NLRP3炎性小體與急性呼吸窘迫綜合征關(guān)系的研究進展

董 玨，蔣玉潔，黃 霞(綜述)，廖品琥(審校)

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)發(fā)病機制尚未完全清楚，病死率仍高達40%～60%[1]。研究表明，炎性介質(zhì)過度分泌、凝血纖溶失衡、內(nèi)皮功能障礙等因素參與了ARDS的發(fā)生、發(fā)展過程[2-4]。NLRP3炎性小體與多種炎性疾病及自身免疫性疾病發(fā)病相關(guān)[5-9]，其與ARDS的關(guān)系已成為目前醫(yī)學領(lǐng)域研究熱點之一。

1 NLRP3炎性小體結(jié)構(gòu)及功能

NLRP3炎性小體主要由感應蛋白NLRP3、適配蛋白ASC和效應器caspase-1組成[10]，三者由C-端的caspase招募結(jié)構(gòu)域(caspase recruit domain，CARD)及N-端的效應結(jié)構(gòu)域(pyrin domain，PYD)連接，可識別多種病原體，如阿米巴、瘧原蟲、白假絲酵母菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌和流感病毒等，還可識別尿酸結(jié)石、二氧化硅、石棉和氫氧化鋁等物質(zhì)[11]。當機體受到上述病原相關(guān)分子模式和(或)損傷相關(guān)分子模式刺激后激活模式識別受體寡聚化形成procaspase-1活化平臺，ASC通過CARD結(jié)構(gòu)域連接(ASCCARD-procaspase-1CARD)招募procaspase-1，誘導其活化，同時通過PYD結(jié)構(gòu)域(ASCPYD-NLRP3PYD)連接NLRP3形成NLRP3炎性小體[12-14]，隨后ASCPYD寡聚形成螺旋狀微絲，ASCCARD使微絲密集形成直徑為1～2 μm的斑點，即焦亡小體介導后續(xù)細胞焦亡[15]。白細胞介素(interleukin,IL)-1β和IL-18觸發(fā)炎性介質(zhì)(如IL-6以及C-反應蛋白)的升高，促進內(nèi)皮細胞黏附因子及趨化因子的釋放，加重炎性反應[16-17]。

2 NLRP3炎性小體與ARDS關(guān)系

NLRP3炎性小體分布于巨噬細胞、單核細胞、樹突樣細胞及內(nèi)皮細胞中，其表達水平的變化可影響肺泡上皮及毛細血管內(nèi)皮連續(xù)性，加重肺水腫，還可通過上調(diào)組織因子及膜結(jié)合小體微粒促進凝血機制激活。

2.1NLRP3炎性小體增加炎性因子釋放加重肺水腫 肺泡巨噬細胞焦亡過程促進中性粒細胞遷移至損傷部位，增加肺泡局部IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α和IL-1β聚集，ARDS患者肺泡Ⅱ型細胞胞漿中可見活化的NLRP3炎性小體表達，提示NLRP3炎性小體在ARDS發(fā)病中起到重要作用[18]。體外研究發(fā)現(xiàn)，作為炎性小體組成部分的caspase-1可切割消皮素D導致其N-端暴露與胞膜上胞膜磷酸肌醇結(jié)合成孔，增加細胞表面通透性，造成細胞腫脹、裂解和死亡，焦亡細胞釋放大量炎性因子、趨化因子等內(nèi)容物，形成損傷相關(guān)分子模式引發(fā)二次炎性反應[18]。焦亡過程促進大量中性粒細胞遷移、聚集形成中性粒細胞外陷阱(neutrophil extracellular traps，NETs)，其分泌的中性粒細胞彈性蛋白酶可裂解鈣黏著蛋白及內(nèi)皮細胞骨架蛋白，導致血管通透性增加和上皮細胞凋亡[19]，加重肺損傷。炎性小體下游產(chǎn)物IL-1β可促進肺內(nèi)皮細胞之間胞旁間隙形成，直接增加肺泡Ⅱ型細胞通透性，其程度呈劑量與時間依賴性，但在阻斷αvβ6/TGF-β通路情況下，這種現(xiàn)象能夠被完全抑制，表明IL-1β很可能是通過αvβ6/TGF-β通路增加肺血管通透性和蛋白跨膜轉(zhuǎn)運至肺泡Ⅱ型細胞中加重肺水腫[20]。由此可見，體內(nèi)、體外實驗均表明NLRP3炎性小體、下游產(chǎn)物以及焦亡過程可通過不同機制介導肺損傷，為ARDS的診療提供新的方向。

2.2NLRP3炎性小體對肺泡上皮細胞間黏附力的作用 有研究報道，NLRP3炎性小體可通過促進肺泡上皮細胞附著至富含纖連蛋白的基層上，增加上皮細胞間黏附力，起到維護肺泡上皮完整性作用[21]。另有研究顯示，肺炎球菌毒素結(jié)合至細胞膜上后通過寡聚化使胞膜成孔，造成細胞裂解、死亡，導致毛細血管內(nèi)皮和肺泡上皮屏障功能失調(diào)，但NLRP3炎性小體基因敲除小鼠的肺泡上皮細胞功能失調(diào)情況更為明顯[22]。因此，NLRP3炎性小體對于肺泡上皮細胞間黏附力的作用尚存在爭議，需進一步深入研究。

2.3NLRP3炎性小體與毛細血管內(nèi)皮細胞 作為氣血屏障的組成部分，肺毛細血管內(nèi)皮細胞是細胞介質(zhì)的主要作用靶點。肺損傷模型的肺毛細血管內(nèi)皮細胞內(nèi)可見IL-1β高表達，后者促進黏附分子和趨化因子分泌及轉(zhuǎn)錄過程，增加內(nèi)皮細胞和白細胞之間的黏附力，還可激活細胞中的核因子-κB靶向作用，促進白細胞邊集、滾動、黏附和外滲[23-24]，推動炎癥反應進展。

2.4NLRP3炎性小體促進凝血過程 凝血功能異常是ARDS的發(fā)病機制之一，有研究發(fā)現(xiàn)ARDS患者肺泡灌洗液中存在大量的組織因子(tissue factor，TF)、凝血因子VⅡa(FVⅡa)和FXa。TF-FVⅡa途徑的阻斷可明顯改善ARDS患者肺泡內(nèi)纖維蛋白沉積，減輕肺部炎癥程度[25]。血管受損使活化的內(nèi)皮細胞及平滑肌細胞釋放TF，后者可促進FVⅡ裂解，使其活化形成活性形式FVⅡa，并與之結(jié)合形成TF/FVⅡa復合體，參與其他凝血因子的裂解、活化以及凝血酶的產(chǎn)生、促進凝血過程進展[26]。NLRP3炎性小體可上調(diào)表達TF的膜結(jié)合小體微粒釋放，促進凝血過程。Hottz等[27]發(fā)現(xiàn)，共聚焦顯微鏡下可觀察到大量NLRP3與ASC共定位于登革熱患者血小板膜結(jié)合小體細胞質(zhì)中，caspase-1激活的強度也明顯高于同期健康志愿者膜結(jié)合小體內(nèi)表達量。Rothmeier等[28]于共聚焦顯微鏡下觀察到TF大量滯留于細胞體中，減少了TF釋放，同時觀察到巨噬細胞絲狀偽足長度增加，導致巨噬細胞整體更為平坦。據(jù)此推測NLRP3炎性小體在血小板中明顯表達，并與TF分泌量呈正相關(guān)?；罨腘LRP3炎性小體可通過調(diào)控血小板αⅡbβ3整合信號促進血小板的聚集回縮，促進凝血過程[29]。TF/FVⅡa途徑作為炎性反應和凝血過程的交點，通過阻斷NLRP3炎性小體減少TF的膜結(jié)合小體微粒釋放，降低TF/FVⅡa復合體合成，可能有益于延緩ARDS疾病進展。

3 NLRP3炎性小體與ARDS治療

阻斷NLRP3炎性小體活化通路可影響ARDS轉(zhuǎn)歸。NLRP3炎性小體活化途徑常分為活性氧途徑、三磷酸腺苷-嘌呤受體途徑以及溶酶體途徑[30-31]。有學者[32-33]通過免疫組化觀察到，NLRP3炎性小體特異性抑制劑MCC950治療后，小鼠的肺組織內(nèi)巨噬細胞、抗原呈遞細胞、中性粒細胞和淋巴細胞總量顯著減少，肺水腫程度得到明顯改善。將內(nèi)毒素+嘌呤能受體(P2X7)抑制劑A438079和考馬斯亮藍G處理后的小鼠分別與內(nèi)毒素小鼠對比，均可見肺泡灌洗液中IL-1β、TNF-α、IL-6、NLRP3、ASC、caspase-1-p20表達量顯著下降(P<0.01)，免疫組化染色發(fā)現(xiàn)肺間質(zhì)中炎性細胞滲透量以及F4/80+巨噬細胞表達量明顯減少(P<0.01)[34]，表明特異性抑制劑及活化通路的阻斷可以抑制NLRP3炎性小體通路激活、中性粒細胞積累和細胞因子產(chǎn)生，減輕肺損傷。細胞因子抑制信號1屬于細胞因子信號通路抑制家族，被稱為促炎細胞因子信號轉(zhuǎn)導的有效負調(diào)節(jié)因子。Zhang等[35]使用煙霧暴露ARDS模型小鼠發(fā)現(xiàn)，造模第3天，對照組小鼠全部死亡，而實驗組小鼠存活率達60%，并觀察到對照組肺泡壁毛細血管腫脹、肺泡上皮水腫、肺間質(zhì)中性粒細胞及單核細胞浸潤和肺泡內(nèi)明顯出血，而實驗組小鼠肺泡間隔薄而光滑，同時發(fā)現(xiàn)細胞因子抑制信號1轉(zhuǎn)染小鼠肺巨噬細胞中caspase-1活性及IL-1β分泌水平較對照組顯著降低，由此推測細胞因子抑制劑可能通過下調(diào)炎性小體活性和表達水平而減輕肺損傷，提高小鼠的存活率。

4 結(jié)語

NLRP3炎性小體介導的細胞焦亡有促炎細胞因子產(chǎn)生、調(diào)節(jié)肺上皮細胞和內(nèi)皮細胞功能以及調(diào)控凝血過程等作用，參與ARDS發(fā)生、發(fā)展過程，阻斷NLRP3炎性小體活化通路，影響ARDS轉(zhuǎn)歸。