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炎癥體NLRP3發(fā)揮作用的相關調控機制
氧化應激反應與NLRP3炎癥體的激活氧化應激是指機體遭受各種刺激時體內氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產(chǎn)物堆積，導致機體損傷的一種病理過程，下面是小編搜集整理的一篇探究炎癥體NLRP3發(fā)揮作用的相關調控機制的論文范文，供大家閱讀參考。
炎癥體的概念最早由Martinon等[1]提出，其來源主要是模式識別受體(patternrecognitionreceptors,PRRs)中的核苷酸結合寡聚化結構域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD)樣受體(NOD-likereceptors,NLRs)在活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶1(caspase-1)過程中形成的大分子蛋白復合體，而該過程對白細胞介素(interleukin,IL)-1β等促炎因子的成熟、分泌起到重要作用。目前發(fā)現(xiàn)的炎癥體包括NLRP1、NLRP3、細胞質DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子(absentinmelanoma,AIM)、白細胞介素轉換酶激活因子(interleukin-1βconvertingenzymepro-tease-activatingfactor,IPAF)等，其中以NLRP3研究最為深入。
NLRP3炎癥體的組成與激活
NLRP3炎癥體的組成NLRP3炎癥體主要由NL-RP3蛋白、caspase-1、凋亡相關點樣蛋白(apoptosis-associatedspeck-likeproteincontainingaCARD,ASC)組成。NLRP3蛋白的主要結構為核苷酸結合寡聚化結構域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD/NACHT)及其C-端的亮氨酸重復序列(leucinerichrepeat,LRR)和N-端的胱天蛋白酶募集結構域(caspase-activatingandrecruitmentdomain,CARD)或熱蛋白結構域(pyrindomain,PYD)[2].caspase家族主要與細胞凋亡和炎癥反應相關，作為caspase家族的一員，caspase-1主要參與炎癥反應，其與促炎細胞因子IL-1β和IL-18前體的成熟、分泌密切相關，在NLRP3炎癥體促炎作用中發(fā)揮核心作用。ASC主要結構包括與NLRP3蛋白連接的PYD和與caspase-1連接的CARD.作為銜接蛋白的ASC,其磷酸化在炎癥體激活過程中尤為重要，并且酪氨酸激酶(spleentyro-sinekinase,SYK)、c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-ter-minalkinase,JNK)能上調ASC的磷酸化[3].
NLRP3炎癥體的激活與Toll樣受體(Toll-likereceptor,TLR)不同，NLRP3主要在細胞內感受刺激呈遞信號[4].研究發(fā)現(xiàn)，多種外源性和內源性刺激物可激活NLRP3炎癥體，如脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)[1]、尿酸結晶(monosodiumurate,MSU)[5]、ATP[6]、膽固醇結晶[7]、氧化低密度脂蛋白(oxidizedlow-densitylipoprotein,ox-LDL)[8]等。關于其激活過程，目前認為可能與鉀離子流出機制[6]、活性氧(re-activeoxygenspecies,ROS)產(chǎn)生機制[9]和溶酶體損傷機制[10]有關。此外，NLRP3炎癥體的激活還涉及TLRs和核因子κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)的相關通路[11].
NLRP3炎癥體發(fā)揮作用的相關調控機制
氧化應激反應與NLRP3炎癥體的激活氧化應激是指機體遭受各種刺激時體內氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產(chǎn)物堆積，導致機體損傷的一種病理過程，其中線粒體產(chǎn)生的ROS在氧化應激中發(fā)揮重要作用。近來研究發(fā)現(xiàn)，線粒體與NLRP3炎癥體的激活關系密切。多數(shù)研究認為，NLRP3炎癥體激活是由線粒體與溶酶體相關作用介導的，且該過程主要與ROS的產(chǎn)生有關[12].如ox-LDL不僅在動脈粥樣硬化(ather-osclerosis,AS)的發(fā)病過程中起到重要作用，而且能夠刺激NLRP3炎癥體的激活，該過程需依賴ROS[13-14].在高半胱氨酸存在的腎小球損傷及硬化過程中，內源性的超氧化物(O2-)、過氧化氫(H2O2)在NLRP3炎癥體的形成和激活中有重要作用[15].
Zhou等[16]通過阻斷呼吸鏈上的關鍵酶ComplexI和ComplexⅢ的方法促進ROS的生成，并在人單核細胞型淋巴瘤THP1細胞培養(yǎng)上清液中觀察到ROS的產(chǎn)生與IL-1β的生成相關，而在敲除NLRP3或caspase-1基因的THP1細胞中應用呼吸鏈酶抑制劑后并未觀測到IL-1β的分泌。為了更直接地確定線粒體在NLRP3炎癥體激活中的作用，其在隨后的研究中采用阻斷與ROS產(chǎn)生關系更為密切的電壓依賴型陰離子通道(voltage-dependentanionchannels,VDAC)的方式，通過短發(fā)夾RNA(shorthairpinRNA,shRNA)沉默VDAC基因，再應用MSU等刺激物后，炎癥體的激活受到明顯抑制。在人骨髓間充質干細胞(humanmar-rowmesenchymalstemcells,hMSCs)與巨噬細胞共培養(yǎng)的過程中，應用LPS或者ATP刺激巨噬細胞觀察NLRP3炎癥體的激活情況，結果發(fā)現(xiàn)hMSCs可以分泌一種被稱為斯鈣素(stanniocalcin,STC)-1的抗凋亡蛋白，它可以通過抑制ROS產(chǎn)生來阻止NLRP3炎癥體激活及IL-1β分泌[17].此外，吞噬細胞表達的兩種蛋白S100A8和S100A9可以通過ROS產(chǎn)生過程參與NLRP3蛋白和IL-1β前體的表達[18].
另有不同觀點認為，NLRP3炎癥體的激活并不一定依賴ROS的產(chǎn)生。惡唑烷酮類抗生素利奈唑胺可以不依賴ROS而激活NLRP3炎癥體，ROS可能并不是直接在NLRP3炎癥體激活中發(fā)揮作用，而是對成熟后的IL-1β的外排過程起作用。但無論是否依賴ROS,激活NLRP3的通路都與線粒體功能障礙相關，特別是與線粒體脂質雙磷脂酰甘油相關，其可能機制為線粒體脂質雙磷脂酰甘油可以直接與NLRP3結合組成聚合物來抑制NLRP3炎癥體的激活[19-20].因而有學者提出，線粒體參與NLRP3炎癥體激活的過程不僅是從ROS產(chǎn)生途徑，還依賴于線粒體的整體功能[21].
內質網(wǎng)應激反應與NLRP3炎癥體的激活內質網(wǎng)應激(endoplasmicreticulumstress,ERS)在慢性炎癥類疾病的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，而其與炎癥相關性的具體機制仍不清楚。多種ERS誘導劑可以引起IL-1β的分泌，其主要機制可能是ERS通過作用于NF-κB信號通路，促進IL-1β前體物質的釋放并激活NLRP3實現(xiàn)的[22].有研究顯示，在燙傷小鼠模型中注射LPS后，其肝臟組織中NLRP3炎癥體相關基因和ERS相關基因蛋白表達量明顯增加[23].應用牛血清白蛋白刺激腎臟上皮細胞(NRK-52E)可導致NLRP3炎癥體的激活，同時表達的還有內質網(wǎng)標志物鈣網(wǎng)蛋白，而應用牛磺熊去氧膽酸(taurine-conjugatedur-sodeoxycholicacid,TUDCA)使細胞對ERS適應性增加后可以抑制炎癥體激活，表明ERS在炎癥體的激活過程中發(fā)揮作用，增強細胞對ERS的適應性可以抑制炎癥體的激活，進而改善蛋白尿對腎上皮細胞的炎性損傷[24].X盒結合蛋白1(X-box-bindingprotein1,XBP1)是ERS反應的重要轉錄調控因子，是多種疾病的潛在治療靶點，相關研究顯示其可能通過內質網(wǎng)相關瞬時感受器電位鈣離子通道蛋白1(transientre-ceptorpotentialcalciumchannelprotein1,TRPC1)分泌的一種新的信號肽參與NLRP3炎癥體調節(jié)的IL-1β/IL-18的成熟及下游免疫反應過程[25].未折疊蛋白反應(unfoldedproteinresponse,UPR)是ERS中的一條重要信號通路。有研究認為，硫氧還原蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interactingprotein,TXNIP)在UPR中起重要作用，且TXNIP的產(chǎn)生依賴需肌醇酶1α(inositolrequiringkinase1α，IRE1α),上調TXNIP表達水平有助于NLRP3炎癥體的激活[26].ERS之所以能夠引起NLRP3炎癥體激活并促進促炎因子IL-1β釋放，可能與通過內質網(wǎng)起作用的促炎信號和NLRP3炎癥體激活的相關機制如ROS產(chǎn)生、鉀離子外流等過程關系密切，在發(fā)生ERS的細胞內，NLRP3炎癥體可以感知并響應ERS下游信號，最終通過不同于UPR的不典型ERS反應，使得ERS與慢性炎癥相聯(lián)系[27].
另有相反的觀點認為，促炎因子IL-1β的成熟、分泌與ERS相關，但與NLRP3炎癥體無關。應用LPS刺激巨噬細胞使其發(fā)生ERS,發(fā)現(xiàn)IL-1β前體物質的成熟在ASC蛋白缺失的情況下發(fā)生，該過程中caspase-8起到重要作用，而caspase-8的激活又依賴TLR4及其招募的β干擾素TIR結構域銜接蛋白(TIR-domain-containingadaptorinducinginterferon-β，TRIF)信號分子，故認為IL-1β的成熟分泌與NLRP3無關，而是通過TLR4-ERS相關通路調控[28].
自噬反應與炎癥體激活的相互調控自噬在疾病中的作用越來越受到人們的關注，新近研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥體與自噬能夠相互調控。自噬可以雙向調控NLRP3炎癥體的激活。在大鼠胰島瘤細胞系(insu-linomacellline,INS-1)中，棕櫚酸(palmiticacid,PA)可以誘導自噬，將含有自噬相關基因7(autoph-agy-related7,Atg7)片段的質粒轉染入INS-1后，與對照組相比組織蛋白酶B(cathepsinB,CTSB)、促炎因子表達均明顯增加;在應用siRNA沉默CTSB后，IL-1β等促炎因子表達減少;沉默NLRP3基因后，與對照組相比IL-1β等促炎因子明顯減少，表明在INS-1內自噬反應可以促進NLRP3炎癥體的激活，且該過程是通過過表達CTSB實現(xiàn)的[29].與此相反，在巨噬細胞離體實驗中，抑制自噬蛋白LC3B和Beclin1的表達后，在LPS或ATP刺激下caspase-1、IL-1β/IL-18的表達反而增加，進一步實驗證明適度自噬反應可以維持線粒體的完整性，進而抑制NLRP3炎癥體的激活[30].以上研究表明，自噬反應發(fā)生后對炎癥體激活是促進還是抑制似乎與自噬程度相關。此外，炎癥體激活后也可以促進或抑制自噬反應，但這種雙向調控的具體機制還不明確。通過激活炎癥體，尤其是NLRP3炎癥體，可以抑制線粒體自噬，影響線粒體的自我清除，進而對AS等疾病進展起到促進作用[31].
也有相反的研究顯示，NLRP3炎癥體的激活可以促進自噬，應用MSU刺激骨母細胞(osteoblasts,OBs)可以激活NLRP3炎癥體并誘導NLRP3依賴的自噬反應，同時NLRP3炎癥體還參與調控OBs內尿酸結晶-自噬體(MSU-autophagosomes)的形成[32].
總結與展望
模式識別受體在先天性免疫中發(fā)揮重要作用，其參與的無菌炎癥等反應在多種代謝性疾病中的作用越來越受到人們的重視。AS等代謝性疾病的發(fā)生是以炎癥反應為主要改變的復雜病理過程，而炎癥體作為紐帶將炎癥與氧化應激、ERS、自噬等病理過程相聯(lián)系，為更深入研究相關疾病的發(fā)病機制并發(fā)現(xiàn)可能的有效治療靶點提供了方向。但目前相關研究還有很大局限性，如線粒體與NLRP3炎癥體的激活關系是否通過ROS產(chǎn)生過程實現(xiàn)有待證實;雖然多數(shù)研究肯定NLRP3炎癥體的激活與自噬作用相關，但炎癥體激活與自噬反應之間的雙向調控作用還有待進一步探討。總之，炎癥體相關調控機制可能為AS、糖尿病等代謝性疾病的防治提供新的方向，需要更為深入的研究。
參考文獻
[1]MartinonF,BurnsK,TschopPJ.Theinflammasome:amo-lecularplatformtriggeringactivationofinflammatorycaspasesandprocessingofproIL-β[J].MolCell,2002,10(2):417-446.
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[3]HaraH,TsuchiyaK,KawamuraI,etal.PhosphorylationoftheadaptorASCactsasamolecularswitchthatcontrolstheformationofspeck-likeaggregatesandinflammasomeactivity[J].NatImmunol,2013,14(12):1247-1255.
[4]FranchiL,McDonaldC,KannegantiTD,etal.Nucleotide-bindingoligomerizationdomain-likereceptors:intracellularpatternrecognitionmoleculesforpathogendetectionandhostdefense[J].JImmunol,2006,177(6):3507-3513.
[5]ShiY,EvansJE,RockKL.Molecularidentificationofadangersignalthatalertstheimmunesystemtodyingcells[J].Nature,2003,425(6957):516-521.
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