梁微微，李乃適，潘 慧

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科衛(wèi)生部?jī)?nèi)分泌重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100730

NALP3炎癥體與胰島素抵抗的研究進(jìn)展

梁微微，李乃適，潘 慧

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院內(nèi)分泌科衛(wèi)生部?jī)?nèi)分泌重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100730

NALP3炎癥體;胰島素抵抗

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活方式的改變，代謝綜合征的患病率逐年上升，已成為嚴(yán)重危害人類身體健康的隱性殺手之一。在臨床，代謝綜合征有多種表現(xiàn)，包括肥胖、高血壓、高血糖、血脂異常等［1］，而胰島素抵抗是代謝綜合征諸多癥狀發(fā)生的中心環(huán)節(jié)［1］。但胰島素抵抗的機(jī)制目前尚未徹底闡明?，F(xiàn)有研究表明慢性炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致胰島素抵抗發(fā)生、發(fā)展的重要因素之一，而白細(xì)胞介素 (interleukin，IL)-1β是極具促炎活性的細(xì)胞因子之一，能夠促進(jìn)胰島素抵抗的發(fā)展。新近研究亦發(fā)現(xiàn)，NALP3炎癥體(NACHT，LRR and PYD domains-containing protein 3，NACHT，LRR及PYD結(jié)構(gòu)域蛋白)是活化胱天蛋白酶1(caspase-1)、調(diào)控IL-1β成熟和分泌的分子平臺(tái)，由此提示NALP3炎癥體是胰島素抵抗發(fā)生的機(jī)制之一，針對(duì)NALP3炎癥體的靶向治療可能成為有前景的2型糖尿病治療方法之一。NALP3炎癥體在胰島素抵抗發(fā)生、發(fā)展中的作用正日益受到關(guān)注，本文就NALP3炎癥體在胰島素抵抗中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

NALP3炎癥體的構(gòu)成及激活

NALP3炎癥體是一類存在于細(xì)胞內(nèi)相對(duì)分子質(zhì)量約為700 000的多蛋白復(fù)合物，由Tshcopp等［2］研究發(fā)現(xiàn)。NALP3炎癥體是核苷酸結(jié)構(gòu)域樣受體 (NOD-like receptor proteins，NALPs)家族成員，是體內(nèi)免疫系統(tǒng)對(duì)病原體的感受器［3］，可識(shí)別病原體并產(chǎn)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答［2］。

NALP3在中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突細(xì)胞、B細(xì)胞和T細(xì)胞等多種細(xì)胞中均有表達(dá)，主要分布在細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞膜中，能迅速識(shí)別各種外源性微生物以及內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)，包括病原相關(guān)的分子模式 (pathogen-associated molecular pattern，PAMP;病毒、細(xì)菌、真菌、微生物成分如脂多糖、胞壁酰二肽、病毒雙鏈DNA、細(xì)菌 RNA等)和各種損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMP;如組織或細(xì)胞遭受破壞后釋放的尿酸、炎癥狀態(tài)下細(xì)胞釋放的ATP及細(xì)胞壞死產(chǎn)物等)［4］。上述配體被NALP3炎癥體識(shí)別、結(jié)合，便會(huì)啟動(dòng) NALP3炎癥體的組裝與激活。

NALP3炎癥體由 cryopyrin、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)、caspase-1這3個(gè)部分組成。Cryopyrin是其中的核心蛋白，包含LRR、NACHT、PYD 3個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，主要功能是特異性地識(shí)別配體，將下游的銜接蛋白和效應(yīng)分子聯(lián)系起來;ASC是凋亡相關(guān)斑點(diǎn)蛋白，是Pycard基因編碼的195個(gè)氨基酸殘基，是重要的接頭蛋白，連接上游的cryopyrin和下游的胱天蛋白酶前體1(pro-caspase-1);caspase-1是procaspase-1的活化形式，在NALP3炎癥體活化完成組裝后，pro-caspase-1自動(dòng)催化成caspase-1。Caspase-1一旦被激活，能夠裂解IL-1、IL-18、IL-6等細(xì)胞因子的前體，使其轉(zhuǎn)化為成熟的 IL-1β、IL-18、IL-6等炎癥因子，進(jìn)而參與到先天性免疫中。

NALP3炎癥體與胰島素抵抗

2010年，Zhou等［5］首次提出以NALP3為代表的炎癥體參與胰島素抵抗與2型糖尿病發(fā)生過程。自此以后，以NALP3為代表等天然免疫系統(tǒng)異常激活導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)參與胰島素抵抗及2型糖尿病這一觀點(diǎn)逐漸得到研究者的認(rèn)同［6-8］。

許多實(shí)驗(yàn)通過基因敲除小鼠體內(nèi)不同NAR基因證實(shí)了NALP3是代謝性炎癥和胰島素抵抗發(fā)生的關(guān)鍵因素［9-11］。Stienstra等［11］研究發(fā)現(xiàn)，IL1－/－及 Nalp3－/－小鼠與野生型小鼠相比有更好的糖耐量水平，Casp1－/－及Nalp3－/－小鼠脂肪細(xì)胞代謝及脂肪酸氧化較野生型小鼠明顯活躍。在高糖環(huán)境下，TXNIP－/－和Nalp3－/－小鼠β細(xì)胞IL-1β水平顯著低于野生型小鼠［5］。Nalp3－/－小鼠在高脂飲食條件下較野生型小鼠有更高的糖耐量和胰島素敏感性［9］。

目前認(rèn)為，NALP3引起胰島素抵抗是通過多個(gè)途徑發(fā)生的。Zhou等［5］首先證實(shí)與胰島素抵抗相關(guān)的硫氧環(huán)蛋白相互作用蛋白 (thioredoxin-interacting protein，TXNIP)是NALP3結(jié)合蛋白，在高糖環(huán)境下，TXNIP結(jié)合NALP3組分，激活NALP3炎癥體，IL-1β等炎癥因子表達(dá)增加。此后Masters等［12］報(bào)道在2型糖尿病患者胰島中沉積的胰島淀粉樣多肽 (islet amyloid polypeptide，IAPP)可通過溶酶體依賴途徑激活巨噬細(xì)胞內(nèi)NALP3炎癥體。Wen等［10］報(bào)道棕櫚酸鹽等游離飽和脂肪酸可降低腺苷酸活化蛋白激酶 (AMP-activated kinase，AMPK)的活性，使得線粒體通過自噬作用產(chǎn)生活性氧 (reactive oxygen species，ROS)并釋放線粒體內(nèi)的DNA，激活NALP3炎癥體，影響胰島素信號(hào)傳導(dǎo)。Koenen等［13］報(bào)道脂肪組織經(jīng)高糖刺激，NALP3、IL-1β的表達(dá)顯著提高。Vandanmagsar等［9］在肥胖小鼠模型中證實(shí)，細(xì)胞質(zhì)中的NLPR3組分能識(shí)別尿酸、ATP、脂肪酸等內(nèi)源性信號(hào)，可通過溶酶體依賴途徑激活NALP3炎癥體，使巨噬細(xì)胞內(nèi)IL-1β等炎癥因子表達(dá)增加，導(dǎo)致脂肪組織、肌肉、肝臟各組織器官的胰島素抵抗。目前的研究資料提示，多種與胰島素抵抗發(fā)生相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)物質(zhì)均能激活NALP3，使IL-1β等炎癥因子表達(dá)增加，影響胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路，從而促進(jìn)胰島素抵抗等的發(fā)生。

NALP3炎癥體下游通路產(chǎn)物在胰島素抵抗發(fā)生中的作用及機(jī)制

有較多證據(jù)表明，NALP3活化后下游炎癥因子增多與胰島素抵抗的發(fā)生關(guān)系密切。目前已經(jīng)被報(bào)道與之相關(guān)的炎癥因子主要有IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNFα)等。

目前已有較多研究提出IL-1β參與胰島素抵抗的發(fā)生。Jager等［14］用 IL-1β處理小鼠3T3脂肪細(xì)胞，觀察到葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(glucose transporter 4，GLUT4)在細(xì)胞膜上的表達(dá)明顯下調(diào)。同時(shí)IL-1β能明顯抑制小鼠脂肪細(xì)胞分化過程中與胰島素抵抗相關(guān)的基因過氧化物酶體增殖物激活受體 γ(peroxisome proliferatoractivated receptor γ，PPARγ)、adiponectin及GLUT 4的表達(dá)［11］。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，IL-1β基因敲除小鼠較野生型小鼠具有更強(qiáng)的胰島素敏感性［11］。歐洲一項(xiàng)大規(guī)模人群研究提示在2型糖尿病人群中觀察到IL-1β水平明顯增高，其增高水平能用于預(yù)測(cè)2型糖尿病病變程度［15］。目前，IL-1受體拮抗劑 (anakinra)［16-17］、IL-1β單克隆抗體 (gevokizumab、canakizumab和LY2189102)［18-20］在臨床試驗(yàn)中均顯示出降低炎癥因子、改善胰島素抵抗的效果。因此，學(xué)者提出IL-1β是參與胰島素抵抗發(fā)生的重要驅(qū)動(dòng)因素。

IL-6是主要的前炎性因子，許多研究證實(shí)IL-6與胰島素抵抗密切相關(guān)。在肝臟及脂肪細(xì)胞中，IL-6使胰島素誘導(dǎo)的絲氨酸蘇氨酸激酶 (threonine kinase，Akt)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)活化受抑;同時(shí)IL-6還抑制胰島素受體及胰島素受體底物1的表達(dá)［21-23］。在肥胖及2型糖尿病人群中觀察到IL-6水平較正常人群明顯增高，減重后血 IL-6水平明顯下降［24］。有Meta分析提示人群中2型糖尿病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)與IL-6濃度相關(guān)［25］。

TNFα來自多種細(xì)胞，巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞是其重要來源之一。目前研究發(fā)現(xiàn)TNFα與胰島素抵抗的發(fā)生相關(guān)。肌肉及脂肪組織細(xì)胞受TNFα刺激時(shí)能誘導(dǎo)胰島素受體底物 (insulin receptor substrate，IRS)-1的絲氨酸磷酸化，這種磷酸化能阻礙IRS-1正常的酪氨酸磷酸化，降低IRS-1與胰島素受體的結(jié)合能力，從而抑制胰島素下游信號(hào)通路和胰島素的作用［26］。在肥胖動(dòng)物模型中，脂肪細(xì)胞TNFα表達(dá)明顯增加，用可溶性TNFα受體中和TNFα后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胰島素抵抗有所改善。在肥胖人群脂肪組織中，TNFα水平顯著增高，減重后 TNFα表達(dá)下調(diào)［27-28］。人群研究提示，血液中TNFα水平與胰島素抵抗程度呈正相關(guān)［29］。

研究現(xiàn)狀及展望

迄今為止，此領(lǐng)域的人體試驗(yàn)研究仍十分有限。觀察性研究證實(shí)在人體脂肪組織中，巨噬細(xì)胞內(nèi)NALP3炎癥體、caspase-1及其相關(guān)IL-1β表達(dá)顯著上調(diào)，與胰島素抵抗水平直接相關(guān)［9，30］。Koenen等［13］報(bào)道經(jīng)高糖刺激的人脂肪組織中NALP3、IL-1β的表達(dá)顯著提高。Lee等［31］報(bào)道未治療的2型糖尿病患者單核細(xì)胞中NALP3的表達(dá)明顯升高，caspase-1系統(tǒng)顯著激活;血清中IL-1β和IL-18與健康人群相比顯著升高。Vandanmagsar等［9］觀察發(fā)現(xiàn)肥胖合并2型糖尿病患者減重后，脂肪組織內(nèi)NALP3炎癥體和IL-1β明顯減少，胰島素敏感性增加。歐洲和亞洲的研究提示在不同的人種中NALP3基因多態(tài)性與2型糖尿病相關(guān)炎癥因子水平及胰島素抵抗程度具有相關(guān)性［32-33］。

以干預(yù)代謝性炎癥通路、降低炎癥因子水平為目標(biāo)的抗炎治療應(yīng)用于2型糖尿病降糖治療的基礎(chǔ)與臨床研究仍處于初步階段，目前尚無以代謝性炎癥通路為治療靶點(diǎn)的2型糖尿病藥物上市。有研究提示，磺脲類降糖藥格列苯脲對(duì)NALP3炎癥體有抑制作用，能夠阻滯小鼠巨噬細(xì)胞產(chǎn)生NALP3炎癥體及下游IL-1β［34］。阻滯IL-1β信號(hào)通路的IL-1受體拮抗劑 (anakinra)［16-17］、IL-1β單克隆抗體 (gevokizumab、canakizumab和LY2189102)［18-20］在臨床試驗(yàn)中均顯示出良好的降糖效果，使我們對(duì)以NALP3為新靶點(diǎn)開發(fā)新的降糖藥物充滿信心及期待。

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