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炎癥體NLRP3發(fā)揮作用的相關(guān)調(diào)控機制
氧化應(yīng)激反應(yīng)與NLRP3炎癥體的激活氧化應(yīng)激是指機體遭受各種刺激時體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產(chǎn)物堆積，導(dǎo)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(guān)調(diào)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(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)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(fù)合體，而該過程對白細(xì)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(xì)胞質(zhì)DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子(absentinmelanoma,AIM)、白細(xì)胞介素轉(zhuǎn)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(guān)點樣蛋白(apoptosis-associatedspeck-likeproteincontainingaCARD,ASC)組成。NLRP3蛋白的主要結(jié)構(gòu)為核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD/NACHT)及其C-端的亮氨酸重復(fù)序列(leucinerichrepeat,LRR)和N-端的胱天蛋白酶募集結(jié)構(gòu)域(caspase-activatingandrecruitmentdomain,CARD)或熱蛋白結(jié)構(gòu)域(pyrindomain,PYD)[2].caspase家族主要與細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)相關(guān)，作為caspase家族的一員，caspase-1主要參與炎癥反應(yīng)，其與促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18前體的成熟、分泌密切相關(guān)，在NLRP3炎癥體促炎作用中發(fā)揮核心作用。ASC主要結(jié)構(gòu)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(diào)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(xì)胞內(nèi)感受刺激呈遞信號[4].研究發(fā)現(xiàn)，多種外源性和內(nèi)源性刺激物可激活NLRP3炎癥體，如脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)[1]、尿酸結(jié)晶(monosodiumurate,MSU)[5]、ATP[6]、膽固醇結(jié)晶[7]、氧化低密度脂蛋白(oxidizedlow-densitylipoprotein,ox-LDL)[8]等。關(guān)于其激活過程，目前認(rèn)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(guān)。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(guān)通路[11].
NLRP3炎癥體發(fā)揮作用的相關(guān)調(diào)控機制
氧化應(yīng)激反應(yīng)與NLRP3炎癥體的激活氧化應(yīng)激是指機體遭受各種刺激時體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產(chǎn)物堆積，導(dǎo)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(yīng)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(guān)系密切。多數(shù)研究認(rèn)為，NLRP3炎癥體激活是由線粒體與溶酶體相關(guān)作用介導(dǎo)的，且該過程主要與ROS的產(chǎn)生有關(guān)[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(nèi)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(guān)鍵酶ComplexI和ComplexⅢ的方法促進ROS的生成，并在人單核細(xì)胞型淋巴瘤THP1細(xì)胞培養(yǎng)上清液中觀察到ROS的產(chǎn)生與IL-1β的生成相關(guān)，而在敲除NLRP3或caspase-1基因的THP1細(xì)胞中應(yīng)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(guān)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(yīng)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(zhì)干細(xì)胞(humanmar-rowmesenchymalstemcells,hMSCs)與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的過程中，應(yīng)用LPS或者ATP刺激巨噬細(xì)胞觀察NLRP3炎癥體的激活情況，結(jié)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(xì)胞表達(dá)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(dá)[18].
另有不同觀點認(rèn)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(guān)，特別是與線粒體脂質(zhì)雙磷脂酰甘油相關(guān)，其可能機制為線粒體脂質(zhì)雙磷脂酰甘油可以直接與NLRP3結(jié)合組成聚合物來抑制NLRP3炎癥體的激活[19-20].因而有學(xué)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)與NLRP3炎癥體的激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)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(guān)性的具體機制仍不清楚。多種ERS誘導(dǎo)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(zhì)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(guān)基因和ERS相關(guān)基因蛋白表達(dá)量明顯增加[23].應(yīng)用牛血清白蛋白刺激腎臟上皮細(xì)胞(NRK-52E)可導(dǎo)致NLRP3炎癥體的激活，同時表達(dá)的還有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)志物鈣網(wǎng)蛋白，而應(yīng)用�；切苋パ跄懰�(taurine-conjugatedur-sodeoxycholicacid,TUDCA)使細(xì)胞對ERS適應(yīng)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(xì)胞對ERS的適應(yīng)性可以抑制炎癥體的激活，進而改善蛋白尿?qū)δI上皮細(xì)胞的炎性損傷[24].X盒結(jié)合蛋白1(X-box-bindingprotein1,XBP1)是ERS反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，是多種疾病的潛在治療靶點，相關(guān)研究顯示其可能通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)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(diào)節(jié)的IL-1β/IL-18的成熟及下游免疫反應(yīng)過程[25].未折疊蛋白反應(yīng)(unfoldedproteinresponse,UPR)是ERS中的一條重要信號通路。有研究認(rèn)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(diào)TXNIP表達(dá)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)起作用的促炎信號和NLRP3炎癥體激活的相關(guān)機制如ROS產(chǎn)生、鉀離子外流等過程關(guān)系密切，在發(fā)生ERS的細(xì)胞內(nèi)，NLRP3炎癥體可以感知并響應(yīng)ERS下游信號，最終通過不同于UPR的不典型ERS反應(yīng)，使得ERS與慢性炎癥相聯(lián)系[27].
另有相反的觀點認(rèn)為，促炎因子IL-1β的成熟、分泌與ERS相關(guān)，但與NLRP3炎癥體無關(guān)。應(yīng)用LPS刺激巨噬細(xì)胞使其發(fā)生ERS,發(fā)現(xiàn)IL-1β前體物質(zhì)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(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR-domain-containingadaptorinducinginterferon-β，TRIF)信號分子，故認(rèn)為IL-1β的成熟分泌與NLRP3無關(guān)，而是通過TLR4-ERS相關(guān)通路調(diào)控[28].
自噬反應(yīng)與炎癥體激活的相互調(diào)控自噬在疾病中的作用越來越受到人們的關(guān)注，新近研究發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥體與自噬能夠相互調(diào)控。自噬可以雙向調(diào)控NLRP3炎癥體的激活。在大鼠胰島瘤細(xì)胞系(insu-linomacellline,INS-1)中，棕櫚酸(palmiticacid,PA)可以誘導(dǎo)自噬，將含有自噬相關(guān)基因7(autoph-agy-related7,Atg7)片段的質(zhì)粒轉(zhuǎn)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(dá)均明顯增加;在應(yīng)用siRNA沉默CTSB后，IL-1β等促炎因子表達(dá)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(nèi)自噬反應(yīng)可以促進NLRP3炎癥體的激活，且該過程是通過過表達(dá)CTSB實現(xiàn)的[29].與此相反，在巨噬細(xì)胞離體實驗中，抑制自噬蛋白LC3B和Beclin1的表達(dá)后，在LPS或ATP刺激下caspase-1、IL-1β/IL-18的表達(dá)反而增加，進一步實驗證明適度自噬反應(yīng)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(yīng)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(guān)。此外，炎癥體激活后也可以促進或抑制自噬反應(yīng)，但這種雙向調(diào)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(yīng)用MSU刺激骨母細(xì)胞(osteoblasts,OBs)可以激活NLRP3炎癥體并誘導(dǎo)NLRP3依賴的自噬反應(yīng)，同時NLRP3炎癥體還參與調(diào)控OBs內(nèi)尿酸結(jié)晶-自噬體(MSU-autophagosomes)的形成[32].
總結(jié)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(yīng)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(yīng)為主要改變的復(fù)雜病理過程，而炎癥體作為紐帶將炎癥與氧化應(yīng)激、ERS、自噬等病理過程相聯(lián)系，為更深入研究相關(guān)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(guān)研究還有很大局限性，如線粒體與NLRP3炎癥體的激活關(guān)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(guān)，但炎癥體激活與自噬反應(yīng)之間的雙向調(diào)控作用還有待進一步探討�？傊�，炎癥體相關(guān)調(diào)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
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