蘇 進(jìn),沈俊希,李 文

貴州中醫(yī)藥大學(xué)(貴州 貴陽 550025)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種慢性炎癥疾病,其持續(xù)性咳嗽、喘息和勞力性呼吸困難等癥狀,以及高昂的醫(yī)療費(fèi)用,給COPD患者及其家庭帶來了巨大的心理壓力和沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。根據(jù)流行病學(xué)調(diào)查顯示[1],近年來,在全球范圍內(nèi)罹患COPD的患者以及因其而死亡的例數(shù)不斷上升,預(yù)計(jì)到2030年,COPD將成為全世界第3大死因,對人類生命健康造成極大威脅。該病的發(fā)病機(jī)制尚未闡明,目前認(rèn)為與慢性炎癥、氧化/抗氧化和蛋白酶/抗蛋白酶失衡等作用機(jī)制密切相關(guān)[2]。對癥支持治療是當(dāng)前COPD的主要治療方法,包括呼吸支持以及支氣管舒張劑、糖皮質(zhì)激素和抗生素類等藥物治療[3],但只能延緩COPD患者病情的發(fā)展,并不能徹底治愈,且存在療程長、價格高昂、副作用大等局限。因此,尋找能夠有效改善預(yù)后、副作用小的替代療法是當(dāng)下的首要問題。

近年來,國內(nèi)外學(xué)者對COPD的病理生理及治療進(jìn)行了大量研究[4]發(fā)現(xiàn)NOD樣受體蛋白結(jié)構(gòu)域3(NLRP3)炎癥小體促進(jìn)COPD的發(fā)生發(fā)展,中醫(yī)藥可通過調(diào)控NLRP3炎癥小體而有效治療COPD,為COPD的臨床治療提供新方向。然而,目前尚未見中醫(yī)藥調(diào)控NLRP3炎癥小體治療COPD系統(tǒng)的綜述。由此,本文通過整理歸納近年來中醫(yī)藥調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體干預(yù)COPD的文獻(xiàn),以期為臨床防治該病提供新靶點(diǎn)和新思路。

1 NLRP3炎癥小體組成和激活

1.1NLRP3炎癥小體組成NLRP3炎癥小體是由NLRP3凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC)、半胱天冬酶-1(Caspases-1)3個功能各異但結(jié)構(gòu)相銜接的蛋白元件組成[5]。NLRP3是炎癥小體的信號接收器,主要由3個部分構(gòu)成[6]:首先是能夠識別病原相關(guān)分子模式(PAMP)和危險相關(guān)分子模式(DAMP)的C端富含亮氨酸的重復(fù)序列(LRR),是NLRP3炎癥小體組裝啟動按鈕。其次是中間區(qū)域的核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域(NACHT),起到承上接下的作用,是連接LRR與熱蛋白結(jié)構(gòu)域(PYD)的橋梁,且還能夠水解ATP為GTP,為炎癥小體的組裝提供能源動力。最后是N端PYD,主要介導(dǎo)NLRP3與下游蛋白ASC之間相互作用。ASC作為一個雙向連接蛋白,由PYD和募集結(jié)構(gòu)域(CARD)構(gòu)成,PYD連接上游NLRP3,CARD則作用于下游前體Caspases-1[7],當(dāng)受到PAMP和DAMP刺激時,ASC從細(xì)胞核內(nèi)遷移到細(xì)胞質(zhì)中,與NLRP3和pro-Caspase-1共同形成炎癥小體,同時激活pro-Caspase-1形成P20/P10,即活性的Caspase-1,進(jìn)而切割前體白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(IL-18)成熟活化為IL-1β和IL-18[8],同時作用gasderminD蛋白(GSDMD)形成GSDMD-N,在胞膜上形成GSDMD孔道,促進(jìn)IL-1β、IL-18的釋放。

1.2NLRP3炎癥小體的激活NLRP3炎癥小體激活是一個極其復(fù)雜的過程,主要分為兩個步驟:首先,位于細(xì)胞膜上的Toll樣受體4(TLR4)識別PAMP或DAMP后,激活核因子κβ(NF-κβ),隨后進(jìn)入細(xì)胞核與DNA結(jié)合,啟動NLRP3炎癥小體相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致NLRP3、IL-1β前體和IL-18前體蛋白表達(dá)上調(diào)[9],為NLRP3炎癥小體組裝做準(zhǔn)備。其次,在多因素的作用下,NLRP3、ASC、pro-caspase-1共同組裝形成NLRP3炎癥小體[10],促進(jìn)下游炎癥因子的活化和釋放,導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和適應(yīng)性免疫的啟動[11]。目前認(rèn)為NLRP3炎癥小體激活與活性氧、溶酶體破壞、自噬等密切相關(guān)。

1.2.1 活性氧 活性氧(ROS)是氧化應(yīng)激的執(zhí)行者,過量的ROS超過機(jī)體抗氧化清除能力時,ROS會對細(xì)胞蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA造成損傷,最終引起細(xì)胞壞死和凋亡[12]。ROS是其上下游蛋白在NLRP3炎癥小體的活化過程中的中心環(huán)節(jié)。Sirtuin 3(SIRT3)是一種線粒體蛋白,能夠調(diào)節(jié)炎癥損傷,清除ROS和改善線粒體功能障礙[13]。ROS水平的減少能夠明顯下調(diào)NLRP3炎癥小體相關(guān)蛋白的表達(dá)[14]。由此可知,Sirtuin 3可能通過ROS抑制NLRP3炎性小體的活化。硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)是ROS下游靶標(biāo),同時也是NLRP3的活性調(diào)節(jié)因子[15]。在正常條件下,TXNIP與硫氧還蛋白(TRX)結(jié)合,當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ROS水平升高時導(dǎo)致TRX的自動氧化,NLRP3蛋白則與從TRX上解離下來的TXNIP結(jié)合,進(jìn)而激活NLRP3炎癥小體[16]。

1.2.2 溶酶體破壞 溶酶體內(nèi)含有多種水解酶,廣泛存在于真核細(xì)胞中,因其能夠?qū)?xì)胞中內(nèi)吞或自噬的大分子顆粒進(jìn)行消化和降解,被譽(yù)為細(xì)胞的回收站[17]。過度吞噬會誘發(fā)溶酶體不穩(wěn)定,最終導(dǎo)致溶酶體發(fā)生破裂。伴隨溶酶體損壞,組織蛋白酶B釋放入細(xì)胞質(zhì)中,與NLRP3的LRR相結(jié)合,進(jìn)而激活NLRP3炎癥小體[18]。Chen等[19]在冠狀動脈炎小鼠模型中使用溶酶體膜穩(wěn)定劑能夠有效的阻止NLRP3炎癥小體的激活。Wang等[20]用組織蛋白酶B抑制劑能夠降低內(nèi)皮細(xì)胞中的caspase-1、IL-1β的表達(dá)。

1.2.3 自噬 自噬是真核細(xì)胞中高度保守的降解途徑,通過將受損的細(xì)胞器和冗余的蛋白質(zhì)等包裹形成自噬體,并將其轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體中進(jìn)行消化,從而有助于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[21]。自噬在NLRP3炎小體活化和消除中發(fā)揮著重要的作用[22]。在LPS刺激的巨噬細(xì)胞中,自噬相關(guān)蛋白Atg16L1缺乏導(dǎo)致Caspase-1、IL-1β表達(dá)增加[23]。動物實(shí)驗(yàn)表明[24]自噬能夠抑制NLRP3炎癥小體減輕了急性肝損傷模型小鼠的癥狀。此外,自噬還可通過間接的方式抑制炎癥小體的激活。在自噬缺陷的巨噬細(xì)胞,受損線粒體釋放的ROS和線粒體DNA能夠刺激NLRP3活化[25]。自噬可以通過清除線粒體ROS、炎癥成分和細(xì)胞因子等炎癥小體內(nèi)源性激活物,抑制NLRP3炎癥小體的活化[26]。

2 NLRP3炎癥小體在COPD中的作用

NLRP3在肺上皮細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中均有表達(dá),且NLRP3的激活在各種肺部感染中具有積極的意義,然而,過度激活的NLRP3反而是不利于肺部疾病,其激活的下游細(xì)胞因子IL-1β、IL-18等引發(fā)一連串的炎癥級聯(lián)反應(yīng),破壞呼吸系統(tǒng)結(jié)構(gòu),損害肺功能,最終導(dǎo)致COPD的發(fā)生[4]。研究發(fā)現(xiàn)[27]用香煙煙霧(CS)提取物作用于A549肺泡上皮細(xì)胞發(fā)現(xiàn)NLRP3的表達(dá)上調(diào)。在NLRP3敲低的COPD模型小鼠發(fā)現(xiàn)IL-1β、IL-18、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞水平比對照模型小鼠低,且NLRP3敲低的COPD小鼠的肺部炎癥明顯比對照組減輕[28]。在臨床研究中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),COPD患者肺部增加的NLRP3、IL-1β、IL-18、IL-1a、IL-8的水平與氣流受限的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[29]。

IL-1β和IL-18是NLRP3炎性小體激活的標(biāo)志性細(xì)胞因子,同時也是COPD發(fā)病和發(fā)展的重要參與者。臨床研究發(fā)現(xiàn)[30]COPD患者痰、肺泡灌洗液(BALF)、肺活檢和血清中IL-1β mRNA和蛋白表達(dá)均高于正常對照組,且IL-1β的分泌增加,能夠加重COPD的氣道炎癥和肺氣腫病變[31]。而降低COPD患者中IL-1β的水平可以減輕炎癥損傷和緩解患者的呼吸道癥狀[32]?；|(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)的水平增加可導(dǎo)致COPD患者的氣道損傷和氣道重塑[33],檢測COPD患者IL-18水平發(fā)現(xiàn)其與MMP-9的水平呈正相關(guān),由此可知,IL-18可能通過調(diào)節(jié)MMP-9的活性來參與COPD患者的氣道重塑[34]。此外,IL-18可以刺激分泌并釋放多種細(xì)胞因子,使COPD患者的氣道中聚集大量的炎性細(xì)胞或炎性因子,加劇肺部炎癥反應(yīng),進(jìn)而推動COPD的進(jìn)展[35]。

綜上可知,COPD中存在明顯NLRP3炎癥小體的活化,可能是導(dǎo)致其發(fā)病的重要原因之一。NLRP3炎癥小體成分NLRP3、IL-1β、IL-18與COPD的病理表現(xiàn)和病情進(jìn)展呈正相關(guān),所以檢測NLRP3、IL-1β、IL-18等炎癥小體成分的變化對病情的嚴(yán)重程度和預(yù)后判斷具有重要參考價值。抑制NLRP3炎癥小體活化及其上下游因子,可能成為COPD治療的新方向。

3 中醫(yī)藥對COPD中NLRP3炎癥小體的干預(yù)作用

中醫(yī)中并無COPD之病名,根據(jù)患者的咳嗽、咳痰、呼吸困難等臨床癥狀,可將其歸屬為“咳嗽”“肺脹”等范疇。COPD病位在肺,與脾腎等臟腑關(guān)系密切。本病日久遷延不愈,肺氣虛弱,宣降失司,水津不布,停而成痰成飲,痰飲阻遏氣機(jī),血行失常,形成瘀血,痰瘀互結(jié),無處不到,繼則影響脾腎等臟腑氣機(jī)升降出入,變生它證,如肺脾兩虛、肺腎陰虛、痰瘀互結(jié)等。正所謂法隨證立,因此針對COPD本虛標(biāo)實(shí)的病機(jī)特點(diǎn),當(dāng)以祛邪扶正齊頭并進(jìn),并根據(jù)患者的病情予以側(cè)重,如邪重時當(dāng)以祛痰化瘀為主;正氣虧虛,邪不深則以補(bǔ)腎健脾益肺為主。中醫(yī)藥依靠其多靶點(diǎn)、多途徑的特點(diǎn),能夠通過調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體的活化對COPD起到調(diào)控作用。

3.1中藥提取物黃芪性味甘微溫,歸肺脾兩經(jīng);具有補(bǔ)中健脾,益氣固表、托毒排膿等功效。賴琦[36]選用黃芪的主要化學(xué)成分黃芪甲苷,觀察其對CS處理的RAW264.7細(xì)胞炎癥模型相關(guān)炎癥因子及自噬相關(guān)蛋白mRNA的影響,發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷能下調(diào)RAW264.7細(xì)胞炎癥模型中NLRP3、IL-1β、IL-18的mRNA的表達(dá),促進(jìn)自噬小體的形成和上調(diào)自噬基因ATG5、ATG7、LC3的mRNA的表達(dá)。

藏紅花味甘、微酸,性溫,歸心肝經(jīng);具有活血化瘀、解郁安神、保肝利膽的功效。藏紅花素是其主要化學(xué)成分。王海賀等[37]對藏紅花素干預(yù)COPD急性加重期模型大鼠的實(shí)驗(yàn)表明,藏紅花素能夠降低模型大鼠NLRP3、IL-1β、MDA、LDH水平以及肺泡上皮細(xì)胞凋亡率,提高吸氣峰流量(PIF)、呼氣峰流量(PEF)以及0.3s用力呼氣容積與用力肺活量比值(FEV0.3/FVC)等肺功能指標(biāo),改善呼吸系統(tǒng)癥狀。

甘草酸是甘草根部發(fā)揮治療作用的主要化學(xué)物質(zhì)。異甘草酸鎂(MgIG)是一種甘草酸制劑,具有強(qiáng)大的抗炎、保護(hù)肝細(xì)胞膜及改善肝功能等作用[38]。Yang等[39]將MgIG作用COPD模型大鼠后發(fā)現(xiàn),MgIG能降低血清中IL-6、TNF-α的水平,下調(diào)NLRP3和Caspase-1蛋白的表達(dá)量,減少BALF中的炎癥細(xì)胞(中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞)的數(shù)量,改善肺部炎癥和支氣管粘液分泌等。

金絲桃苷是從刺五加中提取的黃酮類化合物;具有抗炎、抗氧化、抗凋亡等藥理作用[40]。高云[41]研究表明,在PM2.5誘導(dǎo)COPD肺損傷加重模型中,金絲桃苷能夠降低肺組織NF-κβ通路的關(guān)鍵蛋白p-Iκβα、Iκβ、p-p65以及NLRP3炎癥小體中的NLRP3、ASC、cleaved-caspase-1、pro-IL-1β蛋白表達(dá),抑制肺部炎癥反應(yīng)。

異佛司可林(ISOF)是從中國云南的毛喉鞘蕊花中提取的一種生物活性成分,對急性肺損傷動物模型具有抗炎作用。Xiao等[42]研究表明在AECOPD模型小鼠中發(fā)現(xiàn),ISOF顯著下調(diào)了Iκβ和NF-κβ p65的磷酸化水平以及NLRP3,ASC,caspase-1和IL-1β的蛋白質(zhì)水平,導(dǎo)致肺組織中促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6等降低,緩解了AECOPD模型小鼠的炎癥反應(yīng)。

綜上可知,中藥提取物對NLRP3炎癥小體的干預(yù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢,其可能通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子和自噬相關(guān)蛋白的表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體的活化,發(fā)揮對COPD的治療作用。目前關(guān)于中藥提取物調(diào)節(jié)NLRP3炎癥小體防治COPD的研究較少。日后隨著對COPD發(fā)病機(jī)制的深入研究和中藥提取物應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,中藥提取物靶向NLRP3炎癥小體防治COPD將發(fā)揮巨大的作用。

3.2中藥復(fù)方復(fù)方葶藶子湯由葶藶子,桃仁,紅花,水蛭,川芎等組成,具有瀉肺逐瘀、溫肺化痰、止咳平喘的功效。劉敏等[43]研究發(fā)現(xiàn),復(fù)方葶藶子湯干預(yù)COPD相關(guān)性肺動脈高壓的大鼠后,能夠明顯降低NLRP3、Caspase-1、IL-1β、IL-18、GSDMD以及增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)水平,減少肺小動脈膠原沉積面積,改善肺組織病理變化。

寬胸理肺湯合三子養(yǎng)親湯由麻黃、杏仁、瓜蔞、薤白等組成,具有化痰寬胸、行氣解瘀的功效。薛經(jīng)緯等[44]經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí),寬胸理肺湯合三子養(yǎng)親湯呈劑量依賴性升高COPD大鼠肺組織線粒體ATP合成量,抑制ROS生成,下調(diào)NLRP3、ASC、Caspase-1-p10、IL-1β、IL-18表達(dá),明顯減輕肺部炎癥損傷。

益肺散結(jié)湯由黃芪、白術(shù)、防風(fēng)、芥子、浙貝母等組成,具有補(bǔ)虛化痰除瘀的功效。Wu等[45]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),益肺散結(jié)湯能夠通過增加有益乳酸菌屬和擬桿菌屬,降低致病性紅原體屬和支原體屬,調(diào)節(jié)肺菌群的豐度和多樣性。還能上調(diào)SIgA表達(dá),降低TGF-β1、NLRP3、Caspase-1、ASC的蛋白以及血清中IL-1β和IL-18水平,調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)、減少膠原蛋白沉積、改善肺功能和通氣功能障礙。

補(bǔ)肺健脾方由黨參、黃芪、白術(shù)、地龍等組成,具有補(bǔ)肺健脾、化痰止咳、降氣平喘的功效。Mao等[46]用補(bǔ)肺健脾方干預(yù)COPD大鼠后發(fā)現(xiàn),腸道微生物群發(fā)生改變,如螺旋體和梭菌科等的豐度下降,芬氏菌的豐度和芬基氏菌與擬桿菌的比例增加,此外,還提高了短鏈脂肪酸水平以及腸道上皮細(xì)胞中游離脂肪酸受體GPR43的表達(dá),降低了NLRP3、半胱天冬酶-1、IL-8和IL-1β的基因和蛋白表達(dá),減少了肺部炎癥,改善肺功能。

疏風(fēng)解毒膠囊由虎杖、連翹、柴胡、蘆根等組成,具有疏風(fēng)止咳平喘、清熱解毒的功效。Ji等[47]采用疏風(fēng)解毒膠囊聯(lián)合奧司他韋治療甲型流感病毒誘導(dǎo)的COPD急性加重期模型小鼠的實(shí)驗(yàn)表明,疏風(fēng)解毒膠囊聯(lián)合奧司他韋能夠顯著降低血清和BALF中IL-1β、IL-18水平,下調(diào)肺組織勻漿中NLRP3相關(guān)成分的mRNA和蛋白水平,提高小鼠的存活率,增加體質(zhì)量,降低病毒滴度,減輕呼吸道炎癥反應(yīng)、肺損傷和臨床癥狀。

此外,清肺保元膠囊[48]、清肺化痰顆粒[49]、自擬調(diào)肺飲[50]和二陳湯加味[51]等中藥復(fù)方同樣具有調(diào)節(jié)COPD中NLRP3炎癥小體的作用。以上證據(jù)表明,中藥復(fù)方對NLRP3炎癥小體的干預(yù)具有明顯的優(yōu)勢,這可能與中藥復(fù)方具有多靶點(diǎn)、多效應(yīng)的作用特點(diǎn)有關(guān),其可能通過調(diào)控NLRP3炎癥小體途徑,抑制炎癥反應(yīng)以及細(xì)胞焦亡等方面減輕肺損傷,改善肺功能,發(fā)揮對COPD的治療作用。在查閱文獻(xiàn)的過程中發(fā)現(xiàn),干預(yù)COPD中NLRP3炎癥小體的中藥復(fù)方,其功效主要以補(bǔ)虛、化痰、除瘀等功效為主,這也正好與COPD虛、痰、瘀的基本發(fā)病機(jī)制相一致。

4 小結(jié)

炎癥反應(yīng)貫穿COPD病程始終,是促使COPD患者呼吸道癥狀持續(xù)性存在、進(jìn)行性發(fā)展的重要因素。NLRP3炎癥小體是參與炎癥反應(yīng)的重要蛋白,在炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色。研究表明,COPD中存在明顯的NLRP3炎癥小體的活化,NLRP3炎癥小體可能是治療COPD的分子靶點(diǎn)。中醫(yī)藥是COPD診療中的主力軍之一,以其靶點(diǎn)多,干預(yù)范圍廣,治療效應(yīng)多樣等優(yōu)勢在COPD的防治中發(fā)揮著巨大的作用。中藥提取物或復(fù)方可通過自噬、NF-κβ信號通路、肺部和腸道菌群等直接或間接的抑制NLRP3炎癥小體激活,減少促炎因子釋放,改善COPD患者的臨床表現(xiàn),對COPD的防治起到重要的作用。

目前關(guān)于NLRP3炎癥小體活化和調(diào)控機(jī)制尚未完全明確,且中醫(yī)藥成分復(fù)雜,其治療COPD的具體分子機(jī)制尚未闡明。因此,NLRP3炎癥小體與COPD的關(guān)系以及中醫(yī)藥的干預(yù)作用,還需進(jìn)一步的深入和完善,如在研究靶向NLRP3炎癥小體治療COPD時,需對NLRP3炎癥小體活化和調(diào)控的各個步驟作進(jìn)一步研究,此外,還可結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)、蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等,從不同角度探究中醫(yī)藥對NLRP3炎癥小體上下游通路及關(guān)鍵蛋白的影響,歸納分析其對COPD的作用機(jī)制,篩選有效靶點(diǎn)。從而為中醫(yī)藥防治COPD提供新靶點(diǎn),為臨床工作人員防治COPD提供更多的理論依據(jù)和治療方法。