NLRP3炎症小体在急性心肌梗死相关细胞中作用的研究进展

高日峰 袁梦 杨恒 吕春雨 项海燕 杨崛圣 唐燕华

(南昌大学江西医学院，江西 南昌 330006)

急性心肌梗死(AMI)是全球住院率和死亡率较为常见的原因之一〔1〕。目前AMI的治疗策略主要集中在通过使用药物溶解血栓和植入血管内支架来恢复冠状动脉血流〔1,2〕。尽管再灌注治疗策略能限制心脏损伤、减少梗死面积和改善心脏总体预后，但AMI患者仍然存在短期和长期的心力衰竭风险〔3〕。因此，AMI的治疗策略应着重于预防不良心脏重塑和改善患者心肌梗死后的心力衰竭。

AMI后心脏的损伤会爆发大量的无菌性炎症反应，包括去除细胞碎片、修复受损组织、伤口的疤痕生成及组织再生等作用〔4〕。炎症不仅在去除细胞碎片和修复受伤组织方面发挥作用，而且还造成进一步的损伤〔5〕。Nod样受体蛋白(NLRP3)炎症小体是先天的免疫炎症小体，但目前它已被证明可介导各种疾病中的有害炎症〔6〕。NLRP3炎症小体作为可促进Pro-半胱天冬酶(Caspase-1)向Caspase-1的转化，进一步导致成熟白细胞介素(IL)-1β和IL-18的产生和分泌〔7〕。研究发现，组织损伤后巨噬细胞，单核细胞，树突细胞(DC)和中性粒细胞等免疫和炎症细胞经炎性刺激后易产生大量的NLRP3炎症小体，然而在心脏组织中各种细胞中NLRP3的表达尚未研究清楚〔8,9〕。本文主要通过总结AMI相关细胞(心肌细胞、心脏成纤维细胞、血管内皮细胞及巨噬细胞) 与NLRP3炎症小体之间的关系来探讨NLRP3在AMI病变中的作用。

1 NLRP3炎症小体与心肌细胞

AMI后冠脉缺血导致心肌细胞缺血缺氧死亡，进一步诱发心脏透壁梗死。NLRP3炎症表达与AMI损伤的生理病理有关。炎症损伤时早期突出表现的是NLRP3及IL-1β，特异性抑制IL-1β表达能有效预防心肌损伤。AMI后，损伤炎症诱导NLRP3、无活性前体pro-IL-1β及Caspase-1特异性激活。心脏主要由心肌细胞(CMs)与心脏成纤维细胞(CFs)构成，然而，研究发现，AMI后CMs基本不参与心脏炎症反应的表达〔10〕。

Kawaguchi等〔11〕发现，在用脂多糖(LPS)和Nil诱导炎症反应发现，NLRP3炎症复合物凋亡相关斑点样蛋白(ASC)在CMS稳定表达，而pro-IL-1β及IL-1β却基本不在CMs表达，却在CFs中检测到高表达状态。研究进一步发现在心肌梗死后缺血再灌注损伤模型建立中，细胞上清的IL-1β表达也主要位于CFs中。综上，我们发现AMI后的心脏NLRP3的炎症表达不发生在CMs中。

2 NLRP3炎症小体与CFs

成年人心脏组织中，CFs占总CMs数的2/3，基础研究也发现CFs分别占小鼠和大鼠心室总细胞的27%～50%，CFs可作为前哨细胞，感知损伤并激活炎性体分泌细胞因子和趋化因子〔12〕。在急性心梗后心肌愈合的增殖期间，梗死的成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，肌成纤维细胞是专业的伤口愈合细胞，其主动重塑细胞外基质，增加胶原蛋白的沉积，并最终导致组织纤维化。此外，肌成纤维形成应力纤维并表达收缩蛋白，进一步感知损伤并激活AMI后的炎症，参与心肌梗死后心脏梗死修复及瘢痕形成〔11，13，14〕。

研究发现，AMI后的急性纤维化愈合和心力衰竭期间的长期进行性纤维化主要由CFs的无菌性炎症导致，而CMs不会分泌高水平的IL-1β。CFs在炎症表达上主要以核因子(NF)-κB依赖性方式响应特异性Toll样受体(TLR)激动而增强NLRP3和IL-1β的mRNA表达。研究者用三磷酸腺苷(ATP)刺激的LPS诱导CFs炎症损伤可导致NLRP3炎症小体大量分泌，并以Caspase-1和NLRP3/ASC依赖性方式释放IL-1β。 虽然NLRP3炎症小体响应多种分子模式驱动炎症，但是在CFs中主要在AMI期间上调〔15〕。此外，大量研究发现CFs在缺氧及LPS诱导下损伤导致NLRP3分泌，诱导Caspase-1激活，进一步导致IL-1β及IL-18分泌〔15,16〕。

综上，在AMI愈合的早期阶段，CFs变成促炎细胞，激活NLRP3炎性体并产生细胞因子，趋化因子和蛋白酶。促炎细胞因子(例如IL-1β及IL-18)延迟肌成纤维细胞转化，直到将死细胞和基质碎片从心脏损伤中清除。此外，NLRP3炎症小体的消退还与CFs迁移，增殖，基质蛋白质合成和肌成纤维细胞转化有关。

3 NLRP3炎症小体与血管内皮细胞(ECs)

AMI后，CMs释放的DAMP可诱导ECs活化，导致ROS水平增强及促炎细胞因子分泌增加，介导白细胞和血小板结合的黏附分子的表达增强。ECs覆盖血管的管腔表面并充当物理屏障的作用。心肌梗死后左心室表面的冠状动脉阻塞，导致ECs炎性刺激，加速了免疫细胞的募集，随后促进血管中的炎症反应〔17〕。

Wilson等〔18〕研究发现人脐静脉内皮细胞(HUVECs)经LPS及缺氧刺激后，可持续表达Pro-Caspase-1，进一步促进炎症因子IL-1β分泌。另有报道发现，AMI再灌注治疗策略，异常血流的变化通过激活HUVECs炎性表达，上调炎症小体NLRP3表达，进一步促进IL-1β及IL-18的等炎症因子的分泌〔19〕。Mastrocola等〔20〕也发现当糖尿病大鼠经历缺血再灌注(MI/R)后，ECs发生炎性损伤激活NLRP3炎症小体，导致Caspase-1和IL-1β进一步增加。并且，HUVECs经腺病毒转染后，肿瘤坏死因子(TNF)-α 预处理再加入ATP，IL-1β 水平亦明显增加。AMI再灌注治疗后，氧化应激水平可诱导HUVECs 中NLRP3炎症小体活化，促进Caspase-1 及IL-1β 水平升高。研究者还发现，芒果苷可通过特异性抑制内皮细胞内氧化应激水平表达，降低内质网及线粒体相关氧化应激水平，进一步抑制硫氧还原蛋白-互作蛋白(TXNIP)表达，下调NLRP3炎症小体及IL-1β的表达〔21〕。

综上，AMI后，内皮细胞之间的紧密连接受损，导致冠状动脉内皮渗漏和冠状动脉微血管通透性功能障碍增加，并进一步加剧了NLRP3炎症小体及IL-1β的表达，这是AMI后再灌注诱导的心肌细胞死亡的关键决定因素。

4 NLRP3炎症小体与巨噬细胞

AMI后，骨髓和脾中产生的单核细胞分两个阶段募集到受损的心肌中。第一阶段由Ly-6chigh炎性单核细胞(AMI后第3～4天达到峰值)支配，第二阶段由抗炎性Ly-6clow单核细胞(MI后约第7天达到峰值)支配。紧接着，浸润的单核细胞分化成巨噬细胞，清除AMI区的细胞碎片。随后，巨噬细胞分泌的细胞因子，趋化因子和生长因子可促进IL-1β分泌并引起梗死区域的扩张，从而加剧不利的左心室(LV)重塑〔22〕。

体外研究〔16〕发现，AMI后，巨噬细胞发生炎症刺激激活心肌内NLRP3-IL-1β信号通路，促进IL-1β分泌，诱导心肌进一步损伤，且AMI后的IL-1β的分泌主要在M1型巨噬细胞内。 Liu等〔23〕发现，钙敏感受体(CaSR)/NLRP3炎症小体通过磷脂酶C-三磷酸肌醇(PLC-IP3)途径在M1型巨噬细胞中发挥重要作用，其促进大鼠AMI后心脏重塑，加速CFs表型转换，增加胶原和细胞外基质(ECM)分泌。此外，Youm等〔24〕也发现，在人巨噬细胞中，NLRP3炎性小体的酮代谢物β-羟基丁酸酯(BHB)降低了IL-1β和IL-18的产生，BHB似乎通过抑制NLRP3诱导的ASC寡聚来阻断炎症体的活化。Fujisue等〔25〕发现秋水仙碱不仅减弱了狗MI模型中血液中的巨噬细胞数量，并且抑制促炎细胞因子和趋化因子的增加，而且还减弱MI后巨噬细胞内NLRP3炎性体组分(NLRP3，ASC，Caspase-1)的增加。

5 小 结

NLRP3炎症小体及IL-1β 信号通路与AMI的发生发展密切相关，然而其炎症因子的表达不发生在CMs内，而主要发生在CFs、ECs及巨噬细胞中。近年来，研究者们陆续发现了几种NLRP3的抑制剂〔MCC950、BHBI型干扰素(IFN)及IFN-β〕，能够特异性抑制NLRP3炎症小体的合成，进一步减轻炎症因子IL-18及IL-1β的表达，且van Hout等〔26〕也首次证明，在大型动物MI模型中通过特异性抑制NLRP3-炎性体减轻炎症，能够保留心脏功能并减少梗死面积。因此，我们认为特异性抑制NLRP3炎症小体，有望成为AMI后新的药物治疗靶点。