杜清 孙经武 蒋双强
【摘要】心血管疾病（cardiovascular diseases，CVD）是世界范围内的主要死亡原因，在工业化国家发病率很高，已经严重威胁到人类的身体健康，有研究表明，炎症反应和自身免疫在心血管疾病中起到非常重要的作用[1]。NLRP3作为目前结构和功能最明确的炎症体，是炎性体的核心炎性小体，其活化后可促进IL-1β及IL-18等分泌，从而导致多种心血管系统疾病的发生。本综述探讨NLRP3炎性小体的激活及与动脉粥样硬化、心力衰竭、心脏缺血再灌注的关联性，从而为心血管系统疾病的治疗提出新的靶点与思路。
【关键词】NLRP3炎性小体；动脉粥样硬化；心力衰竭；心脏缺血再灌注
【中图分类号】R541 【文献标识码】A 【文章编号】ISSN.2095.6681.2018.32..02
【Abstract】Cardiovascular diseases （cardiovascular diseases， CVD） are the main causes of death worldwide. The incidence of cardiovascular diseases is very high in industrialized countries， which has seriously threatened human health. Some studies have shown that inflammatory reactions and autoimmunity play a very important role in cardiovascular diseases[1].NLRP3，as the most clearly defined inflammatory body in its structure and function， is the core inflammasome of the inflammatory body. After its activation， it can promote the secretion of IL-1β and IL-18， thus leading to a variety of cardiovascular diseases. This review examines the activation of NLRP3 inflammasome and its association with atherosclerosis， heart failure，and ischemia reperfusion，thus providing new targets and ideas for the treatment of cardiovascular diseases.
【Key words】NLRP3 inflammasomes； atherosclerosis；Heart failure；Cardiac ischemia reperfusion
1 NLRP3炎性小体的概述
1.1 NLRP3炎性小体的构成
NLRP炎症小体亚家族有NLRP1-NLRP14共计14个成员。主要有NLRP1、NLRP3、NLRC4、AIM2和BIG-I等炎症小体。NLRP3作为NLR家族的核心小体，它由NOD样受体蛋白3（Nod-likereceptor protein，NLRP3）凋亡相关微粒蛋白（Apoptosis-associat speck-like protein containing CARD，ASC）和caspase-1组成的高分子蛋白复合物[2]。其结构主要由三部分构成：（1）C端亮氨酸重复结构域（leucine-rich repeats，LRRs），其作用是识别PAMP（病原相关分子模式）和DAMP（危险相关分子模式），其为NLRP3的功能调节发挥重要作用。（2）N端热蛋白结构域（包括PYD、CARD、BIR），其能够介导下游信号传导；（3）中心核苷酸寡聚结构域（nucleoside triphosphatase do-main，NACHT），此为NLR家族的核心结构域[3]。
1.2 NLRP3的激活途径
NLRP3在正常静息状态具有自我调节功能。当机体受到细菌、病毒及真菌核酸，胆固醇、尿酸盐等晶體物质，ATP及β-淀粉样蛋白等多种内源性及外源性的信号刺激时，此时NLRP3可被激活，激活后的NLRP3氨基端热蛋白结构域与ASC互相作用，ASC的CARD募集形成Caspase-1的前体[4]。这些相互作用可使caspase-1的前体剪切和活化，变成有活性的Caspase-1，Caspase-1又被称作白介素细胞转化酶（interleukin converting enzyme，ICE），随之即可酶解IL-1β等促炎细胞因子转化为有活性的炎症细胞因子，引起机体炎症反应[5]。
目前公认的NLRP3激活途径有3种：（1）钾离子流出机制：胞外ATP与细胞膜的P2X7嘌呤受体结合后，引起钾离子外流、pannexin-1膜孔聚集，使相关NLRP3激动剂进入胞内，从而激活NLRP3[6]。（2）溶酶体损伤机制：晶体或颗粒物质等被细胞吞噬后可导致溶酶体的破裂，从而释放caphepsin-β，导致NLRP3炎性小体的活化[7]。（3）活性氧基团产物模型：NLRP3炎性小体的激活过程需要激动剂的参与，其激活过程均可产生活性氧，并参与NLRP3炎性小体的激活过程，目前机制尚不明确[8]。
NLRP3炎性体具体激活机制目前尚不清楚。有证据表明，肿瘤、类风湿性关节炎、痛风、多发性硬化、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、肾病综合征、肝纤维化和肝硬化、2型糖尿病等多种疾病均与NLRP3炎性体与有关。且有报道指出，胆固醇结晶可以激活NLRP3从而促进IL-1b的释放，导致血管炎性反应，最终导致动脉粥样硬化的发生。因此，NLRP3炎性体在AS及相关疾病研究中引起广泛关注。
2 NLRP3与AS的关系
2018年世界卫生组织的统计结果表明，全球主要的致死病为心血管疾病，而动脉粥样硬化已成为心血管疾病最大的原因[9]。动脉粥样硬化（atheroscrosis，AS）实质上为血管受损后发生的一种炎症过程[10]，变质、渗出和增生等作为炎症的基本特征，在脂质条纹、粥样斑块、纤维斑块、不稳定性斑块破裂和血栓形成过程中都有大量炎性细胞和炎性因子的参与[11]。其主要的危险因素有高血脂、高血压、糖尿病、吸煙、感染、自身免疫病等[12-14]。有研究表明NLRP3炎性小体参与了AS的病理进程。有研究表明，通过抽取冠心病患者的血液与正常人患者的血液，测血液中NLRP3的表达量，发现冠心病患者血液中的NLRP3含量远远高于正常人血液中NLRP3的含量[15]，且血液中NLRP3的含量与冠状动脉的严重程度程正相关[16]。Zheng[17]等收集患有冠状动脉粥样硬化（需冠脉搭桥）患者的升主动脉及与/肾脏捐赠的健康者的肾动脉分别作为实验组和对照组，测得在冠状动脉粥样硬化（需冠脉搭桥）患者中NLRP3的表达量很高，相反，在肾脏捐赠的健康者的肾动脉组中出现低表达。并且发现升主动脉的狭窄程度及患者的危险因素与NLRP3的表达量的多少有密切的关系。
最近研究发现，动脉病变早期即有胆固醇结晶的出现，且与炎性细胞的聚集几乎同时出现。内皮细胞和巨噬细胞通过摄取胆固醇形成微小胆固醇结晶，并猜测其参与了动脉粥样硬化的发生与发展，在此过程中炎性体的介导起重要作用[18]。Duewell[19]等发现，用胆固醇结晶刺激人外周血单核细胞或注射入小鼠巨噬细胞后发现，NLRP3炎性小体可被胆固醇激活，并且促进IL-1β的大量释放，促进动脉粥样硬化的形成。
3 NLRP3与心力衰竭的关系
心力衰竭（heart failere，HF）是在持续异常神经激素、压力应激等多种因素作用下导致心脏功能衰竭的过程，其主要机制就是心肌在氧化应激等多种因素下发生心肌重构，主要是从基因、细胞、分子、组织器官等多个层面发生改变。有研究表明，心力衰竭的病理生理过程与炎症反应密切相关[20]。目前NLRP3炎性小体主要通过对IL-1β、IL-18介导从而影响心力衰竭的发展。在动物实验中发现，IL-1Rα注射及IL-1β基因敲除对Apo-E基因敲除动脉粥样硬化易感小鼠具有保护作用；相反，IL-1Rα基因敲除具有促进动脉粥样斑块形成的作用[21]。人体试验中亦发现，给予心力衰竭患者为期2周的阿那白滞素（IL-1拮抗剂）的注射治疗，患者的IL-1β水平明显下降[22]。
有证据表明，心力衰竭后，可由于强烈的炎性反应使心脏出现进一步损伤和心脏收缩及扩张功能障碍。组织损伤期间的细胞碎片（如细胞外ATP）释放对NLRP3炎性小体的构想有重要意义。
4 NLRP3与心脏缺血再灌注损伤的关系
在缺血基础上恢复血流后组织损伤反而加重，甚至发生不可逆性损伤的现象称为缺血再灌注损伤（ischaemia-reperfusion injury，I/R）。其是一个炎症反应的级联过程，包括血管微循环的破坏、炎性细胞的激活、活性氧及有关炎症介质（如IL-1β、IL-18）的释放，最终导致细胞的坏死凋亡及器官功能障碍。因此及时有效的血运重建，可以挽救心肌，减少心肌的梗死面积。心脏的I/R损伤过程存在无菌炎症反应，且由NLRP3炎性小体介导。Sandanger[23]等以小鼠和大鼠为例建立永久性心肌梗死模型，发现NLRP3、IL-1β、IL-18表达量在心肌缺血处冠状动脉血管明显增加。而在NLRP3缺陷的小鼠和大鼠中，其心脏的功能、缺氧程度在心脏缺血再灌注后都明显改善。Liu[24]等在小鼠身上建立心脏缺血再灌注模型，将 NLRP3炎性体抑制剂注射入冠心病小鼠心肌或腹腔内，发现心肌细胞中巨噬细胞和中性粒细胞的浸润明显减少，同时发现心肌细胞的凋亡和梗死面积与NLRP3有关。Marchetti[25]等通过建立小鼠心肌缺血再灌注模型，发现缺血再灌注小鼠的心脏梗死面积显著减少，血清心肌肌钙蛋白I水平下降。说明在一定程度上小鼠心肌细胞死亡可被NLRP3炎性小体抑制剂阻止。此外，体外实验证明心肌成纤维细胞主要介导炎症的活化，占心肌组织细胞的2/3，剩余1/3为心肌细胞。心肌缺血再灌注后心肌成纤维细胞表达明显上调，IL-1β、IL-18表达明显增高[26]，NLRP3炎性小体可被受损的心肌细胞通过释放ATP激活，进而释放IL-1β、IL-18，引发炎症反应[27]。炎症反应进一步诱发其他相关细胞因子的释放，从而导致缺血心肌炎性细胞的浸润，加重心肌损伤。此外，参与心肌损伤的过程也包括死亡的炎性细胞。
越来越多的研究表明，天然免疫在缺血再灌注的炎性损伤中发挥关键作用，先天免疫通过模式识别受体（pathogen-recog-nition receptors，PRRs）识别在缺血再灌注损伤中受损细胞释放的损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）从而引发炎症趋化及损伤。其中 NLRP3在缺血再灌注损伤中发挥重要作用，并且是重要的模式识别受体。
5 结语
NLRP3炎性小体作为目前研究最多的炎性小体，与多种炎性疾病的发生发展有密切关系，在激发和调节固有免疫及炎症反应中发挥重要作用。尽管研究证实NLRP3 炎性小体被激活，随之即可产生IL-1β 等细胞因子，在促动脉粥样硬化、心力衰竭、心脏缺血再灌注损伤中发挥作用。故阻断或抑制NLRP3的活化可能成为新的靶点。但NLRP3炎性小体在不同生理条件下的结构和作用机制尚不清楚。要想充分了解炎症疾病的发生发展过程及对炎症疾病进行有针对性的治疗，对于炎性小体的研究必将成为不可缺少的一部分。可以预计，NLRP3 炎性小体在体内的表达水平及其在人体不同疾病状态中的研究将可能成为国内外关注的热点。
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本文編辑：赵小龙
