ軸激活NLRP3炎性小體產(chǎn)生促炎癥因子，加重哮喘反應(yīng)[42]。IL-1β是一種強(qiáng)效的炎性細(xì)胞因子，Simpson[43]等發(fā)現(xiàn)與其他哮喘亞型相比，中性粒細(xì)胞性哮喘患者的痰中，上清液IL-1β水平和IL-1βmRNA表達(dá)均顯著升高，表明IL-1β在中性粒細(xì)胞性哮喘中起關(guān)鍵作用。在衣原體和嗜血桿菌感染引起的類(lèi)固醇耐藥性嚴(yán)重哮喘小鼠實(shí)驗(yàn)中，與輕度哮喘小鼠相比，重度哮喘小鼠的NLRP3和IL-1βmRNA表達(dá)均較高，證明疾病嚴(yán)重程度和類(lèi)固醇抵抗與NLRP3和IL-1β表達(dá)相關(guān)[44]。研究發(fā)現(xiàn)蘇黃止咳膠囊可以通過(guò)抑制ASC寡聚化，破壞NLRP3炎性小體組裝，抑制其活化，減少I(mǎi)L-1β等炎性因子產(chǎn)生以改善哮喘患者的肺功能[45]。Chen[46]等在甲苯二異氰酸酯(TDI)誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，給予NLRP3抑制劑MCC950、半胱天冬酶-1抑制劑VX-765和Ac-YVAD-CHO能夠有效抑制NLRP3及caspase-1的活化，減少I(mǎi)L-1β和IL-18表達(dá)，抑制TH2 / TH17反應(yīng)。 由此證實(shí)，阻斷NLRP3 / caspase-1軸能夠有效阻止TDI誘導(dǎo)的哮喘的進(jìn)展，可以用作哮喘患者的治療靶標(biāo)。

六、NLRP3與慢性阻塞性肺疾病

與支氣管哮喘一樣，慢性阻塞性肺疾病(簡(jiǎn)稱(chēng)慢阻肺)的急性發(fā)作與NLRP3炎性小體激活引起的炎癥反應(yīng)也密切相關(guān)。Wang[47]等研究發(fā)現(xiàn)慢阻肺急性加重組患者NLRP3mRNA、Caspase-1、ASC、IL-18、IL-1β的mRNA水平明顯高于吸煙者，而且，當(dāng)慢阻肺急性加重組中患者病情穩(wěn)定后，上述指標(biāo)明顯減少。Nachmias[48]等人研究也發(fā)現(xiàn)NLRP3及其激活后產(chǎn)生的炎癥細(xì)胞因子(IL-8和MCP-1)在慢阻肺及慢阻肺急性加重體外模型中表達(dá)升高，并且慢阻肺急性加重中上述指標(biāo)的表達(dá)水平更高。Rotta Detto[49]等發(fā)現(xiàn)非典型流感嗜血桿菌NTHi可以誘導(dǎo)慢阻肺患者肺組織細(xì)胞中NLRP3炎性體的上調(diào)以及caspase-1依賴(lài)性IL-1β表達(dá)顯著升高，加重炎癥反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)均提示NLRP3炎性因子參與了慢阻肺患者急性加重的過(guò)程。對(duì)于甲型流感病毒(IAV)引起的慢阻肺急性加重，有研究發(fā)現(xiàn)疏風(fēng)解毒膠囊聯(lián)合奧司他韋可以抑制NLRP3炎性小體激活，降低IL-1β和IL-18水平，從而減輕臨床癥狀[50]。而在空氣顆粒物(PM2.5)引起的氣道炎癥及肺氣腫小鼠模型中，硫化氫可以通過(guò)Nrf2途徑抑制NLRP3炎性小體活化，減少I(mǎi)L-1β分泌，改善肺氣腫及氣道炎癥[51]。Cao[52]等也發(fā)現(xiàn)脂氧素受體激動(dòng)劑BML-111可以通過(guò)上調(diào)Nrf-2來(lái)預(yù)防NLRP3炎性體激活并抑制活性氧產(chǎn)生，從而對(duì)慢阻肺模型小鼠發(fā)揮抗炎作用。以上研究均發(fā)現(xiàn)NLRP3在慢阻肺急性加重中扮演重要角色，但在慢阻肺穩(wěn)定期患者中的研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎性小體的表達(dá)與健康對(duì)照組并無(wú)明顯差異，說(shuō)明NRLP3炎性體在穩(wěn)定慢阻肺炎癥反應(yīng)中可能發(fā)揮次要作用[53]。

小 結(jié)

綜上所述，NLRP3炎性小體與急性肺損傷、肺部感染、支氣管哮喘、慢性阻塞性肺疾病、肺癌、肺纖維化等肺部疾病的發(fā)病以及疾病的進(jìn)展均有一定的相關(guān)性，隨著對(duì)NLRP3炎性小體活化機(jī)制的進(jìn)一步研究，將有可能為以上肺部疾病的治療提供新思路。而在肺癌方面，NLRP3激活是否引起腫瘤的遷移進(jìn)展仍存有爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步深入研究。