NOD样受体热蛋白结构域相...经系统疾病中作用的研究进展_马瑜徽.pdf

2023 年 2 月国际神经病学神经外科学杂志Vol.50 No.1第 50 卷 第 1 期Journal of International Neurology and NeurosurgeryFeb.2023NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎性小体在常见中枢神经系统疾病中作用的研究进展马瑜徽1，李宸1，肖培伦2，王晓莉11.潍坊医学院医学影像学院，山东 潍坊 2610532.潍坊医学院基础医学院，山东 潍坊 261053摘要：NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎性小体是一种多蛋白复合物，可导致有活性的胱天蛋白酶1（caspase-1）的形成，以及白细胞介素（IL）-1、IL-18等炎症因子的成熟和释放。研究表明，NLRP3炎性小体在多种中枢神经系统（CNS）疾病的发病机制中扮演着重要角色。该文围绕NLRP3炎性小体的结构特征、表达分布、激活及作用机制进行综述，并阐述其在常见CNS疾病中发挥的作用，以期为CNS疾病的防治提供新的研究思路。国际神经病学神经外科学杂志,2023,50(1):8186关键词：神经系统疾病；NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3；NLRP3炎性小体；小胶质细胞；神经炎症中图分类号：R741 DOI:10.16636/ki.jinn.1673-2642.2023.01.016Research advances in the role of nucleotidebinding oligomerization domainlike receptor protein 3 inflammasome in common central nervous system diseasesMA Yuhui1，LI Chen1，XIAO Peilun2，WANG Xiaoli11.School of Medical Imaging，Weifang Medical University，Weifang，Shandong 261053，China2.School of Basic Medicine，Weifang Medical University，Weifang，Shandong 261053，ChinaCorresponding author：WANG Xiaoli，Email：Abstract：Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3（NLRP3）inflammasome is a multiprotein complex that can lead to the formation of activate caspase-1 and the maturation and release of the inflammatory mediators such as interleukin-1 and interleukin-18.Studies have shown that NLRP3 inflammasome plays a crucial role in the patho-genesis of various central nervous system（CNS）diseases.This article reviews the structural features，expression distribu-tion，activation，and mechanism of action of NLRP3 inflammasome and elaborates on its role in common CNS diseases，so as to provide new ideas for the prevention and treatment of CNS diseases.Journal of International Neurology and Neurosurgery,2023,50(1):81-86Keywords：nervous system disease；nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3；nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3 inflammasome；microglial cell；neuroinflammation中枢神经系统（central nervous system，CNS）疾病已成为全球范围内致残、致死的重要原因，其发病受遗传、自身免疫失衡及外源性感染等复杂因素的影响1。炎性小体于2002年首次提出，是一种分布在细胞质中的寡聚多蛋白复合物2，可通过模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）识别内源和外源的危险信号3，在CNS的 综述 基金项目：国家自然科学基金（82071888）；山东省自然科学基金（ZR2021MH351、ZR2020MH074）；山东省中医药科技发展计划项目（2019-0417）；山东省中医药科技发展计划项目（2019-0421）。收稿日期：2022-05-12；修回日期：2022-10-19作者简介：马瑜徽（1996），女，在读硕士研究生，主要从事脑损伤疾病的基础及影像学研究，Email：。通信作者：王晓莉（1978），女，教授，博士，主要从事脑损伤疾病的基础及多模态神经影像学研究，Email：。电子、语音版81http:/2023，50（1）马瑜徽，等：NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎性小体在常见中枢神经系统疾病中作用的研究进展感染免疫和炎症反应中起着至关重要的作用，近年来已逐渐成为CNS疾病的研究热点。NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白 3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing 3，NLRP3）炎性小体是最早被发现，且研究得最广泛的炎性小体4，是探索CNS 疾病发生、发展及预后的一扇大门。本文主要就NLRP3炎性小体与常见CNS疾病的关系进行综述。1NLRP3炎性小体的概述1.1NLRP3炎性小体的结构特征NLRP3 炎性小体由 NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）及胱天蛋白酶1（caspase-1）3个部分构成5。NLRP3为炎性小体的核心蛋白，是NOD样受体家族的成员之一，主要由3个结构域组成：热蛋白结构域（pyrin domain，PYD）、caspase 募集结构域（caspase recruitment domain，CARD）及 杆 状 病 毒 抑 制 剂 重 复 结 构 域（baculovirus inhibitor of apoptosis protein repeat domain，BIR）组成的 N末端效应结构域；中央介导自身寡聚化的核苷酸结合寡聚化结构域（nucleotide-binding oligomerization domain，NOD）；富 含 亮 氨 酸 重 复 序 列（leucine-rich repeat domain，LRR）的 C端结构域6。ASC是炎性小体的接头蛋白，由 CARD 和 PYD 两个部分构成，主要介导连接功能。caspase-1是白细胞介素（interleukin，IL）-1裂解酶，是炎性小体的效应蛋白，可诱导细胞因子的成熟及分泌7。1.2NLRP3炎性小体在中枢神经系统的表达分布NLRP3炎性小体广泛表达于内皮细胞、神经元和各种免疫细胞中，如抗原呈递细胞、巨噬细胞、树突状细胞及单核细胞等8，其在中枢神经系统中已被确定为是大脑神经炎症反应的关键调控点。目前多项研究发现，CNS中NLRP3炎性小体大量表达于小胶质细胞，而对于在其他细胞表达的研究结果尚存在差异。Gustin等9研究提出，NLRP3炎性小体在小鼠脑小胶质细胞中表达和发挥功能，但在星形胶质细胞中不表达。也有学者提出不同的观点。Poh等10研究发现，炎性小体成分在神经系统中存在细胞特异性表达，小胶质细胞中有大量NLRP1、NLRP3 和 NLRC4 表达；星形胶质细胞中有 NLRP2 和NLRP3的表达。Gong等11研究发现，脑缺血再灌注损伤后，NLRP3炎性小体通路的细胞定位存在动态变化，早期NLRP3炎性小体的激活首先发生于小胶质细胞，随后在神经元和微血管内皮细胞中被激活，主要表达于神经元中。综上表明，NLRP3炎性小体在不同CNS疾病及不同疾病阶段中表达可能存在不同，这些差异值得探究。1.3NLRP3炎性小体的激活及作用机制NLRP3 炎性小体的活化可分为启动和激活两步。过去认为 NLRP3 受体可识别病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）和危险相关 分 子 模 式（damage associated molecular patterns，DAMPs）等不同刺激信号，激活先天免疫反应12。目前普遍观点认为，NLRP3炎性小体并不是通过识别上述信号直接激活的，而是通过感知内环境紊乱等启动信号后，导致激活的。第一步启动受固有免疫信号调节，通过活化核转录因子B（nuclear factor kappa B，NF-B），对NLRP3进行转录后修饰，增加NLRP3的蛋白水平，并诱导炎症因子前体如IL-1前体和IL-18前体的转录合成13。目前，NLRP3炎性小体的第二步激活机制尚不完全清楚。不同于其他仅会被一种或几种特异性激动剂激活的炎性小体，NLRP3炎性小体可识别多种不同的激活物，提示其可能不是这些物质的直接传感器，而是以间接形式被激活。已经确定的NLRP3受体激活的几种潜在刺激有：线粒体功能障碍11、溶酶体损伤14、细胞内K+外流15、细胞内Ca2+内流16和活性氧（reactive oxygen species，ROS）途径17等。Chen等18研究发现，这些激动剂在NLRP3下游具有一个共同的细胞信号：反面高尔基网（trans-Golgi network，TGN）解 体 成 一 种 特 殊 的 分 散 结 构（dispersed TGN，dTGN），dTGN 上的 NLRP3 通过形成多斑点诱导 ASC 聚合，从而激活下游信号级联通路。这一发现揭示了为何NLRP3炎性小体可对多种激动剂作出反应。激活信号介导低聚化的NLRP3通过构象变化导致自身寡聚化，其 N端与接头蛋白 ASC的 PYD 相结合，诱导ASC聚集成大分子ASC斑点19，被认为是NLRP3炎性小体激活的标志。ASC继而通过同型蛋白（CARD-CARD/PYD-PYD）相互作用，招募 pro-caspase-1 形成活性二聚体，即NLRP3炎性小体6。NLRP3炎性小体的组装可导致无活性的pro-caspase-1转化为有活性的caspase-1，激活的caspase-1是下游信号通路的关键贡献者，可切割pro-IL-1及pro-IL-18，生成活性IL-1和IL-18，发挥免疫应答作用，并导致瀑布式级联炎症反应20。IL-1是一种有效的促炎细胞因子，其能显著诱导先天免疫细胞招募到感染部位，并调节适应性免疫细胞。IL-18是一种介导适应性免疫反应的协同刺激细胞因子，与 干扰素（inter-feron-，IFN-）的形成有关20。NLRP3炎性小体的激活本质上是机体为清除损伤细胞及促进组织修复，推动炎症反应的发生；然而过度激活后产生级联放大的炎症反应会使促炎及抑炎因子失衡，炎症细胞活化及浸润，血脑屏障通透性增加，进而导致细胞水肿、凋亡及焦亡4。NLRP3 炎 性 小 体 结 构 特 征 及 其 激 活 机 制 示 意 图见图1