NLRP3炎性小体研究进展及与消化系统疾病的关系

　　摘要：NOD样受体热蛋白3(NLRP3)炎性小体是人体免疫系统的重要固有成分，主要产生和分泌成熟的白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-18(IL-18)等关键下游促炎细胞因子，导致机体的炎症反应，而IL-1β是NLRP3发挥作用的最主要的促炎因子。NLRP3可以识别或被多种危险信号主动激活，致使主要的促炎因子IL-1β表达水平上调。研究数据显示，NLRP3炎症小体可影响动脉粥样硬化、免疫性疾病、炎症性疾病等多种类型疾病的进程，是目前研究最为广泛的炎性小体，已成为近年来的研究热点。文章对NLRP3炎症小体的激活调控机制及近些年来它在消化系统疾病中的运用以及关系作一综述，旨在为临床消化系统疾病的治疗提供新的治疗思路及靶点方向。

　　关键词：NLRP3炎性小体；信号通路；消化系统疾病

　　0导言

　　炎症是机体免疫系统对有害刺激的一种自然免疫应答，当机体受到感染、创伤、中毒或自身免疫受到损伤等因素之后，炎症会在机体组织中表达[1]。适当的炎症刺激可以消灭或清除体内的死亡或受损细胞，借此可以增强人体的免疫功能，倘若炎症刺激过度，就会激活、释放炎症细胞因子，造成机体的损伤。如新型冠状病毒能使机体产生促炎因子，引起机体多功能脏器衰竭与死亡[2]。此时机体需要对表达的炎症进行处理，消灭炎症细胞，促进炎症的信号通路正常运转。在受到炎症刺激后，先天免疫系统机体自身的各种模式识别受体(patternrecognitionreceptors，PRRs)可以检测到病原分子信号，并且受到损伤的机体组织细胞同样也可以释放危险相关的分子模式信号来主动触发PRRs[3]，如尿酸晶体、热休克蛋白hsp70等，激活免疫系统并引导炎症反应。2002年Martinon第一次对炎性小体的概念进行了重要论述，炎性小体是人体细胞内高分子含量的蛋白复合物，而人体内的相关炎症应答机制是由炎性小体来触发的[4]。目前已知的炎性小体有NLR家族成员、NLRC4炎性小体、IPAF炎性小体和AIM2炎性小体，而在这些炎性小体当中，目前研究最为热门的当属NLR家族成员中的NLRP3炎性小体[5,6]。针对NLRP3炎性小体的激活应受到严格调节，以防止不必要的宿主组织损伤和过度炎症进一步对宿主产生更大的损伤。所以对NLRP3炎性小体进行一个更深层次的研究，可以为临床上的一些炎症性疾病提供一种可靠的理论支持以及治疗的新靶点。

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　　1NLRP3炎性小体

　　NLRP3炎性小体是目前为止发现的炎性小体中研究最为热门的，也是最具有代表性的。它主要是由髓系细胞进行分泌表达，主要有三个结构域，分别是NLRP3、ASC以及procaspase-1，三者又可以被形象的称之为感应器、连接器以及效应器[7-9]。NLRP3炎性小体不同于其他的PRRs，它可以被更多类型的模式分子启动激活，因此它可以感知更多的病原微生物信号（PAMP）和危险信号（DAMP），如金黄色葡萄球菌、乙型链球菌、单核细胞增生李斯特菌、淋病奈瑟菌和细胞外三磷酸腺苷[10-12]。所以NLRP3炎性小体与人类多种疾病密切相关，如遗传性角膜内皮炎、腹膜炎、动脉粥样硬化、肝癌等[1,13-15]。虽然NLRP3炎性小体与多种疾病联系紧密，但是它的激活与调控机制确十分复杂，目前并不十分明确。

　　2NLRP3炎性小体与消化系统疾病的关系

　　2.1NLRP3炎性小体与幽门螺旋杆菌

　　幽门螺旋杆菌（Helicobacterpylori，HP）是澳大利亚学者Warren和Marshall在胃黏膜标本中分离出来的一种革兰阴性微需氧杆菌，这是迄今为止发现的唯一一种可以在人体胃黏膜中可以生存的有害致病菌，它得到生存条件较为严格[24]。HP的发现令消化系统疾病的发展进入一个新时代，同时它也被世界卫生组织列入I类致癌因子，并且属于传染病范畴[25,26]。流行病学数据显示，全球范围内有超50%的人曾感染过HP[27]。HP的感染性和传播性至今依旧存在较大争议，人群之间的直接传播貌似是HP传播的最主要途径，如口口传播、粪口传播、母乳喂养、医源性传播等途径[28]。HP与很多消化系统疾病息息相关，如慢性胃炎、胃溃疡、慢性胃炎[29]，甚至会发展为恶性病变，如萎缩性胃炎、胃癌等[30,31]。最新研究数据证明HP不仅与消化系统疾病有关，与糖尿病、心血管系统、非酒精性脂肪性肝病、痴呆等也有关联[32-35]。

　　2.2NLRP3炎性小体与肝脏疾病

　　天然产物可以对NLRP3炎性小体的炎症信号通路进行正向调节，对很多种由于化学因素而引发的肝脏损伤表达出了正向且有益的特点，而天然产物具有多靶点、无毒性等特点，是未来预防及治疗肝脏疾病的潜在靶点药物[43]。镉是一种有毒化学物质，LI等[44]通过给小鼠氯化镉灌胃，20d后，肝细胞浸润显著，细胞凋亡数目明显增多，在小7鼠得到肝脏组织中同时检测到促炎细胞因子(IL-1β，IL-18)以及抗炎细胞因子(IL-10，IL-13)的表达水平明显增加，最后结果显示，小剂量的镉口服可引起NLRP3炎性小体的激活进一步诱发肝脏的炎症，并可以引发较为严重的肝脏损伤。急性肝损伤（ALI）是一种高死亡率的严重疾病，目前仍然没有较为有效的治疗措施，而ALI与NLRP3炎性小体有着一定的关系。冬凌草甲素是一种抗炎的天然免疫物质，Zhang等[45]通过实验表明由于D-半乳糖胺(d-GalN)/脂多糖(LPS)诱导的ALI在食用冬凌草甲素之后，促炎因子水平明显降低，炎症反应也得到很大程度的缓解，并且还可以降低NLRP3、IL-18和IL-1β的表达水平。非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是肝脏疾病的一种，Hwangbo等[46]将小鼠作为实验对象，通过用奥拉诺芬（Auranofin）进行试验，发现Auranofin试验组的小鼠体重、血糖、血脂、甘油三酯等明显下降，并且发现小鼠肝脏内的促炎因子（IL-1β、IL-18）及Nod3样受体表达被抑制，所以Auranofin可以抑制NLRP3炎性小体而改善肝脏炎症而减轻NAFLD症状。在酒精性肝病（ALD）的小鼠实验中，研究者发现小鼠NLRP3、caspase-1和IL-1β蛋白表达水显著增强，而对NLRP3或caspase-1基因敲进行移除的小鼠的肝脏炎症和脂肪变性明显改善，因此NLRP3促进了ALD的发展进程[47]。非酒精性脂肪性肝炎（NASH）是由于脂肪在肝脏细胞堆积而导致的肝脏炎症性疾病，患者并无过量的饮酒史，病因仍不明确。实验表明，有害的脂质物质可以激活NLRP3炎性小体，在NASH的发病过程中起重要作用，同时患者的NLRP3、IL-1β和IL-18蛋白表达水平明显较常人增加，并且NLRP3炎性小体还可以促进肝细胞纤维化的发展，抑制NLRP3炎性小体信号通路可以明显改善肝脏的炎症和纤维化，抑制NASH发病过程[48,49]。NLRP3是一种细胞质模式识别受体，广泛分布于肝实质和非实质性细胞中，证据表明，炎性小体与多种肝脏疾病有关，包括肝炎、肝纤维化和肝硬化甚至是肝癌[50-52]。但是目前尚不清楚NLRP3炎性小体与HBx诱导的肝炎两者的关系，Xie等通过研究发现，在氧化应激条件下，乙型肝炎病毒X蛋白（HBx）可以激活正常肝细胞中的NLRP3，并通过线粒体ROS途径促进焦磷酸化，最终导致ASC，IL-1β和HMGB1的释放[53]。

　　2.3NLRP3炎性小体与肠道疾病

　　NLRP3是NLRs家族的一员，可以感应各种各样的DAMPs和PAMPs，并且对其产生应答，这其中包括病原微生物、核酸和结晶物质，同时也它已经被证实对结肠炎和结肠癌的发生有抑制作用[54]。目前它正在快速成为调节人类肠稳态的重要因子，作为一种天然的免疫受体，它可以诱发caspase-1的激活和IL-1β和IL-18的成熟以及分泌，并且和炎症性肠病（IBD）的发病机制有关[55]。我们都知道IL-1β是炎症细胞因子的重要成分，是IBD患者发生炎症的主要原因，而事实上，IL-1β水平的升高与IBD患者疾病的严重程度有关[56]。以前的国外实验表明，NLRP3介导产生的IL-1β和IL-18这两种促炎因子参与了IBD发生的过程，但最近这种说法需要重新进行定义，因为有研究表明上述两种促炎因子可以对结肠炎起到保护作用。事实上，NLRP3炎性小体在IBD发病中有着双重作用，第一：NLRP3信号通路中断可能引起肠道微生物的定植发生改变，肠稳态因此失调，这是IBD发病机制中的关键因素。第二：NLRP3可能加速炎症的恶性循环，引起细胞组织破坏，免疫细胞因此被重新激活[57]。此前曾有关于NLRP3炎性小体对IBD发病机制的报道，报告显示，NLRP3缺乏的小鼠丧失了上皮细胞的完整性，并且加重了沙唑酮引起的结肠炎的炎症反应，所以NLRP3可以预防沙唑酮引发的结肠炎症，但是后续又有报道提示，抑制NLRP3炎性小体可以有效的人类和小鼠的肠道黏膜炎症反应[58,59]。一项研究显示，克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC）患者NLRP3的表达水平都上调，因为在患者的结肠活检结果显示NLRP3、IL-1β等的mRNA表达上调，这个结果与患者自身的肠道疾病活动相关[60]。Wang等[61]通过实验表明，小豆蔻素（Cardamonin）对右旋糖酐硫酸钠(DSS)和2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的小鼠结肠炎有显著的抑制作用，小鼠结肠长度的缩短及其组织病理学改变得到了明显的改善，而使用豆蔻素直接进行直肠给药对肠炎的改善程度也较为显著，小豆蔻素可以通过激活AhR/Nrf2/NQO1通路，以此抑制NLRP3炎性小体激活，从而达到改善小鼠结肠炎的目的。Zhang等[62]发现在IBD中，在受损的结肠炎症组织中会释放出一种为ADP的危险信号作为，此时胞外ADP通过P2Y1受体介导的Ca+信号来激活NLRP3炎性小体，从而引起IL-1β的成熟及分泌，并加重了IBD的症状，而阻断P2Y1受体，减少NLRP3炎症体的激活，可以使DSS引起的结肠炎和内毒素休克表现得到明显改善。

　　总结与展望

　　近年来NLRP3炎性小体成为炎性小体研究中的热点，很多关于它激活以及调控机制的研究也在如火如荼的进行当中，我们虽然知道NLRP3-ASC-caspase-1以及主要促炎因子IL-1β等在炎症性疾病以及其他免疫性疾病当中扮演着重要角色，但是它的具体机制依旧不是很明确，我们仍有很多疑问，比如如何运用NLRP3炎性小体的调控机制以及负反馈调节机制来治疗疾病和研究新型靶向药物，仍需更多的、前瞻性的动物或人体临床试验来深度剖析。NLRP3炎性小体激活剂复杂繁多，了解NLRP3炎性小体激活和调控机制对于治疗NLRP3炎性体相关的炎性疾病的治疗迫在眉睫。与此同时，NLRP3炎性小体的抑制剂也是一个研究方向，截至目前，NLRP3炎性小体抑制剂的研究仍未大面积展开。总之，NLRP3炎性小体在消化系统疾病中作用机制研究的越深入，越能够为消化系统炎症性疾病的治疗提供新的靶向治疗方法及药物。

　　参考文献

　　[1]IslamMuhammadTorequl,BardaweelSanaaK.,MubarakMohammadS.,etal.ImmunomodulatoryEffectsofDiterpenesandTheirDerivativesThroughNLRP3InflammasomePathway:AReview[J].FrontiersinImmunology,2020.

　　[2]FilippouPanagiotaS,KaragiannisGeorgeS.Cytokinestormduringchemotherapy:anewcompaniondiagnosticemerges?[J].Oncotarget,2020,11(3).

　　[3]OsamuTakeuchi,ShizuoAkira.PatternRecognitionReceptorsandInflammation[J].Cell,2010,140(6)

　　徐洪远1，梁雪2，朱晨柳3

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