NLRP3炎性小体在动脉粥样硬化中的病理作用研究和临床试验进展

姜昊玮，吴照球

（中国药科大学 基础医学与临床药学学院，江苏南京 211198）

心血管疾病（Cardiovascular Diseases，CVDs）包括心脏和脉管系统的多种疾病，是导致全球人类死亡率最高的疾病。血管的动脉粥样硬化血栓闭塞引起的心肌和脑梗塞等急性心血管事件是导致心血管疾病患者死亡的主要原因[1]。临床数据表明，降低血脂可有效预防动脉粥样硬化，低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）每降低1 mmol/L，未来5年不良心血管事件发生概率就会减少22%[2]。但是，目前动脉粥样硬化的临床治疗方案几乎只聚焦于降脂类药物、抗血小板类药物的使用以及血运重建手术，不足以降低所有患者未来发生心血管事件的风险[3]。随着炎症对动脉粥样硬化的影响机制逐渐被揭示，血管慢性炎症作为一个独立的风险因素，不再被视为动脉粥样硬化进展过程中的伴生结果，其与动脉粥样硬化的因果关系被重新审视，为动脉粥样硬化的治疗提供了新的方向[4]。

1 NLRP3炎性小体通路

Nod样受体家族pyrin结构域3（NLRP3）炎性小体是一种多蛋白复合物，在免疫/炎性细胞（如单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞）以及心血管系统细胞，包括内皮细胞、肌成纤维细胞/成纤维细胞和心肌细胞中均发挥作用，其正常的生理激活有助于保持免疫耐受和心血管稳态[5-7]。而在CVDs中，由于受到组织炎症相关的各种晶体，以及成孔毒素或细胞外ATP等内源性危险信号刺激，NLRP3被诱导过度激活，破坏了免疫和心血管平衡，对宿主产生不利影响[8]。

NLRP3通路激活的过程通常需要启动和激活两个步骤。（1）细胞表面的模式识别受体（如Toll样受体）或细胞因子受体，通过NF-κB信号传导（即NF-κB的核转位），诱导NLRP3和IL-1β前体的转录和翻译[9]。（2）NLRP3炎性小体组装并通过凋亡相关斑点样蛋白（ASC）招募半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶-1(caspase-1)，后者切割IL-1β和IL-18的前体成为成熟形式[10]。被NLRP3炎性小体激活的caspase-1还将全长gasdermin D蛋白（GSDMD）切割成N端GSDMD和C端GSDMD，N端GSDMD会在细胞膜上形成细胞膜孔，引发细胞焦亡，并导致IL-1和IL-18等促炎细胞因子的释放[11]。

2 NLRP3炎性小体在动脉粥样硬化进程中的影响

2.1 内皮损伤

血管内膜完整性丧失和内皮损伤是动脉粥样硬化的第一步。氧化低密度脂蛋白（oxLDL）和胆固醇等脂质异常摄取会引起内皮的损伤，进而激活NLRP3炎性小体。共定位分析表明，胆固醇结晶（ChCs）或7-酮胆固醇显著增加了小鼠颈动脉内皮细胞中NLRP3炎性小体的生成和激活，ChCs可以在小鼠的冠状动脉中诱导严重的内皮功能障碍，而在Nlrp3-/-小鼠中，该诱导作用则显著减轻，表明NLRP3炎性小体对于动脉粥样硬化的形成具有关键作用[12]。同样的，oxLDL剂量依赖地抑制血管内皮的tet甲基胞嘧啶双加氧酶2(TET2)，影响线粒体功能并激活NF-κB通路，上调血管内皮细胞中NLRP3、caspase-1和IL-1β的蛋白质水平[13]，并通过NLRP3通路诱导细胞焦亡，导致IL-1β、IL-18和高迁移率族蛋白B1（HMGB1）等炎症介质的释放[14]。内皮细胞是上述炎症介质的靶细胞之一，它们可以通过分别与其细胞表面受体结合，激活NF-κB通路，进而增强趋化因子和黏附分子的转录和分泌。同时，IL-1β的激活可触发二级炎症介质的激活，如IL-6和C反应蛋白，导致炎症反应的级联增强[14]。被黏附并活化的白细胞可以分泌介导持续性炎症反应的细胞因子，如IL-1或肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF），最终改变内皮细胞收缩性，破坏细胞间连接，导致内皮功能障碍，造成内皮损伤[15-16]。

2.2 单核细胞分化成巨噬细胞并吞噬脂蛋白

在内皮功能障碍后，单核细胞黏附到病变部位，分化成巨噬细胞，并吞噬脂蛋白，包括oxLDL和ChCs，并最终转化为泡沫细胞。NLRP3炎性小体激活参与了单核细胞黏附和泡沫细胞形成。巨噬细胞吞噬脂蛋白后，胆固醇调节元件结合蛋白-1（SREBP-1）的表达下降，进而介导细胞表面LDL受体的表达减少，负反馈调节吞噬功能，避免自身过度吞噬脂蛋白。而oxLDL则会诱导NLRP3炎性小体激活，激活产物IL-1β增加了SREBP-1在单核细胞和单核细胞衍生的巨噬细胞中的转录和蛋白质表达。从而促进脂质积累和泡沫细胞形成[17]。此外，oxLDL通过与巨噬细胞表面的CD36-TLR4-TLR6信号复合物结合来启动NLRP3，在运输到溶酶体时，oxLDL通过诱导胆固醇结晶和随后巨噬细胞中的溶酶体损伤激活NLRP3炎性小体[18-20]。与之类似的，ChCs在动脉内膜的沉积不仅会诱发巨噬细胞的溶酶体损伤，并激活巨噬细胞的NLRP3炎性小体，还会引发动脉炎症和动脉粥样硬化斑块的不稳定，促进斑块中中性粒细胞的募集和中性粒细胞胞外陷阱的形成[21-22]。

2.3 血管平滑肌焦亡

血管平滑肌细胞（VSMCs）是动脉壁的主要细胞成分，动脉粥样硬化斑块的纤维帽主要由平滑肌细胞及其产生的细胞外基质（如胶原蛋白和弹性蛋白）构成。因此，VSMCs与动脉粥样硬化斑块的稳定性密切相关。炎症小体激活在VSMCs的表型转化和增殖中发挥作用[23]。斑块内的单核细胞可以触发VSMCs内NLRP3炎性小体激活，促进VSMCs表型向巨噬细胞样细胞转换，并诱导VSMCs发生细胞焦亡，凋亡性VSMCs的继发性坏死促进IL-1α和 IL-1β的释放，从而诱导周围有活力的VSMCs产生促炎细胞因子，引起与动脉粥样硬化相关的慢性炎症[24-26]。VSMCs发生焦亡，增加了斑块的不稳定性，同时大量促炎因子的释放引发持续的炎症，破坏血管壁的结构，诱导坏死核心扩大，进而导致斑块破裂。

3 靶向炎症通路的临床试验

康纳单抗（Canakinumab）抗炎血栓形成结果研究（CANTOS）试验是一项大规模随机、双盲、安慰剂对照的临床试验，旨在检验人类动脉粥样硬化的炎症假说，并评估抗炎疗法对心血管疾病的保护潜力。Canakinumab是一种与IL-1β结合的人单克隆抗体，其通过阻断IL-1β与IL-1受体的相互作用，防止随后的促炎信号传导事件。一项针对糖尿病患者的临床试验表明，给予Canakinumab在不影响LDL-C或HDL-C水平的背景下，可有效降低血浆中的炎症标志物，如C-反应蛋白 （C-reaction protein，CRP）和IL-6，持续长达3个月[27]。在CANTOS试验之前，没有证据证明在不伴有脂质降低的情况下，仅减少血管炎症可以降低心血管事件的发生概率。

2017年，CANTOS结果显示，在已经接受他汀类药物治疗的10 061名具有稳定动脉粥样硬化和残余炎症风险的患者中，与安慰剂组相比，Canakinumab治疗剂量依赖性地降低了IL-6和CRP的基线水平，而LDL-C和HDL-C水平不受影响，高剂量组（150 mg/90 d）患者出现主要不良心血管事件的概率减少了15%，主要不良心血管事件和紧急血运重建概率减少了17%[28]。

从CANTOS试验中可以得出两个重要结论。（1）CANTOS试验清楚地表明，在不影响血液胆固醇水平的情况下，减少心血管疾病患者的低度全身炎症可以降低发生心血管事件的风险。这是第一个为动脉粥样硬化的炎症假说提供原理验证的大规模随机、双盲和安慰剂对照临床试验。（2）CANTOS试验证实了IL-1β的促动脉粥样硬化特征的临床重要性，确定了将IL-1到IL-6到CRP的炎症途径作为动脉粥样硬化保护的中心目标，并通过IL-6和CRP的治疗水平来评估炎症抑制程度，从而对个体患者的临床受益程度进行跟踪[7]。CANTOS试验提供的证据表明，对IL-1β产生或功能的治疗性干扰可以改善心血管疾病的临床结果。

秋水仙碱心血管结局试验（COLCOT）是一项随机双盲的临床试验，在CANTOS试验后独立地肯定了动脉粥样硬化的炎症假说[29]。秋水仙碱是一种抑制微管蛋白聚合和微管生成的抗有丝分裂剂，其部分抗炎作用可能源于其抑制NLRP3炎性小体组装的能力，从而间接降低IL-1β的活化，导致下游的IL-6和CRP降低[30]。目前，秋水仙碱被用于治疗和预防经典的炎性小体/IL-1β活化疾病，如痛风、家族性地中海热和心包炎，因此被提出用于动脉粥样硬化炎症假说的试验验证[31]。

2019年，COLCOT结果显示，在2年内，在4 745名心肌梗塞后患者中，与安慰剂组相比，秋水仙碱组患者（0.5 mg/d）主要试验终点事件（包括心肌梗死、中风、心脏骤停复苏、心绞痛紧急住院导致血运重建和心血管死亡）的发生概率相对减少了23%[32]。

在CANTOS和COLCOT的基础上，可以预期几种新的抗炎和抗细胞因子药物，包括但不限于NLRP3炎性小体的直接上游抑制剂、IL-6的直接抑制剂，将通过靶向NLRP3、IL-1、IL-6到CRP通路用于动脉粥样硬化[33]。

4 结语

随着对动脉粥样硬化发生和发展机制的研究不断深入，NLRP3炎性小体通路在动脉粥样硬化进展中的作用和重要性逐渐被认识。上述临床试验为动脉粥样硬化发生的炎症假说提供了临床实践证明，证明聚焦于细胞因子抑制而非广谱抗炎治疗有助于解决残余炎症风险。针对炎症小体激活途径的其他组分抑制剂可能成为新的开发方向。