NLRP3炎症小体在动脉粥样硬化中的作用研究进展*

解 静，程 琦，刘昳佳，高 杉，于春泉

（天津中医药大学，天津 301617）

自2002年Tschopp团队首次发现炎性小体[1]以来，其在固有免疫中的作用逐渐引起学者们的广泛关注。炎性小体是一种可在固有免疫细胞和组织中表达的多蛋白复合物，由不同的受体蛋白和作为接头蛋白的凋亡相关斑点样蛋白（ASC）、作为效应蛋白的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水平酶-1（Caspase-1）共同组成。目前研究较为深入的炎性小体主要有核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白1（NLRP1）、NOD 样受体蛋白结构 域 3（NLRP3）、NLRC4（又称为 IPAF）和黑素瘤缺乏因子 2（AIM2）4种亚型[2]；根据受体蛋白不同，又可将其分为核酸结合的寡聚化结构域样受体（NLR）家族和PYHIN家族[3]。NLRP3炎症小体即是NLR家族中的典型代表，也是目前研究最为深入的一种[4]，主要由中心核苷酸结合寡聚化结构域（NACHT）、C端富含亮氨酸重复结构域（LRRs）和N端热蛋白结构域（PYD）3部分构成。

动脉粥样硬化（AS）是冠心病、脑梗死及外周血管病的主要成因，常累及大、中动脉，并以脂质沉积和炎症反应为特征。病变一旦发展到阻塞动脉腔的情况，则该动脉所供应的组织或器官出现局部缺血或坏死的表现，影响患者生活质量[5]。AS斑块的形成通常涉及内皮功能障碍和其他复杂病理过程，但具体机制尚不完全清楚[6]。近年来研究显示，作为炎性小体核心的NLRP3，其活化及活性调节在AS进程中具有重要的生理病理学意义[7]。

1 NLRP3炎症小体及其激活途径

1.1 NLRP3炎症小体的概念 NLRP3炎症小体作为NLR家族成员之一，是一种进化高度保守的胞质受体家族，由NLR家族蛋白、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1前体（pro-Caspase-1）和ASC 3部分组成；目前对其参与的机制研究主要包括细胞焦亡、线粒体自噬、炎症反应和先天性免疫应答反应等，涉及 NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRP6 和 NLRP12在内的多个成员，其中NLRP3主要由髓系细胞表达，是最具特征的炎性小体[8]。

典型的NLRP3炎症小体是一种胞内蛋白复合物，由NLRP3支架、ASC和pro-Caspase-1组成，其中间是NOD结构域，能介导自身寡聚化反应，N端是PYD或Caspase寡级结构域（CARD），可介导下游信号转导，C端为LRR，用于识别配体[9]。生理状态下，NLRP3炎症小体的促炎反应是机体的保护性机制，维持NLRP3炎症小体活化稳态对于防治炎症相关性疾病具有重要意义[10]；但在病理条件下，NLRP3炎症小体被各种因素过度激活，在多种与炎性相关的AS发展中起到重要的促炎调控作用[11-12]。

1.2 NLRP3炎症小体的激活途径 NLRP3炎症小体在细胞静息状态下，受到热休克蛋白90（HSP90）调控处于自身抑制状态，其表达量远低于具有生物学活性的活化细胞。NLRP3炎症小体的激活需依赖两个独立但平行的信号，即启动和激活。

第1个信号也称为启动信号，是由激活的Toll样受体（TLRs）通过髓样分化因子（MyD88）接头分子活化单核/巨噬细胞内的核因子-κB（NF-κB）等多种转录因子，经模式识别受体途径识别病原微生物携带的病原相关分子模式（PAMP）或损伤相关分子模式（DAMP），进而激活NLRP3以及pro-IL-1β和pro-IL-18的转录，这为后续产生在AS相关疾病中具有重要的致AS作用的、具有活性的白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-18（IL-18）提供必要基础[13]。

第2个信号是Caspase-1的激活。Caspase-1作为一种蛋白酶，可切割pro-IL-1β和pro-IL-18，使其转化为具有生物学活性的IL-1β和IL-18，并被细胞释放出来。Caspase-1的激活主要受NLRP3活化调控。目前NLRP3炎症小体的激活机制尚不清楚，较为可信的主要有钾离子外流、溶酶体破坏、钙离子内流和活性氧分泌4种假说。其中，嘌呤受体P2X7（P2X7R）作为一种在体内广泛分布的三磷酸腺苷（ATP）门控离子通道蛋白，可广泛表达于肾、脑、心、肝等多个组织以及巨噬细胞、肥大细胞、淋巴细胞等多个细胞系中，当P2X7R被其配体ATP激活后，可使离子通道开放，促进Ca2+、Na+内流以及K+外流，介导NLRP3、NF-κB等一系列细胞信号转导，P2X7R是当前研究较为明确的细胞因子之一[14]。激活后的NLRP3通过ASC募集Caspase-1，形成具有活性的NLRP3炎症小体复合物，并促使IL-1β、IL-18等细胞因子的成熟和分泌。NLRP3作为当前研究最受关注的炎性小体，已被证实在呼吸系统、循环系统、消化系统和内分泌系统等多系统疾病的炎症反应和免疫调节中起重要作用[15-19]。

2 NLRP3炎症小体在AS中的作用

AS的发生发展主要累及主动脉、冠状动脉、颈动脉、颅内动脉和肾动脉等大、中动脉，病变历经血管炎症、内皮损伤、脂质和胆固醇蓄积以及血栓形成等多个阶段。作为炎症的启动者，炎性小体是天然免疫与获得性免疫的桥梁，NLRP3则是炎性小体的核心。目前，学者们在NLRP3炎症小体与AS的作用关系研究中主要集中在冠状动脉粥样硬化、颅内动脉粥样硬化（ICAS）和2型糖尿病（T2DM）等难治性和高发性疾病，因此，本文对NLRP3炎症小体在上述疾病中的作用进行重点探讨。

2.1 NLRP3炎症小体在冠状动脉粥样硬化中的作用 AS作为心血管疾病发生发展中的重要环节，可诱导血栓形成或动脉狭窄，引发心肌缺血（再灌注）、冠心病、心肌梗死、心肌梗死后重塑等，是诱发心血管疾病死亡的首要因素[20]。NLRP3炎症小体作为“免疫-炎症”反应的桥梁，在非感染性炎症疾病中发挥重要作用，成为现阶段对心血管疾病相关作用机制研究的热点内容[21-24]。目前，NLRP3炎症小体在心血管疾病中的AS调控作用机制尚不完全清楚，但研究表明，其作用主要与胆固醇结晶和（或）钙离子磷酸化、下游因子（如Caspase-1、IL-1β、IL-18等）表达、内皮细胞损伤相关[25]。

胆固醇晶体是一种内源性分子，可通过与中性粒细胞的相互作用激活NLRP3炎症小体，导致冠状动脉粥样硬化等无菌炎症[26]。研究表明[27-28]，这种激活模式主要出现在饮食诱导的AS早期，几乎与皮下免疫细胞同时出现。巨噬细胞通过CD36受体内吞胆固醇晶体进入细胞，并通过溶酶体损伤以降低溶酶体膜的稳定性，随后组蛋白B由溶酶体释放到细胞质，从而激活NLRP3炎症小体[27]。

NLRP3的下游因子Caspase-1是一种诱导IL-1β和IL-18成熟的蛋白酶，研究表明，敲除Caspase-1基因可抑制ApoE-/-小鼠的AS病变，显著减少斑块面积[29-30]。IL-1β是一种经典的炎性因子，IL-18则是冠心病发生的独立危险因子，是通过诱导干扰素-γ（IFN-γ）生成的促炎因子[31]。上述两种细胞因子在冠状动脉粥样硬化相关的免疫与炎症反应中发挥作用的机制主要是诱导血管平滑肌细胞迁移和增殖、刺激血管内皮细胞增生、促进泡沫细胞形成等[32-33]。此外，IL-1β还可增强免疫反应及免疫调节、上调CD40及其配体的表达、诱导动脉血栓形成[34]；IL-18则可激活血管壁细胞IL-1β、白细胞介素-8（IL-8）等细胞因子、促进单核/巨噬细胞分泌的基质金属蛋白酶表达，以增加动脉粥样斑块的不稳定性，促进易损斑块的形成与破裂[35-36]。

研究表明，血管内皮损伤通过促进衰老损伤后细胞凋亡、降低细胞增殖率、增加炎症蛋白密度等病变，参与冠状动脉粥样硬化的形成[37-39]。Huang等[40]在冠心病大鼠模型研究中首先提出，microRNA-22（miR-22）可降低细胞凋亡率，提高细胞活性，减轻血管内皮损伤，进而揭示了miR-22通过抑制NLRP3炎症途径，降低促炎细胞因子水平，达到保护模型大鼠的血管内皮，抑制冠心病发展进程的作用。

2.2 NLRP3炎症小体在ICAS中的作用 ICAS是脑血管疾病中最常见的血管病变，也是全世界导致脑卒中的最常见病因之一[41-42]。由中国卒中学会、中国卒中学会神经介入分会、中华预防医学会卒中预防与控制专业委员会共同颁布的《症状性颅内动脉粥样硬化性狭窄血管内治疗中国专家共识2018》中明确指出[43]，ICAS及狭窄是导致中国缺血性脑卒中的主要病因，颅内动脉狭窄程度为50%～69%的患者年卒中发生率为6%，而狭窄程度为70%～99%的患者年卒中发生率则高达19%。研究发现[44-45]，ICAS的进展与吸烟、高血压、糖尿病等危险因素密切相关，并涉及氧化应激、血管内皮损伤、兴奋性毒性损伤、炎症反应、凋亡等多机制研究。炎症反应贯穿AS的各个阶段，介导了ICAS（尤其是缺血性脑卒中）的发生与发展[45-46]，而炎性小体作为炎症反应的关键介质，已被证实广泛表达于缺血性脑组织的神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞和血管内皮细胞中，其中NLRP3炎症小体主要在小胶质细胞和内皮细胞中发挥作用[47]。

各种原因导致缺血性脑卒中时，可使能量供应不足，Na+-K+-ATP酶活性降低，钾离子通道开放，胞内K+外流，进而介导NLRP3炎症小体的激活，发生自身寡聚化，形成NLRP3炎症复合体，并促使IL-1β、IL-18等促炎因子的成熟和释放[48-49]。Weber等[50]进一步研究发现，上述炎症级联反应分泌的IL-1β、IL-18等细胞因子可通过激活NF-κB信号转导通路，诱发脑神经炎。Yang等[51]在对缺血性脑损伤小鼠进行NADPH氧化酶2（NOX2）基因敲除后发现，内皮细胞和小胶质细胞中的NLRP3炎症小体表达受到抑制，表明NLRP3炎症小体的活化也与脑缺血状态下活性氧（ROS）的生成相关。

2.3 NLRP3炎症小体在T2DM中的作用 T2DM是一种最常见的慢性代谢性疾病，被世界卫生组织列为四大非传染性疾病之一[52]，特点是胰岛素抵抗或胰岛素敏感性降低导致的血糖水平异常升高[53]。本病是高血糖和代谢紊乱长期相互作用所引起的慢性血管病变，炎症反应亦贯穿始终[54]。发病初期，AS的发生机制为餐后血糖升高，损伤血管内皮细胞，血管异常收缩，内皮通透性增加，血小板聚集，炎性因子释放，低密度脂蛋白（LDL）转移至内膜，形成血栓，从而导致炎症反应[55]。长期的低度炎症状态，使大量炎性因子长期浸润，这也同时大大增加了心脑血管疾病发生的可能。因此，促炎因子和炎性细胞是诊断和预测AS的标志物，对本病的防治工作当重在并发症[56]。

如前所述，机体发生AS炎症反应时，NLRP3炎症小体可促进IL-1β和IL-18的生成。进一步研究显示[57]，长期上调的IL-1β可导致胰岛素水平升高，这可能与胰岛素通过促进葡萄糖摄取和代谢以增强巨噬细胞的炎症状态相关；IL-1β能够促进巨噬细胞对葡萄糖的吸收，并使胰岛素通过调节胰岛素受体、葡萄糖代谢和ROS的产生来增强促炎作用。此外，越来越多的证据显示，超重/肥胖人群中，NLRP3炎症小体在肥胖诱导的胰岛素抵抗中起关键作用[58-59]，表明超重/肥胖是T2DM的重要危险因素，营养过剩可促进胰岛素抵抗[60]。另有研究表明，肥胖人群脂肪组织中NLRP3炎症组分表达、Caspase-1活性和IL-1β水平均有增加，而这些都与胰岛素抵抗、代谢综合征和T2DM的严重程度直接相关[58-59]。

随病情进展，T2DM可累及主动脉、冠状动脉、脑动脉及肾动脉等外周大血管发生粥样硬化。朱艳等[61]采用腹腔注射链脲佐菌素（STZ）构建糖尿病小鼠模型，发现糖尿病小鼠肾组织的NLRP3表达和p38 MAPK磷酸化水平显著升高，肾组织内炎症明显，胆固醇含量增加伴肾功能受损，当行NLRP3基因敲除后，糖尿病小鼠的肾组织炎症反应及胆固醇沉积显著减轻，且p38 MAPK磷酸化受到抑制，表明NLRP3介导的炎症反应在糖尿病肾损伤及脂代谢异常中发挥了重要作用。刘旦旦[62]在对糖尿病合并急性冠脉综合征（ACS）的临床研究中发现，T2DM合并ACS患者的血浆内NLRP3及其下游因子（IL-1β、IL-18等）含量明显高于单纯T2DM患者和单纯ACS患者，且上述细胞因子的含量与该类患者的冠脉病变程度呈正相关。

3 结语

AS的发生发展是一个多因素共同作用的病理过程，其发病机制复杂，现代研究证实，NLRP3炎症小体主要通过调控IL-1β、IL-18等下游细胞因子的释放，介导AS中的炎症反应，但当前对NLRP3炎症小体在AS中的作用机制研究较少，具体的分子机制，以及是否存在其他通路共同干预等尚未阐明，目前，研究者们对其在冠状动脉、颅内动脉等大动脉血管及热点疾病的研究相对较多，而在颈动脉、肾动脉等其他大动脉血管中发生AS的作用机制仍需进一步研究。因此，本文从NLRP3炎症小体角度，综述和探讨了其炎症反应在AS中的调控机制，希望可以为AS的基础研究和疾病防治提供新的思路。