楚師成,高俊蘋,任 翔,耿 松

(濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 1.結(jié)直腸疝外科,山東 濱州 256600;2.超聲科)

NLRP3炎性小體是天然免疫的重要組成部分,對(duì)白細(xì)胞介素(IL)-1β和IL-18的產(chǎn)生至關(guān)重要,其參與多種疾病的發(fā)生與演變,尤其在惡性疾病中可發(fā)揮雙重作用。本研究就NLRP3炎性小體及其在惡性疾病尤其是結(jié)腸炎相關(guān)性結(jié)直腸癌中的作用進(jìn)行綜述。

1 NLRP3炎性小體

1.1天然免疫:天然免疫是宿主對(duì)微生物感染和危險(xiǎn)相關(guān)內(nèi)源性刺激的第一道防線,可以通過(guò)模式識(shí)別受體(PRRs)、巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞(DC)和上皮細(xì)胞識(shí)別病原體相關(guān)分子模式(PAMPs),如核酸或微生物細(xì)胞壁成分和損傷相關(guān)分子模式(DAMPs),如受損宿主細(xì)胞釋放的結(jié)構(gòu)部分[1]。PRRs由膜結(jié)合的Toll樣受體(TLRs)、C型凝集素受體和細(xì)胞質(zhì)中Nod樣受體(NLRs)、RIG-I樣受體(維甲酸誘導(dǎo)基因Ⅰ)和黑素瘤缺乏因子2(AIM2)受體組成[2],其中根據(jù)體系結(jié)構(gòu)不同,NLRs被細(xì)分為NLRP和NLRC。NLRP1(小鼠NLRP1b)、NLRP3和NLR家族凋亡抑制蛋白(NAIP)-NLRC4是公認(rèn)的具有組裝炎性反應(yīng)能力的NLRs[3]。炎性小體是細(xì)胞內(nèi)的多蛋白復(fù)合體,是先天性免疫的重要組成部分。典型的炎性小體由傳感器、適配器和效應(yīng)器組成,以分層的方式組裝,并發(fā)揮重要作用。

1.2NLRP3炎性小體的啟動(dòng)與激活:NLRP3炎性小體是一種多聚體胞漿蛋白復(fù)合體,是天然免疫必不可少的部分,由細(xì)胞質(zhì)模式識(shí)別受體NLRP3、適配蛋白、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(caspase-1)組成,用于調(diào)節(jié)肥胖過(guò)程中的肥胖和胰島素敏感性[4]。基礎(chǔ)水平的NLRP3表達(dá)不足以使其活躍,因此需要兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)-啟動(dòng)和激活來(lái)促進(jìn)其組裝[5]。啟動(dòng)是NLRP3激活的必要步驟,確保了NLRP3激活的可控性,分為轉(zhuǎn)錄途徑和非轉(zhuǎn)錄途徑[6]。轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)途徑涉及核因子(NF)-κB信號(hào)通路,可以識(shí)別PAMPs或DAMPS并上調(diào)NLRP3和IL-1β的轉(zhuǎn)錄。非轉(zhuǎn)錄途徑依賴于轉(zhuǎn)錄后修飾(PTM)和線粒體活性氧,通過(guò)磷酸化和泛素化的PTM可以大大縮短轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的時(shí)間,為NLRP3提供快速啟動(dòng)。轉(zhuǎn)錄或非轉(zhuǎn)錄途徑一旦啟動(dòng),將致力于激活NLRP3炎性小體。激活信號(hào)通常由多種PAMPs和DAMPs提供,包括細(xì)菌和病毒核酸、ATP、尿酸、β-淀粉樣蛋白、空氣污染物、膽固醇晶體和氧化磷脂(OxPLs)[7],它們刺激依賴NLRP3的炎性小體組裝和caspase-1的激活。然后,激活的caspase-1將Pro-IL-1β和Pro-IL-18以及潛在的致孔蛋白Gasdermin-D(GSDMD)切割成它們的生物活性形式,驅(qū)動(dòng)炎性反應(yīng)[8]。

1.3NLRP3炎性小體組裝后對(duì)細(xì)胞的影響:根據(jù)細(xì)胞類型和激活類型不同,NLRP3炎性小體激活后導(dǎo)致兩種不同的細(xì)胞命運(yùn),一種是誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡(一種炎性細(xì)胞死亡的溶解形式)進(jìn)而促進(jìn)IL-1家族細(xì)胞因子的釋放,另外的一些炎性刺激,如oxPLs,可以在沒(méi)有細(xì)胞焦亡的情況下促進(jìn)IL-1β以及IL-18的分泌[9]。如感染的DC、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞可以在保持存活的同時(shí)分泌IL-1β和L-18,達(dá)到高度活躍狀態(tài),使免疫刺激反應(yīng)增強(qiáng),因此這些細(xì)胞狀態(tài)被稱為“過(guò)度活躍”。

2 NLRP3炎性小體在惡性疾病中的作用

NLRP3炎性小體的異常激活與許多疾病有關(guān),如肥胖、潰瘍性結(jié)腸炎、阿爾茨海默病、內(nèi)毒素休克、痛風(fēng)和動(dòng)脈粥樣硬化等。NLRP3的作用取決于它對(duì)細(xì)菌或微生物觸發(fā)的反應(yīng),如在許多感染性疾病中,NLRP3炎性小體主要通過(guò)調(diào)節(jié)炎性小體效應(yīng)細(xì)胞因子的釋放,對(duì)宿主具有保護(hù)作用[10]。然而,NLRP3與幾種炎性疾病直接相關(guān),并在代謝性疾病和癌癥的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮雙重作用。

研究表明,NLRP3可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生,如NLRP3介導(dǎo)淋巴瘤細(xì)胞產(chǎn)生的IL-18可以減少地塞米松誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,從而促進(jìn)淋巴瘤細(xì)胞的增殖[11];在原位乳腺腫瘤模型中,NLRP3基因缺陷的小鼠肺轉(zhuǎn)移較少,具有驅(qū)動(dòng)骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞聚集作用的IL-1β(可促進(jìn)原發(fā)和轉(zhuǎn)移性乳腺腫瘤)的產(chǎn)生減少[12];而在胃中過(guò)度表達(dá)IL-1β的轉(zhuǎn)基因小鼠中,在幽門螺桿菌定植后更容易患上胃癌[13]。此外,盡管NLRP3在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中的直接作用尚不清楚,但頭頸部鱗狀細(xì)胞癌患者外周血中IL-1β濃度升高[14]。但同時(shí)也有研究表明,在人肝癌組織中NLRP3炎性小體成分的表達(dá)顯著下調(diào),甚至丟失。17β-雌二醇(E2)通過(guò)上調(diào)NLRP3來(lái)抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[15],進(jìn)一步表明NLRP3在肝癌中具有保護(hù)作用。其他間接證據(jù)也表明,NLRP3炎性小體在腫瘤發(fā)生過(guò)程中具有保護(hù)作用,如NLRP3可以抑制主要表達(dá)在髓系細(xì)胞中的離子通道蛋白-TRE176B,激活炎性小體,并使CD8+T細(xì)胞依賴的抗腫瘤免疫增強(qiáng)[16]。

3 NLRP3炎性小體在結(jié)腸炎相關(guān)性結(jié)直腸癌的作用

結(jié)直腸癌(CRC)是一種發(fā)病率和死亡率都很高的破壞性胃腸道腫瘤,是世界范圍內(nèi)第三大常見(jiàn)的惡性腫瘤,在發(fā)達(dá)國(guó)家尤其流行,據(jù)世界衛(wèi)生組織的GLOBOCAN數(shù)據(jù)庫(kù)報(bào)道每年全球大約有180多萬(wàn)新發(fā)病例[17]。結(jié)腸炎相關(guān)性癌癥(CAC)是結(jié)直腸癌的一個(gè)重要亞型,通常與長(zhǎng)期腸道炎癥有關(guān),如炎性反應(yīng)性腸病(IBD)。據(jù)統(tǒng)計(jì),與健康人相比,IBD患者患CRC的可能性高達(dá)30倍[18],其導(dǎo)致的CAC是比散發(fā)性結(jié)直腸癌發(fā)病年齡更早的惡性腫瘤。

3.1NLRP3炎性小體抑制CAC進(jìn)展:NLRP3缺陷小鼠對(duì)偶氮甲烷(AOM,一種DNA損傷劑)/葡聚糖硫酸鈉(DSS,一種致腸炎性改變的化學(xué)物質(zhì))誘導(dǎo)的CAC具有超敏反應(yīng)[19]。AOM和DSS的結(jié)合加速了腫瘤的發(fā)展,用于研究炎性反應(yīng)介導(dǎo)的CRC。與野生型小鼠相比,缺乏適配器ASC和caspase-1的小鼠腫瘤患病率增加。將重組IL-18注射到NLRP3缺陷小鼠體內(nèi),減少了對(duì)AOM和DSS的反應(yīng)形成的腫瘤數(shù)量,進(jìn)一步證明了NLRP3炎性小體對(duì)結(jié)直腸癌的保護(hù)作用[3]。此外,NLRP3介導(dǎo)的IL-18信號(hào)被發(fā)現(xiàn)在限制結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)方面具有重要作用。IL-18的缺陷表達(dá)導(dǎo)致肝臟NK細(xì)胞的成熟受限、配體FasL的表面表達(dá)下降、對(duì)腫瘤的敏感性降低,最終導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移[20]。

3.2NLRP3炎性小體促進(jìn)CAC發(fā)展:NLRP3的表達(dá)是結(jié)直腸癌細(xì)胞上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的先決條件,提示NLRP3在結(jié)直腸癌中具有促進(jìn)細(xì)胞遷移和增殖的作用。有學(xué)者認(rèn)為NLRP3過(guò)度表達(dá)與較短的壽命和較差的預(yù)后相關(guān),一項(xiàng)遺傳學(xué)研究也支持該觀點(diǎn),該研究表明NF-κB軸的基因改變影響結(jié)直腸癌患者的預(yù)后[21]。最近的研究表明,NLRP3抑制劑(MCC950、姜黃素、巴馬汀等)在改善結(jié)腸炎和CAC方面取得了成功[22],這提供了強(qiáng)有力的證據(jù),表明NRLP3的過(guò)度激活不利于腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,加速癌癥的發(fā)展。

3.3影響CAC實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素:只有在正常飲食的CAC和某些形式的肝癌的背景下,NLRP3的保護(hù)效果才能體現(xiàn)。有學(xué)者認(rèn)為,小鼠腸道微生物的差異品系遺傳背景的差異,以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的差異導(dǎo)致了NLRP3在實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸癌中的不同作用[23]。除這些因素外,營(yíng)養(yǎng)和飲食也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響[24]。高脂飲食產(chǎn)生的危險(xiǎn)信號(hào)可以被NLRP3感應(yīng),并對(duì)炎性反應(yīng)誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗產(chǎn)生促進(jìn)作用。在高膽固醇和高脂飲食等營(yíng)養(yǎng)因素的影響下,NLRP3炎性小體的激活可以促使全身產(chǎn)生低級(jí)別炎性反應(yīng),增加AOM-DSS誘導(dǎo)的CAC小鼠模型中的炎性反應(yīng)和腫瘤負(fù)擔(dān),從而促進(jìn)CAC的發(fā)展。

綜上,NLRP3炎性小體是先天性免疫中必不可少的一部分,其激活與組裝受到嚴(yán)格控制。NLRP3信號(hào)在特定癌癥中的功能與多種因素相關(guān),對(duì)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展起著復(fù)雜的作用。因此,探索特定疾病中NLRP3炎性小體的特定功能及其激活的途徑和調(diào)控機(jī)制作用為充分理解其如何發(fā)揮促腫瘤和抗腫瘤功能提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。