氧化應激反應與NLRP3炎症體的激活氧化應激是指機體遭受各種刺激時體內氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產物堆積，導致機體損傷的一種病理過程，下面是小編蒐集整理的一篇探究炎症體NLRP3發揮作用的相關調控機制的論文範文，供大家閱讀參考。
炎症體的概念最早由Martinon等[1]提出，其來源主要是模式識別受體(patternrecognitionreceptors,PRRs)中的核苷酸結合寡聚化結構域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD)樣受體(NOD-likereceptors,NLRs)在活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶1(caspase-1)過程中形成的大分子蛋白複合體，而該過程對白細胞介素(interleukin,IL)-1β等促炎因子的成熟、分泌起到重要作用。目前發現的炎症體包括NLRP1、NLRP3、細胞質DNA傳感器黑色素瘤缺乏因子(absentinmelanoma,AIM)、白細胞介素轉換酶激活因子(interleukin-1βconvertingenzymepro-tease-activatingfactor,IPAF)等，其中以NLRP3研究最爲深入。
NLRP3炎症體的組成與激活
NLRP3炎症體的組成NLRP3炎症體主要由NL-RP3蛋白、caspase-1、凋亡相關點樣蛋白(apoptosis-associatedspeck-likeproteincontainingaCARD,ASC)組成。NLRP3蛋白的主要結構爲核苷酸結合寡聚化結構域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD/NACHT)及其C-端的亮氨酸重複序列(leucinerichrepeat,LRR)和N-端的胱天蛋白酶募集結構域(caspase-activatingandrecruitmentdomain,CARD)或熱蛋白結構域(pyrindomain,PYD)[2].caspase家族主要與細胞凋亡和炎症反應相關，作爲caspase家族的一員，caspase-1主要參與炎症反應，其與促炎細胞因子IL-1β和IL-18前體的成熟、分泌密切相關，在NLRP3炎症體促炎作用中發揮核心作用。ASC主要結構包括與NLRP3蛋白連接的PYD和與caspase-1連接的CARD.作爲銜接蛋白的ASC,其磷酸化在炎症體激活過程中尤爲重要，並且酪氨酸激酶(spleentyro-sinekinase,SYK)、c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-ter-minalkinase,JNK)能上調ASC的磷酸化[3].
NLRP3炎症體的激活與Toll樣受體(Toll-likereceptor,TLR)不同，NLRP3主要在細胞內感受刺激呈遞信號[4].研究發現，多種外源性和內源性刺激物可激活NLRP3炎症體，如脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)[1]、尿酸結晶(monosodiumurate,MSU)[5]、ATP[6]、膽固醇結晶[7]、氧化低密度脂蛋白(oxidizedlow-densitylipoprotein,ox-LDL)[8]等。關於其激活過程，目前認爲可能與鉀離子流出機制[6]、活性氧(re-activeoxygenspecies,ROS)產生機制[9]和溶酶體損傷機制[10]有關。此外，NLRP3炎症體的激活還涉及TLRs和核因子κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)的相關通路[11].
NLRP3炎症體發揮作用的相關調控機制
氧化應激反應與NLRP3炎症體的激活氧化應激是指機體遭受各種刺激時體內氧化與抗氧化作用失衡，大量氧化產物堆積，導致機體損傷的一種病理過程，其中線粒體產生的ROS在氧化應激中發揮重要作用。近來研究發現，線粒體與NLRP3炎症體的激活關係密切。多數研究認爲，NLRP3炎症體激活是由線粒體與溶酶體相關作用介導的，且該過程主要與ROS的產生有關[12].如ox-LDL不僅在動脈粥樣硬化(ather-osclerosis,AS)的發病過程中起到重要作用，而且能夠刺激NLRP3炎症體的激活，該過程需依賴ROS[13-14].在高半胱氨酸存在的腎小球損傷及硬化過程中，內源性的超氧化物(O2-)、過氧化氫(H2O2)在NLRP3炎症體的形成和激活中有重要作用[15].
Zhou等[16]通過阻斷呼吸鏈上的關鍵酶ComplexI和ComplexⅢ的方法促進ROS的生成，並在人單核細胞型淋巴瘤THP1細胞培養上清液中觀察到ROS的產生與IL-1β的生成相關，而在敲除NLRP3或caspase-1基因的THP1細胞中應用呼吸鏈酶抑制劑後並未觀測到IL-1β的分泌。爲了更直接地確定線粒體在NLRP3炎症體激活中的作用，其在隨後的研究中採用阻斷與ROS產生關係更爲密切的電壓依賴型陰離子通道(voltage-dependentanionchannels,VDAC)的方式，通過短髮夾RNA(shorthairpinRNA,shRNA)沉默VDAC基因，再應用MSU等刺激物後，炎症體的激活受到明顯抑制。在人骨髓間充質幹細胞(humanmar-rowmesenchymalstemcells,hMSCs)與巨噬細胞共培養的過程中，應用LPS或者ATP刺激巨噬細胞觀察NLRP3炎症體的激活情況，結果發現hMSCs可以分泌一種被稱爲斯鈣素(stanniocalcin,STC)-1的抗凋亡蛋白，它可以通過抑制ROS產生來阻止NLRP3炎症體激活及IL-1β分泌[17].此外，吞噬細胞表達的兩種蛋白S100A8和S100A9可以通過ROS產生過程參與NLRP3蛋白和IL-1β前體的表達[18].
另有不同觀點認爲，NLRP3炎症體的激活並不一定依賴ROS的產生。惡唑烷酮類抗生素利奈唑胺可以不依賴ROS而激活NLRP3炎症體，ROS可能並不是直接在NLRP3炎症體激活中發揮作用，而是對成熟後的IL-1β的外排過程起作用。但無論是否依賴ROS,激活NLRP3的通路都與線粒體功能障礙相關，特別是與線粒體脂質雙磷脂酰甘油相關，其可能機制爲線粒體脂質雙磷脂酰甘油可以直接與NLRP3結合組成聚合物來抑制NLRP3炎症體的激活[19-20].因而有學者提出，線粒體參與NLRP3炎症體激活的過程不僅是從ROS產生途徑，還依賴於線粒體的整體功能[21].
內質網應激反應與NLRP3炎症體的激活內質網應激(endoplasmicreticulumstress,ERS)在慢性炎症類疾病的發生發展中起到重要作用，而其與炎症相關性的具體機制仍不清楚。多種ERS誘導劑可以引起IL-1β的分泌，其主要機制可能是ERS通過作用於NF-κB信號通路，促進IL-1β前體物質的釋放並激活NLRP3實現的[22].有研究顯示，在燙傷小鼠模型中注射LPS後，其肝臟組織中NLRP3炎症體相關基因和ERS相關基因蛋白表達量明顯增加[23].應用牛血清白蛋白刺激腎臟上皮細胞(NRK-52E)可導致NLRP3炎症體的激活，同時表達的還有內質網標誌物鈣網蛋白，而應用牛磺熊去氧膽酸(taurine-conjugatedur-sodeoxycholicacid,TUDCA)使細胞對ERS適應性增加後可以抑制炎症體激活，表明ERS在炎症體的激活過程中發揮作用，增強細胞對ERS的適應性可以抑制炎症體的激活，進而改善蛋白尿對腎上皮細胞的炎性損傷[24].X盒結合蛋白1(X-box-bindingprotein1,XBP1)是ERS反應的重要轉錄調控因子，是多種疾病的潛在治療靶點，相關研究顯示其可能通過內質網相關瞬時感受器電位鈣離子通道蛋白1(transientre-ceptorpotentialcalciumchannelprotein1,TRPC1)分泌的一種新的信號肽參與NLRP3炎症體調節的IL-1β/IL-18的成熟及下游免疫反應過程[25].未摺疊蛋白反應(unfoldedproteinresponse,UPR)是ERS中的一條重要信號通路。有研究認爲，硫氧還原蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interactingprotein,TXNIP)在UPR中起重要作用，且TXNIP的產生依賴需肌醇酶1α(inositolrequiringkinase1α，IRE1α),上調TXNIP表達水平有助於NLRP3炎症體的激活[26]之所以能夠引起NLRP3炎症體激活並促進促炎因子IL-1β釋放，可能與通過內質網起作用的促炎信號和NLRP3炎症體激活的相關機制如ROS產生、鉀離子外流等過程關係密切，在發生ERS的細胞內，NLRP3炎症體可以感知並響應ERS下游信號，最終通過不同於UPR的不典型ERS反應，使得ERS與慢性炎症相聯繫[27].
另有相反的觀點認爲，促炎因子IL-1β的成熟、分泌與ERS相關，但與NLRP3炎症體無關。應用LPS刺激巨噬細胞使其發生ERS,發現IL-1β前體物質的成熟在ASC蛋白缺失的.情況下發生，該過程中caspase-8起到重要作用，而caspase-8的激活又依賴TLR4及其招募的β干擾素TIR結構域銜接蛋白(TIR-domain-containingadaptorinducinginterferon-β，TRIF)信號分子，故認爲IL-1β的成熟分泌與NLRP3無關，而是通過TLR4-ERS相關通路調控[28].
自噬反應與炎症體激活的相互調控自噬在疾病中的作用越來越受到人們的關注，新近研究發現，NLRP3炎症體與自噬能夠相互調控。自噬可以雙向調控NLRP3炎症體的激活。在大鼠胰島瘤細胞系(insu-linomacellline,INS-1)中，棕櫚酸(palmiticacid,PA)可以誘導自噬，將含有自噬相關基因7(autoph-agy-related7,Atg7)片段的質粒轉染入INS-1後，與對照組相比組織蛋白酶B(cathepsinB,CTSB)、促炎因子表達均明顯增加;在應用siRNA沉默CTSB後，IL-1β等促炎因子表達減少;沉默NLRP3基因後，與對照組相比IL-1β等促炎因子明顯減少，表明在INS-1內自噬反應可以促進NLRP3炎症體的激活，且該過程是通過過表達CTSB實現的[29].與此相反，在巨噬細胞離體實驗中，抑制自噬蛋白LC3B和Beclin1的表達後，在LPS或ATP刺激下caspase-1、IL-1β/IL-18的表達反而增加，進一步實驗證明適度自噬反應可以維持線粒體的完整性，進而抑制NLRP3炎症體的激活[30].以上研究表明，自噬反應發生後對炎症體激活是促進還是抑制似乎與自噬程度相關。此外，炎症體激活後也可以促進或抑制自噬反應，但這種雙向調控的具體機制還不明確。通過激活炎症體，尤其是NLRP3炎症體，可以抑制線粒體自噬，影響線粒體的自我清除，進而對AS等疾病進展起到促進作用[31].
也有相反的研究顯示，NLRP3炎症體的激活可以促進自噬，應用MSU刺激骨母細胞(osteoblasts,OBs)可以激活NLRP3炎症體並誘導NLRP3依賴的自噬反應，同時NLRP3炎症體還參與調控OBs內尿酸結晶-自噬體(MSU-autophagosomes)的形成[32].
總結與展望
模式識別受體在先天性免疫中發揮重要作用，其參與的無菌炎症等反應在多種代謝性疾病中的作用越來越受到人們的重視。AS等代謝性疾病的發生是以炎症反應爲主要改變的複雜病理過程，而炎症體作爲紐帶將炎症與氧化應激、ERS、自噬等病理過程相聯繫，爲更深入研究相關疾病的發病機制並發現可能的有效治療靶點提供了方向。但目前相關研究還有很大侷限性，如線粒體與NLRP3炎症體的激活關係是否通過ROS產生過程實現有待證實;雖然多數研究肯定NLRP3炎症體的激活與自噬作用相關，但炎症體激活與自噬反應之間的雙向調控作用還有待進一步探討。總之，炎症體相關調控機制可能爲AS、糖尿病等代謝性疾病的防治提供新的方向，需要更爲深入的研究。
參考文獻
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