朱晶惠，魏棟敏，任淑婷，楊彥玲，趙琳

脊髓損傷是脊柱損傷中最嚴重的并發(fā)癥，常導致?lián)p傷節(jié)段以下肢體嚴重的運動、感覺功能障礙以及大小便等自主神經功能障礙，傷后難以治愈，致殘率高。脊髓損傷后繼發(fā)性損傷會引發(fā)一系列復雜的炎癥級聯(lián)反應。損傷后核苷酸結合寡聚結構域樣受體蛋白3（NLRP3）炎性小體是一類免疫細胞激活后介導胱天蛋白酶1（caspase-1）活化的蛋白質復合物［1］，NLRP3 炎性小體活化可促進炎性細胞因子風暴形成，產生嚴重的炎癥級聯(lián)反應，加重機體損害程度。靶向抑制脊髓損傷后NLRP3炎性小體激活，減輕脊髓損傷后機體的炎癥反應、減少并發(fā)癥，是臨床治療脊髓損傷的有效方法。本文闡述了NLRP3炎性小體的結構和激活途徑，就脊髓損傷后靶向抑制NLRP3炎性小體激活的研究進展進行綜述。

1 NLRP3炎性小體的結構

NLRP3 是一類胞漿內模式識別受體（pattern-recognition receptors，PRRs）組成的蛋白質復合物，由NOD 樣受體蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a card domain，ASC）銜接蛋白及pro-caspase-1 效應蛋白3部分組成［2］。NLRP3炎性小體C端富含亮氨酸重復序列結構域（leucine-rich repeats，LRR）；中間有核苷酸結合寡聚化結構域（nucleotide-binding oligomerization domain，NOD），又稱NACHT 結構域；N 端是吡啶域（pyrin domain，PYD）和半胱天冬蛋白酶募集域（caspase recruitment domain，CARD）。ASC 銜接蛋白同時具有1 個CARD 結構域和1 個PYD結構域。pro-caspase-1效應蛋白只含有1個CARD結構域。在機體損傷時，PRRs 能快速識別損傷相關分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）和病原相關分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs），受體蛋白可被激活，通過PYD 介導下游信號，利用ASC 和procaspase-1 的CARD 域相互作用，形成NLRP3 炎性小體復合物［3］。

2 NLRP3炎性小體的激活

NLRP3炎性小體的激活需要2條信號通路的參與。第1條是啟動信號通路：細胞膜表面Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）能夠識別危險信號分子DAMPs和PAMPs，進而激活核因子（NF）-κB信號通路［4］，在炎性小體前體轉錄水平增加其表達量。第2條是激活信號通路：NLRP3炎性小體充當感受器感受機體損傷釋放的DAMPs 和病原體釋放的PAMPs 的刺激，但是NLRP3 并非直接與所有激活劑相互作用，而是接受這些激活劑所產生的細胞內信號［5］。其激活的信號通路途徑見圖1?，F(xiàn)階段研究證明，NLRP3 激活的細胞內信號主要包括活性氧（ROS）生成、線粒體功能障礙、離子流失穩(wěn)及溶酶體損傷破裂［6］。

Fig.1 Signaling pathways activated by NLRP3 inflammasome圖1 NLRP3炎性小體激活的信號通路

3 靶向抑制NLRP3炎性小體對脊髓損傷的作用

脊髓損傷后NLRP3炎性小體上調參與炎癥反應，白細胞介素（IL）-18、IL-1β 等炎性因子表達量增加，并介導了細胞焦亡［7］。而這些促炎因子與焦亡后釋放的內容物均可以作為促炎信號引發(fā)更大的炎癥級聯(lián)反應，產生有害物質，不利于機體恢復。

季英楠等［8］進行了大鼠脊髓損傷后NLRP3 炎性小體表達對運動功能影響的研究，用白細胞三烯受體抑制劑減少NLRP3的表達，發(fā)現(xiàn)實驗組大鼠在組織學和行為學上較對照組損傷明顯減輕。Li 等［9］也證實抑制NLRP3 活化可以減輕微環(huán)境炎癥反應，促進小膠質細胞向M2表型極化，改善小鼠脊髓損傷后運動功能恢復。因此靶向抑制NLRP3 的激活可以減輕脊髓損傷后的炎癥級聯(lián)反應，減少神經細胞損傷，促進機體損傷后感覺與運動功能的恢復。

3.1 靶向NLRP3啟動信號通路的調控

NF-κB是免疫系統(tǒng)的關鍵調節(jié)因子,許多促炎細胞因子和免疫調節(jié)介質的啟動子區(qū)域均有其結合位點，因而NF-κB信號通路是啟動NLRP3 炎性小體活化最主要的通路。Zhao等［10］研究表明芍藥醇可通過抑制Toll 樣受體/髓樣分化因子88/核因子-κB（Toll-like receptor 4/myeloid differentiation factor 88/nuclear factor-κB，TLR4/MyD88/NF-κB）信號通路減少大鼠脊髓損傷中NLRP3炎性小體的活化和細胞焦亡。Liu等［11］研究也證實山奈酚可以抑制絲裂原活化蛋白激酶/NFκB（mitogen activated protein kinases/NF-κB，MAPKs/NF-κB）信號通路，減輕大鼠脊髓損傷后的炎癥反應。Guo等［12］研究提示腺苷酸蛋白活化激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是NF-κB和NLRP3炎性小體信號通路的上游調節(jié)因子，該因子的活化可抑制NF-κB/NLRP3 信號通路的激活。紫雛菊苷［13］、雷公藤紅素［14］和長托寧［15］等中藥提取物均可以通過對NF-κB 信號通路的抑制，減少NLRP3 炎性小體的表達以及促炎因子前體的轉錄與成熟，進而抑制NLRP3組裝和激活，減輕炎癥反應，促進脊髓損傷大鼠運動功能的改善。然而NF-κB信號通路激活具有免疫耐受現(xiàn)象，其信號通路的負向調節(jié)因子功能喪失或調控關鍵效應的基因突變增強均可加重脊髓損傷后的炎癥效應。因此，研發(fā)針對NF-κB信號通路的抑制劑至關重要。

3.2 靶向NLRP3激活信號通路的調控

3.2.1 ROS生成和線粒體功能障礙

ROS 主要來源于線粒體釋放的線粒體活性氧（mitochondrial reactive oxygen species，mtROS），此外，損傷后大量腺苷三磷酸（ATP）的釋放也可以誘導ROS生成，從而激活NLRP3 炎性小體［16］?；A研究中雖已明確ROS 是激活NLRP3 炎性小體的因素之一，但其介導的激活機制并不明了。Qayyum 等［17］研究表明，mtROS 介導的NLRP3 炎性小體激活可能是由硫氧還蛋白（thioredoxin，TRX）和硫氧還蛋白互作蛋白（thioredoxin-interacting protein，TXNIP）的結合作用下誘導的，在正常情況下TPX 與TXNIP 緊密結合，而損傷后ROS的高表達導致TRX與TXNIP解離，隨后解離的TXNIP與NLRP3 炎性小體結合并被激活。線粒體損傷釋放mtROS 的同時，也釋放線粒體DNA到細胞基質中，氧化的線粒體DNA可與黑色素瘤缺乏因子2 相互作用并激活NLRP3 炎性小體［16］。

因此，抑制ROS 生成或維護線粒體穩(wěn)態(tài)減少其損傷，可減少NLRP3 炎性小體的激活。如N-乙酰-L-半胱氨酸以及白藜蘆醇［18］、阿魏酸鈉［19］、木犀草素［20］等具有抗氧化的藥物均可在脊髓損傷中抑制ROS 生成，減少NLRP3 炎性小體激活，從而減輕炎癥級聯(lián)反應。Lin 等［21］采用小鼠小膠質細胞制備了NLRP3 炎性小體的激活模型，再用亞甲藍抑制ROS后，NLRP3 炎性小體的表達量顯著降低，提示ROS 是NLRP3的上游信號通路。使用ROS 特異性抑制劑或可從源頭減輕NLRP3介導的炎癥反應。然而Mohamed等［22］研究發(fā)現(xiàn)，即便是在TXNIP缺陷的情況下，IL-1β的成熟與caspase-1的活化并未被完全抑制，這表明可能存在其他激活機制。

3.2.2 離子流失穩(wěn)

離子流失穩(wěn)包括K+外流、Ca2+動員和Na+內流，這些生物事件已被確定與NLRP3 炎性小體激活有關。P2X7 受體（P2X7 receptor，P2X7R）是嘌呤能離子型P2X 受體家族的成員之一，是非選擇性ATP門控陽離子通道受體。機體損傷后細胞釋放ATP 與P2X7 相互作用，離子通道被打開［23］。K+外流導致細胞內K+濃度降低，誘導NIMA 相關激酶7 與NLRP3的LRR 結構域作用，觸發(fā)NLRP3 炎性小體組裝激活［24］。離子通道打開后細胞外的Ca2+內流，內質網應激通過三磷酸肌醇受體和斯里蘭卡肉桂堿受體通道將Ca2+釋放到細胞質中［25］。另一方面，溶酶體破裂導致細胞器膜破裂，細胞器中的Ca2+釋放也是細胞質中Ca2+增多的一個重要途徑［26］。細胞質中高濃度的Ca2+促使ASC 寡聚和pro-caspase-1 組裝以激活NLRP3炎性小體，其激活機制可能是Ca2+通過瞬時感受器電位M2 通道滲透作為ROS 內源性傳感器而激活NLRP3 炎性小體［25］。Na+內流激活NLRP3炎性小體具有K+依賴性，其機制可能是單鈉尿酸鹽晶體刺激增加了Na+負荷和細胞腫脹，然后通過水內流被動平衡細胞，使K+降低到閾值以下，導致NLRP3炎癥小體激活。

Kong 等［27］研究證實酮代謝物β-羥基丁酸（βhydroxybutyric acid，BHB）可以通過抑制NLRP3 炎性小體改善大鼠脊髓損傷后的炎癥反應，BHB是直接通過阻滯K+外流和ASC 寡聚來減少NLRP3 炎性小體的激活。尼莫地平是一種典型的Ca2+通道阻滯劑，具有擴張脊髓血管的作用，可減少Ca2+內流，減輕炎癥程度，減少細胞焦亡［28］。TWIK相關的K+通道1（TWIK-Related K+Channel 1，TREK-1）是雙孔鉀離子通道成員之一，該通道開放可以介導細胞超極化，抑制Ca2+通道激活、減少Ca2+內流。Fang 等［29］研究證實缺乏TREK-1 會使局部炎癥擴大，而TREK-1激動劑花生四烯酸和亞麻酸可以抑制炎癥反應，改善脊髓損傷小鼠運動功能。木犀草素同樣也具有阻滯Ca2+內流、抑制NLRP3小體激活的作用［30］。利魯唑是一種用于治療肌萎縮側索硬化癥的鈉離子阻滯劑。Wu 等［31］研究證實利魯唑可以促進小膠質細胞向M2 表型極化，減少炎癥反應，抑制NLRP3 炎性小體的激活。離子流在NLRP3 的激活機制中具有重要作用，深入了解離子通量與NLRP3 炎性小體之間的分子聯(lián)系為研究脊髓損傷后靶向抑制NLRP3激活提供了新思路。

3.2.3 溶酶體破裂

Abuammar 等［26］研究發(fā)現(xiàn)一些晶體顆粒物，如膽固醇晶體、鈣晶體、二氧化硅晶體等可通過吞噬作用誘導溶酶體腫脹破裂，致使NLRP3炎性小體被激活。其機制可能是溶酶體破裂釋放的組織蛋白酶B（Cathepsin B，CTSB）可作為DAMPs被PRRs 識別，進而引發(fā)NLRP3炎性小體的組裝激活［32］。脊髓損傷后，胞質磷脂酶A2（cytoplasmic phospholipaseA2，cPLA2）被激活，導致溶酶體膜破裂釋放CTSB，參與NLRP3炎性小體的激活。Li 等［33］采用cPLA2 的抑制劑花生四烯酰三氟甲基酮抑制cPLA2 激活，減少溶酶體損傷破裂，恢復自噬通量，抑制炎癥反應，進而減少大鼠脊髓損傷后神經元細胞損傷。CA-074-Me 是一種有效的CTSB 抑制劑，可抑制caspase-1 活化，減少NLRP3 炎性小體的活化［34］。也有研究證明阿魏酸鈉可以調節(jié)溶酶體功能，減少NLRP3炎性小體激活，改善大鼠脊髓損傷后的運動功能［19］。因此，減少CTSB的釋放進而抑制NLRP3 炎性小體激活可成為治療脊髓損傷的重要靶點。

3.3 其他

OLT1177是一類活性β-磺酰腈化合物，可直接靶向抑制NLRP3 炎性小體NOD 上的ATP 酶結合位點，抑制NLRP3 炎性小體活化［35］。過表達miR-423-5p［36］和miR-451［37］可直接在轉錄水平抑制NLRP3 mRNA的表達水平，減輕大鼠脊髓損傷后的炎癥反應。MCC950 是一種針對NLRP3 炎性小體成分蛋白的特異性抑制劑，在脊髓損傷模型中MCC950可以有效阻斷NLRP3誘導的ASC寡聚來抑制NLRP3炎性小體的激活，但它不能通過直接阻斷NLRP3 寡聚或NLRP3-ASC 相互作用來阻止炎癥小體的形成［38］。Jiang等［39］對脊髓損傷小鼠的研究表明，BAY 11-7082 和A438079 也可直接靶向抑制NLRP3炎性小體激活，改善炎癥，減輕脊髓損傷。

4 小結

隨著對NLRP3炎性小體激活機制研究的深入，在脊髓損傷中靶向抑制NLRP3 激活機制的研究也越來越多。一些基礎和臨床研究均證實NLRP3 在脊髓損傷后繼發(fā)性炎癥級聯(lián)反應中至關重要。因而，以抑制NLRP3炎性小體為靶點或許可成為治療脊髓損傷的新方法。雖然一些藥物可以抑制NLRP3 的激活，或可通過阻斷其信號通路減少轉錄表達，改善炎癥，促進脊髓損傷后感覺與運動功能的恢復，但尚需更多的研究來驗證。脊髓損傷中，NLRP3炎性小體的未知激活機制及信號通路之間的交聯(lián)反應、NLRP3炎性小體及相關分子如何介導炎癥級聯(lián)反應、如何實現(xiàn)臨床治療的轉化，依然需要更深入的探索。