蘆文俊，范博雅，王剛，吳瑋

(1.北京大學解放軍306醫(yī)院教學醫(yī)院，北京 100101；2.戰(zhàn)略支援部隊特色醫(yī)學中心 耳鼻咽喉頭頸外科，北京 100101；3.國家環(huán)境保護環(huán)境感官應激與健康重點實驗室，北京 100101)

變應性鼻炎(allergic rhinitis,AR)是一種以免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)介導的多種免疫細胞、細胞因子和炎癥介質(zhì)等參與的鼻黏膜非感染性炎性反應性疾病，主要臨床表現(xiàn)為鼻塞、流清水樣鼻涕、陣發(fā)性噴嚏和/或鼻癢[1]。AR的患病率為10%～40%，為上呼吸道常見病、多發(fā)病和長期慢性病[2]。AR發(fā)病機制復雜，目前普遍認同的致病機理是：特應性個體抵抗外界環(huán)境因素中的吸入性變應原，驅(qū)動Th2(T helper 2)細胞介導特異性IgE高表達的鼻腔黏膜變應性炎癥反應[3]。炎性反應在AR的發(fā)生發(fā)展進程中貫穿始終。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎性小體通過活化半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)，介導白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)和白介素18(interleukin-18,IL-18)水平升高，活化炎性細胞并促進多種炎癥細胞因子表達，通過瀑布式級聯(lián)反應不斷強化炎性損傷效應，可加劇AR的發(fā)生發(fā)展[4-5]。本文綜述了NLRP3炎性小體在AR的發(fā)生發(fā)展過程中的作用及調(diào)控機制，和適用于AR治療的NLRP3炎性小體信號通路中相關(guān)蛋白抑制劑。

1 NLRP3炎性小體的組成及激活機制

NLRP3炎癥小體是由銜接分子凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)、半胱氨酸蛋白酶caspase-1前體蛋白(procaspase-1)和NOD樣受體家族成員NLRP3蛋白組成的大分子蛋白復合物[6]。其中，NLRP3作為核心蛋白，是一個重要的細胞內(nèi)模式識別受體，被病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和宿主來源的損傷信號相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)激活后，參與外源性抗原的識別及適應性免疫反應的啟動，對潛在危害性刺激作出響應[7]。NLRP3炎性小體與感染性疾病、腸道炎性疾病、神經(jīng)退行性疾病、動脈粥樣硬化、2型糖尿病、痛風以及自身免疫性疾病等密切相關(guān)[8]。

NLRP3蛋白在大多數(shù)情況下處于自身抑制狀態(tài)，其C端亮氨酸重復序列結(jié)構(gòu)域通過結(jié)合泛素連接酶相關(guān)蛋白與分子伴侶熱休克蛋白90結(jié)合，抑制NLRP3的活化[9]。當上游傳感器監(jiān)測到DAMPs和/或PAMPs后，靜止的NLRP3蛋白發(fā)生寡聚化改變，與接頭蛋白ASC適配并招募procaspase-1形成NLRP3炎性小體的復合體形式，進而活化下游的效應細胞因子IL-1β和IL-18，激活I(lǐng)L受體信號級聯(lián)反應，參與機體對病原體的識別與清除以及引發(fā)機體炎癥反應，在機體固有免疫系統(tǒng)中起重要作用[10]。

對于NLRP3炎性小體的激活需要兩種信號類型，即預激和活化。預激信號(信號1)由一系列DAMPs和PAMPs等信號與Toll樣受體結(jié)合后介導轉(zhuǎn)錄核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)的表達，在轉(zhuǎn)錄水平誘導前體白介素-1β(pro-IL-1β)的表達并上調(diào)NLRP3蛋白，調(diào)控NLPR3蛋白的泛素化和磷酸化等翻譯后修飾；激活信號(信號2)由多種刺激劑觸發(fā)，包括細胞外ATP、成孔毒素、RNA病毒、結(jié)晶和環(huán)境污染顆粒物等，促使細胞內(nèi)鉀離子外流、溶酶體破裂、鈣離子動員、線粒體功能障礙和活性氧的生成等進而激活NLRP3炎性小體，導致NLRP3蛋白寡聚化、ASC聚類和procaspase-1的募集，促進NLRP3炎性小體的組裝，使效應蛋白caspase-1由無活性的前體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為有活性的成熟狀態(tài)，裂解gasdermin D(GSDMD)介導細胞焦亡，促進pro-IL-1β、pro-IL-18的成熟和釋放，打破宿主內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，誘導炎癥反應發(fā)生[11-13]。

2 NLPR3炎性小體在AR中的作用

鼻黏膜免疫系統(tǒng)是機體呼吸道防御吸入性病原體的首道防線[14]。當AR患者鼻黏膜上皮與吸入性變應原相接觸時，不斷增多的Th2細胞促進IgE的產(chǎn)生，介導多種炎癥介質(zhì)、細胞因子及免疫細胞參與鼻黏膜上皮細胞的炎癥性反應，促進平滑肌細胞收縮、血管通透性增加和黏液腺體分泌增加，表現(xiàn)出鼻塞、流涕等一系列鼻部癥狀[15]。炎性反應是AR的主要病理變化。

NLRP3炎性小體參與炎性細胞的募集、促炎細胞因子的釋放和炎癥反應的誘導，它的活化可以促進鼻黏膜上皮細胞中IL-18、IL-1β的分泌，啟動炎癥反應，與各自的受體結(jié)合后激活NF-κB等細胞間分子信號通路，活化炎性細胞并促進多種炎癥細胞因子表達，通過瀑布式級聯(lián)反應不斷強化炎性損傷效應[4-5,16]。Yang等[17]通過建立AR小鼠模型進行在體實驗研究，檢測示小鼠鼻腔盥洗液中IL-1β表達升高，鼻黏膜中NLRP3相關(guān)蛋白ASC，caspase-1和IL-1β的表達均增加，表明NLRP3炎性小體的激活可能在AR的發(fā)生發(fā)展中起一定作用；該實驗進一步對NLRP3-/-基因敲除鼠進行卵清蛋白(ovalbumin,OVA)造模誘導AR的發(fā)生，可見基因敲除鼠相較于正常AR模型小鼠，AR癥狀緩解，鼻甲黏膜上皮細胞中NLRP3、IL-1β和caspase-1的表達減少，促炎細胞因子和趨化因子的產(chǎn)生減少，說明抑制NLRP3炎癥小體的表達可減輕鼻黏膜炎性反應，延緩AR進展。同樣有研究表明，AR患者外周血中NLRP3 mRNA表達顯著上調(diào)[18]。以上提示NLRP3炎性小體與AR的發(fā)生發(fā)展有著密切相關(guān)。

2.1 NLRP3炎性小體活化caspase-1促進AR

NLRP3炎性小體活化后誘導caspase-1的聚集及自催化，一方面剪切活化IL-1β及IL-18等炎性因子，另一方面成熟的caspase-1釋放可介導一種與炎癥相關(guān)的特定類型的細胞程序性死亡——細胞焦亡[19]。由caspase-1介導的經(jīng)典焦亡途徑切割細胞焦亡的關(guān)鍵效應分子GSDMD，與細胞膜上的脂質(zhì)分子形成孔道破壞細胞膜完整性，允許離子滲透和消散細胞離子濃度梯度，引起細胞內(nèi)滲透壓失衡、水分流入和細胞膨脹，最終造成細胞解體[20]。GSDMD依賴的細胞焦亡具有高度促炎特性，誘導細胞腫脹裂解后引發(fā)胞內(nèi)促炎物質(zhì)外泄，導致嚴重的炎癥反應，同時具有凋亡和壞死的特性，是機體抵御外界病原體和細菌感染的重要防護措施[21]。魏亞寧等[4]研究發(fā)現(xiàn)AR小鼠鼻黏膜上皮細胞中GSDMD和caspase-1 p20蛋白水平顯著上調(diào)，而在NLRP3基因敲除后的AR模型小鼠中，GSDMD和caspase-1 p20蛋白表達明顯下調(diào)，AR癥狀顯著緩解，提示NLRP3炎性小體活化后可通過caspase-1誘導鼻黏膜上皮細胞焦亡，參與AR的發(fā)生發(fā)展過程。多項實驗均驗證通過抑制caspase-1的表達可緩解AR的進展[22-23]。

2.2 NLRP3炎性小體誘導炎性細胞因子促進AR

作為NLRP3炎性小體的下游效應產(chǎn)物，細胞因子IL-1β和IL-18均屬于IL-1家族成員，在受到多種因素，包括微生物、內(nèi)毒素、其他細胞因子和抗原等的刺激后，主要由單核巨噬細胞分泌，可刺激單核細胞及促進嗜酸性粒細胞募集、脫顆粒，作用于巨噬細胞表達、促炎細胞因子激活和調(diào)節(jié)趨化因子表達，具有啟動和維持AR炎癥反應的作用[24]。

IL-1β是一種高效的促炎細胞因子，在應對感染性、有害性或細胞損傷性刺激的急性炎癥反應中起重要作用，在組織受損后的早期即可高表達參與誘導炎癥反應的發(fā)生，促進B細胞增殖并增加IgE的合成，促進Th17細胞增生分化，增強Th2免疫應答和募集嗜酸性粒細胞[25]。Han等[26]研究發(fā)現(xiàn)在AR患者血清中IL-1β水平較健康志愿者顯著升高，且與AR嚴重程度呈正相關(guān)，提示IL-1β可作為AR的生物標志物。顧曉等[27]研究示IL-1β通過介導JNK信號轉(zhuǎn)導通路下游相關(guān)蛋白磷酸化參與AR大鼠鼻黏膜上皮組織重塑過程，表明IL-1β參與AR的病理變化過程。抑制IL-1β表達可減輕AR炎癥反應作用,阻斷IL-1β可能是預防和治療AR的潛在策略療法[28]。

IL-18具有募集炎性細胞和刺激肥大細胞和嗜堿性粒細胞脫顆粒的特性，激活Th2細胞，介導多種促炎細胞因子的產(chǎn)生，促進IgE產(chǎn)生和同型轉(zhuǎn)換，從而促進AR的發(fā)生發(fā)展[29]。對AR患者鼻腔分泌物檢測發(fā)現(xiàn)IL-18持續(xù)上調(diào)與AR的持續(xù)性炎癥反應相關(guān)[24]。一項對IL-18基因單核苷酸多態(tài)性(SNP)對AR影響的Meta分析驗證IL-18增加AR的致敏性和發(fā)病風險[30]。Tworek等[31]對AR患者應用氯雷他定抗過敏治療后血清IL-18水平降低，AR癥狀有效緩解，提示抑制IL-18的表達可作為治療AR的新思路。以上研究表明，IL-1β及IL-18作為NLRP3炎性小體的下游效應因子在介導AR的病理進展中作用不容忽視。

3 NLRP3炎性小體信號通路可能作為AR的治療靶點

人體和實驗動物得出的結(jié)果一致表明NLRP3炎癥小體的激活對AR的啟動和加劇起促進作用，NLRP3炎性小體及其下游效應蛋白通過多種機制參與AR的炎癥反應過程，對AR的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。因此可將NLRP3炎性小體作為AR治療的一個分子靶點，針對NLRP3炎性小體相關(guān)信號通路的抑制劑有望能夠減輕炎癥反應，延緩AR進程。

3.1 NLRP3蛋白抑制劑

MCC950作為選擇性NLRP3炎性小體抑制劑，被發(fā)現(xiàn)可通過抑制氯離子外流阻礙ASC斑點寡聚化和caspase-1激活，從而特異性地抑制NLRP3炎性小體的組裝活化[32]。Zhang等[33]應用MCC950作用于OVA誘發(fā)的AR小鼠，小鼠出現(xiàn)明顯噴嚏及撓鼻癥狀的頻率下降，鼻腔盥洗液中嗜酸性粒細胞、巨噬細胞和中性粒細胞等炎性細胞數(shù)量減少，鼻黏膜上皮細胞中caspase-1、ASC、IL-1β和IL-18表達降低，血清中特異性IgE、組胺和白三烯水平下降；李儒佑等[34]應用重組干擾素γ活化誘導型一氧化氮合酶合成細胞內(nèi)具有促炎特性的NO，從而導致NLRP3蛋白亞硝基化改變，進而阻礙炎癥復合體的裝配，可見大鼠鼻黏膜中NLRP3、ASC和caspase-1表達下降，鼻腔盥洗液中IL-1β和血清中IgE濃度顯著低于AR組；Xiao等[35]應用microRNA-133b靶向抑制NLRP3蛋白的表達，同樣降低了AR小鼠血液中IgE的含量，鼻黏膜中的caspase-1、ASC、IL-18和IL-1β表達減少，并大大減輕了其病理變化以及鼻黏膜的嗜酸性粒細胞和肥大細胞浸潤。以上提示抑制NLRP3炎性小體的表達對AR有明顯的炎性調(diào)控和治療作用。

3.2 caspase-1抑制劑

Belnacasan和YVAD是兩種caspase-1抑制劑，阻斷NLRP3炎性小體下游效應蛋白的活化。Yang等[17]將Belnacasan鼻腔給藥作用于AR小鼠，也可見小鼠AR癥狀改善，小鼠鼻黏膜中促炎性細胞因子、趨化因子和嗜酸性粒細胞相關(guān)蛋白的表達均降低。Li等[16]將caspase-1抑制劑(YVAD)預處理人鼻上皮細胞后暴露于花粉環(huán)境中，可見NLRP3蛋白活性降低，IL-1β的表達水平顯著下降。此外，多種藥物也可通過抑制caspase-1的表達發(fā)揮抗炎作用。紫董醇靈堿是一種廣泛用于治療上呼吸道感染的中醫(yī)藥苦地丁內(nèi)的生物堿成分，可通過降低caspase-1的基因表達，抑制NF-κB的激活，緩解鼻炎癥狀并抑制相關(guān)炎癥細胞因子的表達，發(fā)揮抗炎作用的機制[22]。

3.3 IL-1β抑制劑

IL-1β作為NLRP3炎性小體下游產(chǎn)物，是局部炎癥反應的啟動和維持過程中的關(guān)鍵介質(zhì)。Zhang等[36]將IL-1β抑制劑(IL-1Ra)鼻內(nèi)應用于OVA誘發(fā)的AR小鼠，可有效緩解AR癥狀，阻礙炎性細胞浸潤，降低多種炎性細胞因子和IgE表達水平。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，NLRP3炎性小體作為一系列炎性反應的核心，對AR的發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵的作用，調(diào)控NLRP3炎性小體的表達可以延緩AR的病理進程，因此，有望將NLRP3炎癥小體作為AR治療的潛在新靶點。但其具體參與AR發(fā)生發(fā)展的作用機制以及其上游調(diào)控組裝機制仍待進一步闡明，如何利用相關(guān)效應蛋白抑制劑指導臨床實踐還需進一步研究。將來在此方向上的深入研究不僅有助于加深對AR的認識，也有利于發(fā)掘更多的潛在性治療方案，為臨床治療此疾病指明新方向。