NLRP3炎性小体在创伤性脑损伤中的作用全文.docx

NLRP3炎性小体在创伤性脑损伤中的作用全文.docx

《NLRP3炎性小体在创伤性脑损伤中的作用全文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NLRP3炎性小体在创伤性脑损伤中的作用全文.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

NLRP3炎性小体在创伤性脑损伤中的作用全文

NLRP3炎性小体在创伤性脑损伤中的作用

创伤性脑损伤（traumaticbraininjury，TBI）是战争时期及现代社会生活中一种常见的外伤类型，死亡率及致残率居各种外伤之首，随着城市化的进程，TBI的发生率逐年上升，在全球每年可造成约4000亿美元的经济负担。

TBI的病理过程包括原发的机械性损伤及多种因素导致的继发性损伤两个阶段。

其中原发性损伤指出血和神经元丢失等，发生在创伤当时，无法进行临床干预；继发性损伤主要包括神经炎症、氧化应激、钙超载、代谢毒物产生和神经元凋亡等，在损伤发生后的病程中持续进展性发生，因此抑制或减缓TBI后继发性损伤的持续发展对改善TBI患者的预后有着重要意义。

神经炎症反应是机体先天免疫系统的重要组成部分，在TBI、蛛网膜下腔出血等中枢神经系统疾病的病理过程中发挥重要作用。

适度炎症反应的发生，可以促进组织损伤后细胞碎片的清除和加速损伤神经元的修复，但是过度的炎症反应，同样也会加重细胞损伤和导致疾病的恶化。

核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（nucleotide-bindingoligomerizationdomain（NOD）-likereceptorfamilypyrindomaincontaining3，NLRP3）炎性小体在TBI后的炎症反应及多种继发性损伤中发挥着重要作用。

本文就TBI后NLRP3炎性小体的激活以及针对NLRP3炎性小体激活的治疗措施的研究进展进行综述，为缓解TBI后继发性损伤及改善病人预后的临床前和临床研究提供参考。

1.NLRP3炎性小体

核苷酸结合寡聚化结构域样受体（nucleotidebindingoligomerizationdomain-likereceptor，NLRs）是模式识别受体（patternrecognitionreceptors，PRRs）家族的一个亚类，在机体的先天免疫系统发挥重要的调节作用。

NLRP3正是NLRs家族中研究最为广泛的一员，在神经元细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞、血管平滑肌细胞等细胞中广泛多样性表达，在TBI、阿尔兹海默症、亨廷顿舞蹈病、缺血性脑卒中等中枢神经系统疾病的发病机制中发挥重要作用。

1.1NLRP3炎性小体的分子组成

NLRP3炎性小体是一种多蛋白聚合复合物，由感受器分子NLRP3、衔接蛋白ASC（apoptosisassociatedspeckle-likeproteincontainingCARD）和效应蛋白前体procaspase-13个部分组成。

其中，NLRP3包含C端的亮氨酸重复序列LRR（leucinerichrepeat）、中段特征性的核苷酸寡聚化结构域NACHT（nucleotide－bindingandoligomerizationdomain，NOD/NACHT）和N端的效应结构域PYD（pyrindomain）三个部分；ASC蛋白包含一个PYD结构域和一个CARD（caspaseactivationandrecruitmentdomain）结构域；pro-caspase-1也包含一个CARD结构域。

炎性小体受到刺激激活时，NLRP3通过PYD结构域与ASC相互连结，进而通过ASC的CARD结构域招募pro-caspase-1形成NLRP3-ASC-pro-caspase-1复合物，对pro-caspase-1进行剪切产生有活性的caspase-1。

活化的caspase-1可以将下游无活性的白细胞介素（interleukin，IL）-1β前体和IL-18前体转化成有活性的、分泌形式的IL-1β和IL-18，活化的炎症因子将启动并放大下游的炎症信号通路，发生严重的炎症反应。

此外，激活的caspase-1还可以剪切细胞焦亡的效应蛋白GSDMD（Gasdermin-D），剪切产生的N末端产物GSDMD-N能够介导细胞膜上膜孔的形成，增加细胞内外液体的流动，导致细胞的肿胀和破裂，在细胞焦亡中起关键作用。

1.2NLRP3炎性小体的激活

研究表明，NLRP3炎性小体的激活需要启动和激活两个信号。

在静息状态下，细胞内的NLRP3处于低表达水平，不会进行炎性小体的组装和激活；但是微生物分子（如Toll样受体配体）或内源性细胞因子（如肿瘤坏死因子α）等对NF-κB的激活，可以在转录水平增加NLRP3和pro-IL-1β的表达，这是炎性小体的启动信号。

此外，最新的研究认为，启动信号也可以在转录后水平上调炎性小体的激活。

第二步的激活信号主要调控炎性小体的组装过程。

NLRP3炎性小体可以被一系列损伤相关分子模式（如二氧化硅、细胞外ATP和尼日利亚菌素等）和病原相关分子模式（如微生物造孔毒素等）触发组装激活，但是鉴于激活剂数量和结构的多样性，NLRP3不太可能与所有的激活剂直接相互作用，而是感知这些激活剂引起的细胞内信号。

目前，已提出的可以解释NLRP3炎性小体激活的细胞内信号主要分为三类：

钾离子的外排、活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）的产生和溶酶体的破裂。

1.2.1钾离子的外排

细胞内外离子的流动被认为是NLRP3炎性小体的激活因素，包括K+的外排、Cl－的流出以及钙信号的改变等。

其中，K+外排是目前公认的NLRP3炎性小体激活的上游信号事件。

一方面，在ATP、尼日利亚菌素、结晶和颗粒分子、双链DNA等多种NLRP3激活剂对炎性小体的激活事件中观察到了细胞内K+浓度的降低。

另一方面，多种刺激对NLRP3炎性小体的激活也可以被细胞外高浓度的钾（30～45mol/L）所抑制。

例如：

细胞外高浓度的ATP分子通过激活P2X嘌呤受体7降低细胞内K+浓度进而激活NLRP3炎性小体；尼日利亚菌素作为离子载体，诱导细胞膜两侧K+/H+的交换导致细胞内K+外排而诱导NLRP3炎性小体的激活。

而且，使用钾离子通道抑制剂格列苯脲可以有效抑制多种激活剂对炎性小体的激活，也从另一个角度阐述了K+外排在炎性小体激活中的重要作用。

此外，包括咪喹莫特和CL097在内的一些小分子，可以诱导ROS的产生，以一种不依赖K+外排的方式，促进炎性小体的激活。

这些结果表明，K+外排对于NLRP3炎性小体的激活非常重要，但又不是必须的、唯一的因素。

尽管细胞内K+的减少可以激活NLRP3炎性小体是明确的，但是K+的浓度如何调控NLRP3的激活依然未知。

有两个研究分别发现，K+的外排对于NLRP3炎性小体组装的一个关键步骤即NIMA相关激酶7（neverinmitosisA（NIMA）-relatedkinase7）与NLRP3的结合是必要的。

总的来说，这些研究支持K+外排作为NLRP3炎性小体激活的远端上游信号，并且可能是通过影响NLRP3-NEK7的相互作用或者促进线粒体ROS产生实现的。

1.2.2ROS的产生

ROS的产生，特别是线粒体来源的ROS，是最早被认为触发炎性小体激活的因素之一。

多项研究表明，NLRP3炎性小体的激活剂（如ATP、二氧化硅、尼日利亚菌素等）可以诱导细胞内线粒体ROS的产生，并且ROS清除剂的使用会阻断激活剂对NLRP3的激活。

这种ROS的产生通常伴随着K+的外排，但是K+外排和ROS产生之间的确切机制尚不清楚。

而且，ROS的产生如何导致NLRP3炎性小体的激活，依然没有确切的解释。

一些研究提供了潜在的见解：

NLRP3激动剂可以以ROS依赖性方式触发NLRP3与硫氧还蛋白相互作用蛋白（thioredoxininteractingprotein，TXNIP）的相互作用。

静息状态下，TXNIP与硫氧还蛋白组成性结合并受其抑制；细胞ROS浓度的增加，使得该复合物解离，TXNIP与NLRP3结合，导致NLRP3炎性小体的活化。

但是，在没有TXNIP的情况下，caspase-1的活化和IL-1β的分泌并未被完全抑制，表明仍然有其他机制的存在。

有最新的研究表明，线粒体ROS的产生，导致线粒体的损伤，进而会引起线粒体DNA（mtDNA）合成、氧化的增加，氧化的mtDNA能够与NLRP3炎性小体缔合导致炎性小体的激活。

也有研究从感知ROS的层面解释，是NEK7而不是NLRP3本身能够感知ROS的产生，因为咪喹莫特诱导的ROS依赖性的NLRP3炎性小体的活化在NEK7缺陷的细胞中消失了。

因此，ROS的产生触发炎性小体激活的具体机制，依然众说纷纭，值得更加深入的研究。

此外，ROS的产生对NLRP3炎性小体的激活的确非常重要，但也不是绝对必要条件，线粒体ROS非依赖性炎性小体的激活也已有报道。

1.2.3溶酶体的破裂

二氧化硅、明矾等颗粒性活化剂清除效率的降低会导致溶酶体的破裂和溶酶体内物质的释放，触发NLRP3炎性小体的激活。

有研究表明溶酶体的破裂不仅参与了炎性小体的激活步骤，而且参与了启动步骤。

在棕榈酸盐诱导的NLRP3炎性小体激活中，一方面溶酶体钙信号通过稳定IL-1β的mRNA调节IL-1β前体的生成（启动信号），另一方面溶酶体破裂释放的组织蛋白酶B促进了NLRP3炎性小体的激活（激活信号）。

也有一项研究进一步证实了多种组织蛋白酶可以促进NLRP3炎性小体的激活，而且使用组织蛋白酶B的抑制剂CA-074-Me可以抑制NLRP3炎性小体的活化。

但是，组织蛋白酶B抑制剂在发挥作用时也有可能由于脱靶效应或者靶向组织蛋白酶家族的其他成员而被干扰。

颗粒物质除了通过吞噬作用导致溶酶体的破裂，还会触发吞噬作用依赖性的K+外排，进而激活NLRP3炎性小体。

然而，将颗粒物诱导的溶酶体破裂和K+外排联系起来的机制尚待深入研究。

此外，TAK1-JNK途径（TAK1：

transforminggrowthfactorbeta-activatedkinase1，转化生长因子活化蛋白激酶1；JNK：

c-JunN-terminalkinase，N末端激酶）最近也被报道在溶酶体破坏后激活，并在NLRP3炎性小体活化中发挥作用。

因此，溶酶体破裂在NLRP3炎性小体活化中发挥着重要作用，触发活化的详细机制仍需要进一步研究。

总而言之，NLRP3的激活剂通过触发包括钾离子外排，线粒体功能障碍和溶酶体破裂在内的多种细胞和分子事件，在炎性小体的激活中发挥了重要作用，特别是细胞内离子水平的改变，把不同的信号转导联系起来；但是各激活信号激活炎性小体的详细机制依然值得更深入的研究。

2.创伤性脑损伤中NLRP3炎性小体的激活

Liu等进行了第一个TBI中NLRP3炎性小体表达的研究，作者发现在中度TBI（改良的自由落体打击模型）后的第一周内，大鼠皮层脑组织中NLRP3相关基因和蛋白表达显著上升。

具体来说，炎性小体的引发信号（即NLRP3、ASC和procaspase-1的mRNA和蛋白）和激活信号（caspase-1p10、IL-1β和IL-18的蛋白）在脑损伤后6h被上调，并一直到损伤后7d的实验终点时都处于上调水平。

自首次发表以来，已有大量研究支持NLRP3炎性小体的基因和蛋白表达在TBI动物模型中上调。

而且，Irrera等通过使用NLRP3－/－基因型小鼠和NLRP3抑制剂BAY11-7082药物处理两种方式与野生型小鼠形成对比，在TBI后第7天观察到小鼠在行为学和组织学损伤上明显减弱。

在TBI后NLRP3炎性小体激活的机制研究上，Chen等通过使用NEK7-shRNA病毒，发现敲低NEK7可以改善TBI小鼠（控制皮层损伤模型）的神经功能损伤和减弱NLRP3炎性小体的激活，表明NEK7可能是调节TBI后NLRP3激活的潜在靶点。

而Ma等则是从ROS的角度发现，通过基因敲除NOX2，可以降低TBI后的ROS水平，进而影响TXNIP与NLRP3的相互作用，调节NLRP3的激活，减少TBI后脑组织的炎性损伤。

这些结果的发现，为TBI后NLRP3炎性小体的激活提供了重要证据；但是TBI诱导的NLRP3炎性小体激活的具体机制依然值得深入研究，特别是溶酶体破裂是否在TBI后NLRP3炎性小体的激活中发挥作用还是一片空白