NLRP3炎性小体与糖尿病心肌病的研究进展.pdf

国际医药卫生导报 2023 年8 月第 29 卷第 16 期IMHGN,August 2023,Vol.29,No.16NLRP3炎性小体与糖尿病心肌病的研究进展张翠 刘振 刘婧扬 石新烨 刘志强 孙经武滨州医学院附属医院心内科，滨州256603通信作者：孙经武，Email：【摘要】糖尿病心肌病（DCM）是由糖尿病导致的特异性心脏病，独立于其他心血管疾病。关于DCM的发病机制尚不十分明确，研究发现，炎症在DCM的发生、发展过程中起到了重要作用。随着NLRs家族的发现，NLRP3炎性小体与DCM的研究越来越多。大量证据表明NLRP3能够介导促炎因子的释放和细胞焦亡，参与DCM的病理生理过程。本文就NLRP3炎性小体的基本知识、NLRP3与DCM的关系以及DCM中靶向NLRP3的治疗药物进行系统综述。【关键词】糖尿病心肌病；炎症；NLRP3炎性小体；发病机制；治疗；进展NLRP3 inflammasome and diabetic cardiomyopathy Zhang Cui,Liu Zhen,Liu Jingyang,Shi Xinye,Liu Zhiqiang,Sun JingwuDepartment of Cardiology,Binzhou Medical University Hospital,Binzhou 256603,ChinaCorresponding author:Sun Jingwu,Email:【Abstract】Diabetic cardiomyopathy(DCM)is a specific heart disease caused by diabetes,and is independent from other cardiovascular diseases.The pathogenesis of DCM is not very clear.Studies have found that inflammation plays an important role in the occurrence and development of DCM.With the discovery of NLRs family,more and more studies have been conducted on NLRP3 inflammasome and DCM.A large amount of evidence suggests that NLRP3 is involved in the pathophysiological process of DCM by mediating the release of pro-inflammatory factors and pyrodeath of cells.In this article,we systematically review the basic knowledge of NLRP3 inflammatories,the relationship between NLRP3 and DCM,and the therapeutic drugs targeting NLRP3 in DCM.【Key words】Diabetic cardiomyopathy;Inflammation;NLRP3 inflammasome;Pathogenesis;Treatment;Progress糖尿病患病率呈逐年上升趋势，其相关并发症可累及全身多处器官，严重危害着人类的生命健康，加剧全球疾病负担。糖尿病是心血管疾病的独立危险因素，并发症主要以大血管（如心血管疾病）和微血管病变（如影响肾脏、视网膜和神经系统的并发症）为主1。1972 年，Rubler 等2对4例死于心力衰竭（heart failure，HF）的糖尿病患者的心脏进行解剖时，发现了一种以心脏结构和功能异常为特征的心肌病，首次提出了糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）的概念。此后，将DCM定义为由糖尿病导致的一种特异性心肌病，与高血压或冠状动脉疾病（CAD）等其他心血管疾病无关。DCM是糖尿病的严重并发症，也是糖尿病患者死亡的主要原因，以结构和功能障碍为特征，包括心肌细胞死亡、心肌成纤维细胞激活、左心室功能障碍和代谢紊乱等，胰岛素抵抗、高脂血症和高血糖是DCM发展的3个重要独立危险因素3。由于DCM的复杂性，其发病机制在过去的研究中尚未完全阐明，但近几年发现多种因素与DCM的发病相关，包括线粒体功能障碍、内皮功能障碍、代谢紊乱、心肌炎症、钙医学新进展DOI：10.3760/cma.j.issn.1007-1245.2023.16.001收稿日期 2023-03-02 本文编辑 吴琴娟引用本文：张翠,刘振,刘婧扬,等.NLRP3炎性小体与糖尿病心肌病的研究进展J.国际医药卫生导报,2023,29(16):2221-2225.DOI:10.3760/cma.j.issn.1007-1245.2023.16.001.2221国际医药卫生导报 2023 年8 月第 29 卷第 16 期IMHGN,August 2023,Vol.29,No.16调比例失衡、RASS 系统激活和细胞外基质（ECM）重构等4。这些病理生理变化导致氧化应激、心肌纤维化、心室肥大、左心室舒张功能障碍，最终导致HF5。其中，炎症在DCM的病理生理发展过程中起到了重要作用。作为NLRs家族最具特征性的炎症小体，核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白 3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3）与多种疾病的发生和进展相关，主要包括代谢障碍、癌症、缺血性心肌病、炎症性肠病、糖尿病与肥胖，以及自身免疫性和代谢性疾病等6。而在心肌细胞中大量表达的NLRP3炎性小体，可能会成为治疗DCM的新靶点。本文就NLRP3炎性小体在DCM中的作用机制及其相关治疗作出系统的综述。NLRP3炎性小体炎性小体是一种大型多分子复合物，由胞浆模式识别受体（PRRs）参与组装形成，能够协调宿主对抗感染因子并启动防御机制，是天然免疫系统的重要组成部分7。炎症小体以其控制蛋白水解酶caspase-1活化的能力而闻名，通过ASC募集caspase-1，活化的caspase-1反过来调节白细胞介素（IL）-1和IL-18的蛋白水解成熟，产生相应的成熟炎症因子，诱导细胞焦亡8。其中，NLRP3 是近几年研究较多、最具特征性的炎性小体。1.NLRP3的结构NLRP3属于NLRs蛋白家族，是一种介导有效炎性介质激活的胞浆信号复合体，广泛存在于炎症细胞和免疫细胞中，其多蛋白复合物是由传感器分子NLRP3 核苷酸结合域富亮氨酸重复序列（NLR）和含有受体3的pyrin结构域、衔接蛋白ASC（含有半胱天冬酶募集结构域的凋亡相关斑点样蛋白）和效应蛋白procaspase-1组成9。NLRP3包含3个结构域：吡喃结构域（PYD）、核苷酸结合和寡聚结构域（NACHT）以及富亮氨酸重复序列结构域（LRRs）。ASC由C端 caspase 募 集 结 构 域（CARD）和 N 端 PYD 组 成。Pro-caspase-1 由 一 个 CARD、一 个 p20 和 一 个 p10 域 组成10。NLRP3中央的NACHT结构域具有ATP酶活性，能够促进自身寡聚，需要与ATP结合才能激活NLRP311。C端的LRR结构域可以调节NLRP3活性并感知内源性警报蛋白和微生物配体，N端的PYD结构域主要介导下游蛋白间的相互作用9，12。正常生理条件下，NLRP3的NACHT结构域与LRRs结合，使其处于自我抑制状态11，当出现病原相关分子模式（PAMLs）或损伤相关分子模式（DAMPs）时，NLRP3解除抑制状态并发生寡聚，其PYD结构域招募含有PYD的ASC衔接蛋白产生相互作用，而ASC的CARD结构域则连接下游的procaspase-1，将IL-1前体和IL-18前体转化为具有活性的IL-1和IL-18，从而引起细胞程序性死亡-细胞焦亡12。因此，NLRP3炎性小体的组成成分能够使其激活后发挥作用。2.NLRP3的激活近几年，对炎性小体的研究越来越深入，但对于炎性小体激活的确切机制尚未有明确定论。有研究发现，在大多数细胞中，NLRP3炎性小体的激活需要两个步骤：启动和激活。启动步骤：静息状态下，细胞中NLRP3的基础水平较低，不足以组装和激活NLRP3炎性小体9。因此，启动步骤需要Toll样受体（TLRs）或细胞因子受体诱导 如肿瘤坏死因子（TNF）或 IL-1，它们识别 PAMPs或 DAMPs，进而上调NLRP3和IL-1的miRNA转录水平13，并通过翻译后修饰降低NLRP3的激活阈值，从而导致caspase-1介导的炎症因子成熟与释放，以及细胞焦亡。这些翻译后修饰主要包括：BRCC3介导的NLRP3去泛素化、LUBAC介导的ASC泛素化、依赖SYK和JNK的ASC磷酸化14。激活步骤：接受启动信号后，NLRP3炎性小体会被PAMPs或DAMPs等多种因素激活。大多数的PRR具有特异性，仅能识别一种或几种PAMPs或DAMPs，然而，NLPR3能被广泛的细菌、病毒和真菌的PAMPs和内源性DAMPs激活，如：成孔毒素、晶体、聚集体（-淀粉样蛋白）、细胞外ATP、颗粒刺激物和透明质酸11。NLRP3通过 N 端 PYD 招募 ASC形成 ASC 朊蛋白样寡聚物，组装后的NLRP3炎性小体触发pro-caspase-1自动切割，介导 pro-IL-1、pro-IL-18、和 gasdermin D（GSDMD）的蛋白水解过程，导致细胞膜孔隙形成，并诱导细胞焦亡和IL-1/IL-18的释放15。NLRP3炎性小体与CAD炎性反应是DCM发生、发展过程中的关键因素，越来越多的证据表明，NLRP3对控制炎性反应和协调抗微生物宿主防御至关重要。研究发现，在2型糖尿病大鼠模型中，NLRP3炎性小体、IL-1、IL-18及TNF-等炎症因子的水平明显增加，导致糖尿病大鼠心脏功能障碍，而NLRP3基因沉默后能有效减轻DCM的炎性反应，从而改善DCM的细胞凋亡、心室功能障碍及心肌纤维化16。1.NLRP3炎性小体参与DCM细胞焦亡过程焦亡是由caspase-1/4/5/11引发的一种程序性细胞死亡的炎症形式，通常在细胞内病原体感染时发生，主要导致细胞肿胀、质膜裂解及促炎因子的释放，从而激活强烈的炎症和免疫反应。研究表明，高糖诱导的活性氧（ROS）过度生成是慢性炎症的主要原因，因此，ROS诱导的NLRP3依赖性凋亡和促炎因子的成熟可能有助于自身免疫性或代谢性疾病的发展，如DCM17。Qiu 等18研 究 发 现，在 高 糖 和 缺 氧/复 氧（hypoxia/reoxygenation，H/R）条 件 下 使 用 高 浓 度 的 脂 多 糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激H9C2心肌细胞，H9C2细胞的存活率降低，ROS 产生和细胞焦亡增加，并伴随 NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1和IL-18等炎症因子的表达增加，加重H9C2中HG和H/R诱导的心肌损伤。此外，当加入炎性 2222国际医药卫生导报 2023 年8 月第 29 卷第 16 期IMHGN,August 2023,Vol.29,No.16小体抑制剂BAY11-7082时，LPS通过下调NLRP3炎性小体减轻了HG+H/R诱导的心肌损伤。Elmadbouh等19发现，与对照组相比，链霉素诱导的 DCM 组心肌细胞中焦亡蛋白caspase-1、TLR4以及NLRP3表达水平显著增加，骨成型蛋白-7治疗组可显著降低炎症诱导的细胞焦亡，改善DCM心脏重塑。以上研究发现也在Xie等20的实验中被证实：DCM模型大鼠 Chemerin、CMKLR1、NLRP3、caspase-1 和炎症因子