李雪蓮，李智洋，李賓公，賴性君

(1. 南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科，江西 南昌 330006；2. 南京醫(yī)科大學(xué)，江蘇 南京 211166)

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)作為糖尿病患者死亡的主要原因之一，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。DCM的主要病理特點(diǎn)是心肌結(jié)構(gòu)和功能的障礙，包括心肌細(xì)胞凋亡、心肌纖維化、左室功能障礙和代謝紊亂等。有研究發(fā)現(xiàn)[1]，心肌中的炎癥反應(yīng)可能在促進(jìn)DCM發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用，特別是在心肌細(xì)胞中大量表達(dá)的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)被發(fā)現(xiàn)與心肌細(xì)胞的死亡有密切的聯(lián)系。在病理因素的刺激下，多種途徑和通路激活心肌細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的活化，進(jìn)而激活下游炎癥因子，爆發(fā)級(jí)聯(lián)式炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷。因此，了解NLRP3炎癥小體的活化過程至關(guān)重要，一方面，對DCM的發(fā)病機(jī)制可有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；另一方面，可為藥物治療DCM提供靶點(diǎn)。本文收集近年來國內(nèi)外文獻(xiàn)研究進(jìn)展，對NLRP3的活化機(jī)制，以及其與DCM發(fā)病之間的聯(lián)系進(jìn)行闡述。

1 NLRP3炎癥體的構(gòu)成

炎癥體在機(jī)體的固有免疫反應(yīng)中扮演重要角色，是由胞質(zhì)內(nèi)模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors，PRRs)參與構(gòu)成的多蛋白復(fù)合物[2]。在細(xì)胞受到外界信號(hào)刺激時(shí)，位于胞質(zhì)的炎癥體PRRs識(shí)別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)或損傷相關(guān)分子模式(danger-associated molecular patterns，DAMPs)，然后發(fā)生結(jié)合，從而激活下游的級(jí)聯(lián)信號(hào)。NLRP3炎性體的組成包括凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)、NLRP3及caspase-1前體3部分[3]。在外界信號(hào)刺激下，NLRP3蛋白通過其N端的熱蛋白結(jié)構(gòu)域，與接頭蛋白ASC的熱蛋白結(jié)構(gòu)域結(jié)合，募集pro-caspase-1，從而激活caspase-1。激活后的caspase-1介導(dǎo)白細(xì)胞介素-1β前體(pro-IL-1β)和白介素細(xì)胞18前體(pro-IL-18)切割活化成IL-1β和IL-18，釋放到細(xì)胞外，促使組織細(xì)胞的炎癥壞死(pyroptosis)[4-5]。

2 炎癥小體的活化與調(diào)控

NLRP3的激活可以由多種微生物產(chǎn)物，如二氧化硅、尿酸鹽、病原體、細(xì)胞中的ATP、β淀粉樣蛋白等引發(fā)。目前，對于NLRP3炎癥小體的活化途徑雖然存在爭議，大多數(shù)認(rèn)為有3種機(jī)制。第一種機(jī)制：細(xì)胞接受刺激使得相應(yīng)離子通道開放，促進(jìn)鉀離子外流，介導(dǎo)NLRP3炎癥小體活化。第二種機(jī)制：胞外的大顆粒物質(zhì)被攝入胞內(nèi)，加重溶酶體負(fù)擔(dān)，使其破裂，大量破裂的溶酶體內(nèi)容物釋放出來，直接刺激炎癥體的活化。第三種機(jī)制：PAMPs或DAMPs的侵入，促進(jìn)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生增多，并通過相應(yīng)的通路促進(jìn)炎癥小體的聚集及激活[6]。借由以上3種途徑，使游離的NLRP3變成具有生物學(xué)活性的物質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其生物學(xué)活性。除上述途徑外，人體內(nèi)還存在多種抑制NLRP3炎癥體過度活化的機(jī)制，如生理狀態(tài)下的自我調(diào)控，凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2、COP蛋白、POP蛋白對炎癥小體活化的負(fù)性調(diào)控。還有研究發(fā)現(xiàn)，自噬在多個(gè)環(huán)節(jié)參與調(diào)控炎癥小體的活化過程。

3 DCM的發(fā)病機(jī)制

DCM的發(fā)病機(jī)制尚未闡明，但研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡、線粒體損傷、鈣離子調(diào)節(jié)失衡、心臟自主神經(jīng)病變及微小RNA(microRNA，miRNA)改變等，均可能參與DCM的發(fā)生、發(fā)展[1,7]。近年來有大量研究證實(shí)，心肌持續(xù)慢性炎癥狀態(tài)可能與心肌肥大、纖維化以及心功能不全有關(guān)[8]，促進(jìn)DCM的發(fā)生、發(fā)展。其中，對NLRP3炎癥小體的研究獲得了進(jìn)展。研究證實(shí)，NLRP3炎性小體在抑郁癥、動(dòng)脈粥樣硬化、心肌缺血/再灌注等多種疾病發(fā)病中扮演重要角色[9]。Zhang等[10]發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥體抑制小鼠心肌成纖維細(xì)胞cAMP的表達(dá)，從而減弱心肌收縮力。而且炎癥反應(yīng)通過激活NLRP3-ASC-caspase-1軸，誘導(dǎo)和分泌炎癥細(xì)胞因子IL-1β和IL-18等，推動(dòng)了DCM的病程。NLRP3炎癥體活化在生理情況下具有感知代謝紊亂、啟動(dòng)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)程序的積極作用。如募集吞噬細(xì)胞、清除病原體；促胰腺β細(xì)胞增生、促進(jìn)胰島素分泌釋放，使得血糖水平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；維持三酰甘油等脂質(zhì)代謝平衡；促進(jìn)腸道微生態(tài)達(dá)到穩(wěn)定，以及誘導(dǎo)Th2細(xì)胞分化等。當(dāng)外界信號(hào)持續(xù)刺激細(xì)胞時(shí)，誘發(fā)一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，使NLRP3炎癥小體大量活化，從而引發(fā)過度炎癥反應(yīng)。研究證實(shí)，高血糖能作為刺激信號(hào)，有效地誘導(dǎo)NLRP3的裝配及活化[11]，在DCM的高糖損傷及炎癥損傷中起重要作用[9]。除此之外，在糖尿病模型中，飽和脂肪酸、修飾的低密度脂蛋白、神經(jīng)酰胺等，都可以促進(jìn)NLRP3的活化，導(dǎo)致更嚴(yán)重的器官損傷和并發(fā)癥[12]。無論是在心肌細(xì)胞中，還是在浸潤的炎癥細(xì)胞中，NLRP3均參與了心肌病的發(fā)生和發(fā)展。在II型糖尿病模型鼠的心肌細(xì)胞中，可觀察到NLRP3炎癥小體被激活[1]，心肌纖維排列紊亂和心功能下降。在DCM大鼠心肌中可見NLRP3、caspase-1明顯表達(dá)，當(dāng)敲除大鼠NLRP3或應(yīng)用caspase-1抑制劑時(shí)，大鼠心肌纖維化減少，心功能明顯改善[13]。一磷酸腺苷活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是調(diào)控生物能量恒定的重要傳感分子，被認(rèn)為是糖尿病及其心臟并發(fā)癥的重要靶點(diǎn)。AMPK激活后，通過激活上游激酶LKB1、CaMKKβ、Tak1等，實(shí)現(xiàn)降低高血糖和高血脂、減輕氧化應(yīng)激水平和炎癥反應(yīng)、抑制蛋白質(zhì)合成等目標(biāo)，從而阻止DCM的病程進(jìn)展。AMPK能夠調(diào)控線粒體代謝，減少氧化應(yīng)激水平，還能減少NF-κB的活化，以控制NLRP3炎癥小體活化介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[14]。在DCM大鼠心臟組織和心肌細(xì)胞可以觀察到肌纖維走形紊亂，有溶解現(xiàn)象，有腫脹和空泡化的線粒體等細(xì)胞焦亡(pyroptosis)現(xiàn)象[13]。細(xì)胞焦亡是近年來廣受關(guān)注的細(xì)胞程序性死亡方式。細(xì)胞焦亡的發(fā)生機(jī)制與研究較多的細(xì)胞凋亡等形式不同，其特征是由NLRP3炎性體活化引起的caspase-1依賴性的細(xì)胞炎性死亡，表現(xiàn)為胞膜破裂，炎癥物質(zhì)及胞外物質(zhì)從孔隙釋放到細(xì)胞間質(zhì)，導(dǎo)致細(xì)胞器及細(xì)胞質(zhì)開始腫脹，直到細(xì)胞破裂死亡，隨著細(xì)胞死亡，內(nèi)容物釋放到胞外，引起胞外炎癥因子的大量激活，激發(fā)更加嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)，造成嚴(yán)重的組織損傷。細(xì)胞焦亡現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了NLRP3炎癥小體對DCM的發(fā)病起了重要推動(dòng)作用。

4 NLRP3參與DCM的發(fā)病機(jī)制

4.1 線粒體-ROS-NLRP3炎性小體線粒體是糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝中心，為心肌細(xì)胞提供能量，線粒體功能障礙在糖尿病病理過程中起重要作用。線粒體的融合紊亂和分裂、能量代謝異常、ROS產(chǎn)生增加、心磷脂變化以及鈣紊亂等都促進(jìn)了DCM的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體功能障礙與NLRP3炎癥體激活密切相關(guān)，正常生理情況下，ROS在線粒體內(nèi)生成較少；高糖等外界刺激使ROS急劇增加，機(jī)體抗氧化的能力相對不足，引起大量ROS的集聚，受損線粒體釋放出的線粒體DNA(mtDNA)和線粒體ROS(mtROS)，二者作為DAMP信號(hào)分子刺激NLRP3的活化[15]。高糖作用下的心肌細(xì)胞線粒體ROS釋放增多，NLRP3炎性體活化，用Mito-TEMPO或N-乙酰半胱氨酸抑制線粒體ROS釋放后，使得心肌細(xì)胞NLRP3活化、IL-1β釋放受到抑制[16]。上述研究結(jié)果證實(shí)高糖刺激損傷線粒體，產(chǎn)生大量ROS是DCM中NLRP3炎癥小體活化的重要信號(hào)。

4.2 硫氧還原蛋白結(jié)合蛋白(thioredoxin-interacting protein, TXNIP)-NLRP3炎性小體未接受刺激時(shí)，TXNIP與氧化還原酶硫氧還蛋白(thioredoxin，TRX)結(jié)合，活性受到抑制；細(xì)胞受到外界信號(hào)刺激，線粒體ROS釋放增加時(shí),該復(fù)合物解離, TXNIP與NLRP3(主要是LRRs結(jié)構(gòu)域)結(jié)合，進(jìn)而激活NLRP3炎性體，最終導(dǎo)致細(xì)胞因子的分泌增加[17]。有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病鼠心臟組織中TXNIP、NLRP3炎性小體及IL-1β蛋白的表達(dá)較正常鼠升高[6]。沉默糖尿病大鼠心肌細(xì)胞TXNIP的表達(dá)，可以抑制NLRP3的活化，緩解高糖導(dǎo)致的細(xì)胞損傷[18]。在DCM進(jìn)程中，TXNIP可能作為高糖刺激與NLRP3炎性體活化之間的連接信號(hào)。

4.3 ROS-NF-κB-NLRP3炎性小體通路NF-κB是炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因子。NF-κB誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子，如TNF-α、IL-6、pro-IL-1β和pro-IL-18在心臟組織的表達(dá)。心肌細(xì)胞在高糖刺激下可以誘導(dǎo)NF-κB的活化。在相應(yīng)刺激下，釋放的ROS能誘使NF-κB發(fā)生磷酸化，進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)的磷酸化NF-κB能調(diào)節(jié)NLRP3的編碼基因，使NLRP3 mRNA表達(dá)增加。而且磷酸化的NF-κB還可以調(diào)控NLRP3的轉(zhuǎn)錄后水平，增加其蛋白的表達(dá)，為NLRP3炎性小體活化提供物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，在DCM模型中，NF-κB磷酸化水平上升，NLRP3炎癥小體大量活化。而在使用ROS抑制劑N-乙酰半胱氨酸后，NF-κB磷酸化水平明顯下降，NLRP3的mRNA、蛋白水平表達(dá)相應(yīng)降低，NLRP3炎癥小體活性也降低[13]。并且給予糖尿病大鼠腹腔注射NF-κB抑制劑，可以直接下調(diào)NLRP3炎性小體的表達(dá)及活化[19]，緩解2型糖尿病引起的心臟炎癥、纖維化，并改善心臟功能。

4.4 自噬NLRP3炎性小體通路自噬是真核生物清除損傷蛋白質(zhì)、細(xì)胞器或胞內(nèi)病原體，來維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器再利用的降解過程。自噬分為非選擇性的巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬等。有研究證實(shí)，LC3或Beclin-1敲除鼠的骨髓巨噬細(xì)胞內(nèi)mtROS增多，NLRP3炎癥小體大量活化、caspase-1、IL-1β表達(dá)增加[20]。使用PI3K抑制劑3-甲基腺嘌呤(3MA)抑制自噬，可增加mtROS的產(chǎn)生，并激活NLRP3-caspase-1-IL-1β軸[21]。以上結(jié)果表明，自噬通過抑制細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生，從而負(fù)性調(diào)節(jié)炎癥小體激活。線粒體自噬是細(xì)胞自噬的一種持殊形式，它主要通過自噬小體來清除功能異常的線粒體來發(fā)揮作用。心肌細(xì)胞富含線粒體，線粒體是細(xì)胞ROS的主要來源。高糖刺激下導(dǎo)致線粒體受損，當(dāng)細(xì)胞自噬水平正常時(shí)，受損的線粒體能被及時(shí)吞噬，不引起接下來的一系列炎癥激活反應(yīng)，防止心肌損傷。但是有研究發(fā)現(xiàn)，Ⅰ型糖尿病小鼠的心臟自噬水平受到抑制[22]，受損線粒體不能及時(shí)清除，從而釋放大量的ROS，促使NLRP3炎癥小體裝配和活化，加之活化的炎性體缺乏自噬體的吞噬，大量活化的NLRP3炎性體激活下游炎癥反應(yīng)，加劇了心肌損傷。

5 NLRP3炎癥小體的藥物調(diào)控

如上所述，NLRP3炎癥小體過度激活誘發(fā)的炎癥反應(yīng)參與了DCM的發(fā)生、發(fā)展，可能成為DCM新的藥物治療靶點(diǎn)。瑞舒伐他汀被證實(shí)在DCM模型中，通過抑制TXNIP，減少NLRP3 mRNA的表達(dá)，抑制了NLRP3炎性體活化[13]。絞股藍(lán)總皂苷在高糖環(huán)境下，可以抑制H9c2細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素C的釋放，改善線粒體損傷，從而抑制NLRP3炎癥小體活化，改善心肌損傷[16]。丹酪酸B能提高線粒體自噬蛋白SIRT1、Parkin，促進(jìn)H9c2細(xì)胞線粒體自噬水平，受損線粒體得以吞噬，ROS含量下降，NLRP3活化減少[23]。由于AMPK在控制新陳代謝中的重要作用，被認(rèn)為是DCM的治療靶點(diǎn)，如AMPK激活劑二甲雙胍除了作為經(jīng)典降糖藥，控制血糖、改善胰島素敏感性，二甲雙胍還能激活A(yù)MPK和下游的過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptors α，PPARα)，減少細(xì)胞氧化應(yīng)激水平，降低ROS釋放，減少NLRP3炎癥體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[14,24]，減少心肌細(xì)胞凋亡，改善心室重構(gòu)及心功能不全。AMPK激動(dòng)劑的研究可能為治療DCM帶來新的方向。此外，植物提取的多酚白藜蘆醇一方面通過抗糖尿病和抗氧化作用，改善糖尿病小鼠的心臟舒張功能障礙，另一方面誘導(dǎo)自噬、抑制線粒體損傷，減少炎性體活化。目前的研究普遍認(rèn)為，胞內(nèi)K+的水平與炎癥小體的激活密切相關(guān)，細(xì)胞受損，K+外流導(dǎo)致NLRP3的裝配活化，而胞內(nèi)β羥基丁酸乙酯可以抑制K+外流，抑制NLRP3炎癥小體活化。未來需要更多的研究，發(fā)現(xiàn)抑制K+外流藥物，從而從源頭上減少炎癥激活問題。H3松弛素是松弛素肽家族的一員，在體外和各種心臟纖維化模型中都具有抗炎和抗纖維化作用。研究發(fā)現(xiàn)，H3松弛素除了能減少糖尿病鼠心肌細(xì)胞凋亡和纖維化程度以外，還能直接抑制NLRP3炎癥體的活化，從而抑制心肌細(xì)胞損傷[25]。值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)一些miRNA的改變與DCM的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如通過對microRNA-223等miRNA的調(diào)控，能夠下調(diào)NLRP3炎性小體活化、caspase-1的表達(dá)，從而抑制細(xì)胞凋亡。miRNA數(shù)量眾多，作用機(jī)制未被闡明，未來需要在闡明其分子機(jī)制的基礎(chǔ)上，開發(fā)出能夠靶向于miRNA的高選擇性、高特異性藥物應(yīng)用于DCM。

6 總結(jié)與展望

由于DCM患者的高死亡率，研究其發(fā)病機(jī)制并開發(fā)靶向藥物對預(yù)防和延緩疾病的發(fā)展具有重要的意義。炎癥小體NLRP3參與了DCM炎癥反應(yīng)，同時(shí)NLRP3的活化可能對心肌損傷有重要影響，NLRP3在DCM的病理生理中扮演了重要角色。盡管對其的研究取得了成果，仍有許多問題亟待解決,NLRP3蛋白激活中的大量未知機(jī)制，炎性小體與其他信號(hào)通路的交聯(lián)反應(yīng)，在DCM領(lǐng)域仍是有限的。未來需要加深對機(jī)制的透徹研究，早日發(fā)現(xiàn)針對DCM的靶向藥物。