NLRP3炎性小體與心血管疾病

核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(NLRP3)炎性小體是由核苷酸結合寡聚化結構域樣受體(NLR)家族成員NLRP3、銜接蛋白凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)和效應蛋白胱天蛋白酶(caspase)-1組成的大分子多蛋白復合體，廣泛存在于人體的各種免疫細胞及非免疫細胞，參與體內炎性反應[1]。其中caspase-1的作用是把無活性的促炎性細胞因子白細胞介素(IL)-1β前體和IL-18前體水解成為有活性的IL-1β和IL-18，從而在免疫應答中發(fā)揮作用[2]。NLRP3炎性小體的激活與K+外流[3]、組織蛋白酶釋放[4]、活性氧(ROS)形成[5]、細胞內Ca2+濃度[6]以及硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)[7]關系密切。雙鏈核糖核酸依賴性蛋白激酶(PKR)[8]、鳥苷酸結合蛋白5(GBP5)[9]和NIMA相關激酶7 (Nek7)[10]對NLRP3炎性小體激活有調節(jié)作用。

1 NLRP3炎性小體與心血管疾病

研究表明，NLRP3炎性小體在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮至關重要的作用。

1.1 NLRP3炎性小體與心力衰竭

心力衰竭(心衰)是神經(jīng)激素及壓力應激等多因素持續(xù)共同作用引起心室重構，導致心臟功能衰竭的過程。炎性反應參與心室重構的病理生理過程[11]。在慢性心衰的發(fā)展過程中，激活的NLRP3炎性小體可刺激IL-1β和IL-18的表達、釋放，促進慢性心衰的發(fā)生發(fā)展[12]。研究表明，IL-18水平與慢性心衰的基礎病因無明顯相關性，但與慢性心衰的嚴重程度呈正相關，IL-18可能通過促進心肌纖維化參與心衰的發(fā)生發(fā)展[13]。有學者在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，注射組織蛋白酶B抑制劑抑制NLRP3通路，實驗組小鼠的心臟功能較對照組明顯改善[14]。臨床試驗也發(fā)現(xiàn)，心衰患者在接受2周IL-1拮抗劑阿那白滯素治療后，體內IL-1β水平明顯下降[15]。

1.2 NLRP3炎性小體與心律失常

心房顫動(房顫)是臨床常見的心律失常，Harada等[16]發(fā)現(xiàn)，陣發(fā)性房顫的進展與患者體內IL-1β和IL-18水平升高呈正相關。也有研究表明，陣發(fā)性房顫和長程持續(xù)性房顫患者心肌細胞中的NLRP3炎性小體活性增加[17]。Haque等[18]研究表明，IL-1β可引起糖尿病小鼠心肌動作電位時程(APD)延長、K+電流減少和鈣活化增加,進而通過鈣調素依賴性蛋白激酶(CaMK)Ⅱ的氧化和磷酸化促進心肌細胞自發(fā)收縮；而抑制NLRP3炎性小體或使用IL-1β受體拮抗劑可減少糖尿病誘發(fā)的心律失常。NLRP3炎性小體激活后的產物IL-1β和IL-18能夠誘導心肌重構及心肌纖維化，纖維化的心肌可導致不均一性電傳導，易引起心律失常。由此可見，NLRP3炎性小體直接或間接參與了心律失常的發(fā)生發(fā)展，但具體機制仍需進一步研究。

1.3 NLRP3炎性小體與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)

有研究表明，冠心病患者血NLRP3水平較正常人明顯升高，且NLRP3水平與冠狀動脈粥樣硬化的嚴重程度呈正相關[19]；也有研究指出，NLRP3在皮下脂肪組織中的表達可獨立預測冠狀動脈粥樣硬化的嚴重程度[20]。動脈粥樣硬化斑塊成分如膽固醇結晶和氧化低密度脂蛋白(oxLDL)可以激活NLRP3炎性小體，介導動脈粥樣硬化早期炎性反應[21]。Duewell等[22]使用膽固醇結晶刺激人外周血單核細胞和小鼠巨噬細胞，發(fā)現(xiàn)NLRP3炎性小體可被激活，且IL-1β大量釋放，促進動脈粥樣硬化的形成。低密度脂蛋白(LDL)是重要的致動脈粥樣硬化因子，而氧化修飾后的oxLDL致動脈粥樣硬化作用更強；在巨噬細胞中，oxLDL能夠通過ROS依賴途徑激活NLRP3炎性小體[23]。在ApoE-/-小鼠動脈粥樣硬化模型中，敲除IL-1β基因可使動脈粥樣硬化斑塊的面積減少30%[24]。

1.4 NLRP3炎性小體與高血壓

黃叢富等[25]研究發(fā)現(xiàn)，血清IL-1β水平在原發(fā)性高血壓患者中顯著升高，提示IL-1β與高血壓有相關性。有文獻指出，高鹽誘發(fā)的高血壓患者的NLRP3與IL-1β水平都較對照組明顯升高[26]，這提示高血壓的發(fā)生發(fā)展過程中有NLRP3炎性小體的參與。在高血壓動物模型中，IL-1β能夠隨NLRP3炎性小體各成分表達水平的升高而成熟且分泌增加，敲除ASC基因后上述改變受抑[27]，該通路可能是潛在的治療高血壓靶點。

1.5 NLRP3炎性小體與心肌病

Bracey等[28]在小鼠模型中觀察到NLRP3 mRNA水平升高以及心臟肥大、炎性反應和心室擴張，敲除NLRP3基因或使用IL-1受體拮抗劑可以減輕心臟炎性反應，改善心臟收縮功能。有研究表明，NLRP3炎性小體可以抑制心臟收縮[29]，促進促纖維化基因的表達[13]。病毒性心肌炎是擴張性心肌病的常見病因，由ROS和K+外流激活的NLRP3炎性小體在柯薩奇病毒B3誘導的病毒性心肌炎模型中可能發(fā)揮重要作用[30]。敲除NOD2可減少NLRP3的生成，使下游相關產物表達下調，進而抑制心肌細胞凋亡和間質纖維化[31]。

2 與NLRP3炎性小體相關的心血管疾病治療策略

敲除小鼠NLRP3炎性小體的基因可預防心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和代謝性疾病，并可減緩與年齡相關的功能退化[32]。因此，NLRP3拮抗劑有望用于心血管疾病的治療。

2.1 IL-1β拮抗劑

目前，與NLRP3炎性小體相關的治療主要使用IL-1受體拮抗劑阿那白滯素和相關化合物，這些藥物直接靶向IL-1β信號以抑制炎癥性疾病進展[33]。IL-1β拮抗劑已經(jīng)在臨床上用于治療痛風等疾病和遺傳相關綜合征，如Muckle-Wells綜合征(NLRP3基因突變導致異常炎性反應)。CANTOS研究[34]的目的是為了探討卡那津單抗(選擇性抑制IL-1β的抗體)減少斑塊炎性反應和心血管疾病風險的效果，同時也將提供減少NLRP3炎性小體形成使患者獲益的間接證據(jù)。此外，由于卡那津單抗不影響血脂參數(shù)，該研究將證明靶向炎性反應對冠心病的益處。然而，IL-1β拮抗劑并不直接靶向NLRP3分子或炎性小體，故不能抑制IL-18的激活與表達。

2.2 抑制caspase-1

在動物模型中，caspase-1抑制抗動脈粥樣硬化的效果尚不清楚。Ramaj?等[35]比較了高脂肪飲食下ApoE-/-/Nlrp3-/-、ApoE-/-/Pycard-/-、ApoE-/-/Casp1-/-雙敲除小鼠與ApoE-/-小鼠的動脈粥樣硬化發(fā)展情況和斑塊表型，發(fā)現(xiàn)它們在動脈粥樣硬化發(fā)展、巨噬細胞浸潤或斑塊穩(wěn)定性等方面沒有差異。然而，Gage等[36]在血脂水平相當?shù)腸aspase-1-/-/ApoE-/-雙敲除小鼠與ApoE-/-小鼠的比較中觀察到前者動脈粥樣硬化的減少。這些研究的差異可能歸因于飲食組成不同。

盡管胞內IL-1β前體的裂解主要與caspase-1有關，但是其他蛋白酶如中性粒細胞彈性蛋白酶也能夠將其加工成活性細胞因子[37]。相關研究表明，頸動脈結扎小鼠與野生型小鼠相比，caspase-1缺乏小鼠的循環(huán)中有活性的IL-1β水平有所降低，但無統(tǒng)計學差異，新內膜發(fā)育也沒有顯著差異[38]。因此，抑制caspase-1對動脈粥樣硬化的作用尚未明確，仍需進一步研究。

2.3 抑制NLRP3

在ApoE缺陷小鼠中沉默NLRP3能夠抑制動脈粥樣硬化，穩(wěn)定斑塊進展[39]。NLRP3炎性小體抑制劑小白菊內脂衍生物(arglabin)已被證實能減輕ApoE-/-小鼠的炎性反應和動脈粥樣硬化[40]。化合物MCC950能特異性抑制NLRP3炎性小體的有效分子，抑制與NLRP3炎性小體激活相關的疾病進展，如MCC950可顯著減少ApoE-/-小鼠的動脈粥樣硬化病變[41]。體外實驗也證實了MCC950在心臟損傷中具有較高的保護作用，這可能與MCC950改善自體吞噬的通量有關[42]。

ω-3脂肪酸可通過抑制NLRP3炎性小體發(fā)揮抗炎作用，ω-3 脂肪酸可以通過阻斷核因子κB(NF-κB)、Toll樣受體信號(TLR)以及ROS，抑制NLRP3炎性小體在不同階段的激活[43]。Yan等[44]發(fā)現(xiàn)神經(jīng)遞質多巴胺通過多巴胺D1受體激活E3連接酶，抑制NLRP3炎性小體，該激活途徑通過蛋白酶體降解NLRP3。不同的研究指出環(huán)磷酸腺苷(cAMP)在多巴胺D1受體下游發(fā)揮抑制作用[45]。酮代謝物β-羥基丁酸鹽是NLRP3炎性小體的特異性抑制劑，其通過抑制K+外流和減少ASC寡聚化發(fā)揮作用[46]。臨床上使用的抗過敏藥物曲尼司特能夠抑制NLRP3的寡聚化，從而避免NLRP3炎性小體組裝，對NLRP3炎性小體相關的人類疾病(包括痛風性關節(jié)炎、深冷蛋白相關的自身炎性綜合征和2型糖尿病)的小鼠模型具有顯著預防或治療作用[47]。CY-09能夠與NLRP3結構域中的三磷酸腺苷結合基序結合，抑制NLRP3三磷酸腺苷酶(ATPase)活性，從而抑制NLRP3炎性小體的組裝[48]。另有研究表明，二甲雙胍、白藜蘆醇、雷帕霉素也可通過間接途徑抑制NLRP3[49]。

3 小結

NLRP3炎性小體與心血管疾病關系密切，NLRP3炎性小體及其激活產物促進心衰、心律失常、冠心病、高血壓及心肌病等疾病的發(fā)生與發(fā)展。NLRP3炎性小體激活與調控的機制尚不明確，仍需進一步探索。對NLRP3炎性小體與心血管疾病的研究有望為心血管疾病的預防、診斷、治療提供新的靶點。