糖尿病肾病(Diabetic nephropathy, DN)是一种由糖尿病诱发的进行性慢性肾脏病(Chronic kidney disease, CKD),是终末期肾病的主要病因，以肾小球基底膜增厚、足细胞损伤、肾小球硬化和肾间质纤维化为主要病理特征[1]。其中肾间质纤维化(Renal interstitial fibrosis, RIF)是DN病情进展的关键性、不可逆性因素。因此，及时干预RIF对于DN患者的生活质量及预后至关重要。慢性炎症是DN-RIF的发病机制中最重要的原因之一[2]。 NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)炎症小体是重要的炎症调节因子，在DN-RIF发生发展中起关键作用。本文对DN状态下NLRP3炎症小体与RIF发生发展的主要分子机制进行综述，以期为临床防治 DN 提供更多的理论基础及思考。

1、 NLRP3炎症小体概述

1.1 NLRP3炎症小体的结构

NLRP3炎症小体是一种多蛋白复合体，由凋亡相关斑点样蛋白(Apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)、NLRP3蛋白和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1前体蛋白(Pro-cysteine aspartic acid specific protease-1,pro-Caspase-1)组成，见图1[3]。ASC两端分别为吡啶结构域(Pyrin domain, PYD)和半胱氨酸天冬酶募集结构域(Caspase recruitment domain, CARD),能够连接NLRP3与pro-Caspase-1。NLRP3炎症小体的关键部分为NLRP3蛋白，由氨基末端PYD、中心—核苷酸结合寡聚化结构域(Nucleotide binding oligomerization domain, NOD)和羧基末端富含亮氨酸重复序列(Leucine rich repeat, LRR)结构域组成[4]。感受外界刺激后，病原体相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)或损伤相关分子模式(Damage-associated molecular patterns ,DAMPs)被LRR识别并激活炎症小体[5]。NOD具有结合核苷酸和水解ATP的能力，一旦触发，可能会经历ATP依赖的自聚体化，导致PYD间相互作用，招募ASC及pro-Caspase-1,完成炎症小体装配[6]。

图1 NLRP3炎症小体结构

1.2 NLRP3炎症小体的启动与激活

启动是NLRP3炎症小体发挥作用的先决条件，依赖核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)的激活。感受外界细胞炎症因子等信号后，Toll 样受体等模式识别受体通过髓样分化因子88(Myeloid differentiation factor 88,MyD88)诱导NF-κB激活，上调 NLRP3 和白细胞介素-1β前体(Pro-interleukin-1beta, pro-IL-1 β)的表达[7]。同时NLRP3寡聚完成构象变化，从而与ASC结合形成炎症小体。在启动过程中，pro-Caspase-1自身裂解激活形成Caspase-1参与后续炎症反应。NLRP3炎症小体激活途径可通过不同因素触发，包括感染、反应活性氧(Reactive oxygen species, ROS)过度产生、线粒体功能异常、细胞内外离子流动如K+外流及一些化学物质的作用等[8]。以Caspase-1对削皮素-D (Gasdermin-D,GSDMD)切割为特征的经典途径是NLRP3炎症小体激活的主要途径，通过脂质相互作用在细胞膜上形成孔隙，便于向细胞外释放IL-1β和 IL-18,诱导细胞焦亡及炎症反应[9]。

2、 NLRP3炎症小体参与DN-RIF的可能机制

在DN小鼠中激活NLRP3 炎症小体能诱导细胞焦亡及肾脏纤维化，通过抑制NLRP3炎症小体的激活可减轻小鼠肾脏的纤维化[10,11]。同时足细胞NLRP3功能获得性突变加剧了糖尿病小鼠肾小球裂解Caspase-1和IL-1β的水平，并促进肾小球损伤[12]。肾损伤的程度与NLRP3蛋白的表达呈正相关[13]。这提示NLRP3 炎症小体激活是参与DN-RIF进展的关键机制，NLRP3 炎症小体激活后可能通过以下几方面影响DN-RIF的进展，见图2。

图2 NLRP3炎症小体参与DN-RIF的机制   

2.1 炎症反应

受高糖影响，ROS及细胞因子过度产生，诱导NLRP3炎症小体激活，上调GSDMD、Caspase-1的表达，导致细胞膜破裂，细胞死亡释放IL-1β、IL-18引发激烈的炎症反应。炎症反应在损害肾脏的同时，诱导细胞分泌转化生长因子-β(Transforming growth factor beta, TGF-β)以应对肾脏损伤。长期处于高糖水平使得肾组织中TGF-β表达增加，磷酸化激活转录激活因子Smad 2/3诱导EMT [14]。并促进肾小管上皮细胞形成肌成纤维细胞，导致细胞外基质(Extracellular matrix, ECM)代谢失调，同时TGF-β可增加NLRP3 炎症小体标志物的表达，加重炎症反应，促进RIF的发展[15]。在高糖刺激的系膜细胞及DN肾组织中可观察到NLRP3/Caspase-1/IL-1β通路较正常对照组表达上调；降低NLRP3蛋白及焦亡相关蛋白的表达，可改善肾组织内炎症状态，同时对TGF-β1及促纤维蛋白的表达亦有抑制作用，从而缓解肾纤维化[16]。

Toll样受体(Toll-like receptors ,TLRs)是一种跨膜蛋白，在免疫反应中将抗原识别信息从细胞外传递到细胞内[17]。高糖上调TLR4的表达，促进NF-κB产生并激活NLRP3炎症小体，诱导肾脏细胞损伤。敲除TLR4可通过抑制肾素-血管紧张素系统和NF-κB阻断细胞中NLRP3的表达，减弱NLRP3炎症小体的激活，减少IL-1β等炎症因子的产生，并抑制细胞增殖及ECM的积累，逆转高糖诱导的肾纤维化[18,19]。

此外，嘌呤能离子通道型受体7(Purinergic ligand-gated ion channel 7 receptor, P2X7R)亦可感知炎症状态，通过对细胞外ATP的响应并调控阳离子通道，引起K+外流和细胞内K+消耗，进而诱导NLRP3炎症小体装配和激活[20]。DN模型中P2X7R/NLRP3炎症小体和IL-1β/IL-18的表达和激活增强，并与pro-Caspase-1的基因水平和活性Caspase-1呈正相关[21]。降低P2X7R的表达，可抑制NLRP3炎症小体激活，减少纤维蛋白表达，抑制肾纤维化，发挥对 DN 小鼠肾脏的保护作用[22]。

2.2 氧化应激

慢性高糖与细胞因子等联合作用于细胞，使ROS生成增加或抗氧化防御系统不足而破坏氧化还原平衡，同时高血糖产生的不可逆代谢产物-晚期糖基化终产物，有助于ROS的产生并介导炎症过程，从而导致生物大分子氧化损伤和组织损伤[23]。DN中氧化应激主要与硫氧还蛋白结合蛋白(Thioredoxin-interacting protein ,TXNIP)、核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)等有关，其中TXNIP与NLRP3之间的结合被认为是DN肾损伤中NLRP3炎症小体激活的关键，当ROS累积时，被ROS氧化的硫氧还蛋白1(Thioredoxin1,TRX1)释放出TXNIP,直接与NLRP3炎症小体结合并激活，以此介导DN的发生发展[24]。下调TXNIP可降低NLRP3的表达，抑制细胞焦亡及氧化应激，减轻胶原纤维沉积，改善肾脏组织病理损伤[25]。此外，ROS的潜在来源还包括还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(Nicotinamide adenine dinucleotidephosphate oxidase 4,Nox4)。高糖诱导Nox4表达增加，并促进肾脏纤维化；降低Nox4表达后，NF-κB磷酸化被抑制以拮抗NLRP3炎症小体激活，同时减少了TGF-β及纤维蛋白等在肾脏中的累积，有效改善肾脏炎症及纤维化[26]。

与TXNIP、Nox4不同的是，Nrf2抑制NLRP3炎症小体激活。AB-38b是新合成的具有活化Nrf2的联苯二酯衍生物， 可改善糖尿病小鼠的肾功能，减轻肾纤维化，减少高糖培养的肾小球系膜细胞ECM积累，敲低Nrf2的基因表达可以消除AB-38b的作用，证明Nrf2通过抑制NLRP3炎症小体的激活缓解DN-RIF[27]。丁香脂素通过促进Nrf2的核转位，增强下游抗氧化酶血红素加氧酶1(Heme oxygenase-1,HO-1)和锰超氧化物歧化酶表达，从而显著降低ROS过量产生，抑制NLRP3炎症小体激活而发挥抗焦亡、抗炎及抗纤维化作用[28]。

2.3 自噬

自噬是维持内环境稳态的关键，可应对细胞损伤或刺激，而持续性高水平自噬则导致细胞死亡诱发炎症反应，进一步加重病理状态[29]。AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase ,AMPK)是自噬过程中的关键分子之一，可能通过减少ROS产生或NF-κB活化来抑制NLRP3炎症小体激活[30]。在糖尿病二硫键A氧化还原酶样蛋白基因敲除小鼠肾脏中，NLRP3炎症小体激活与肾纤维化加剧被认为是AMPK磷酸化降低导致的，同时观察到AMPK磷酸化与NLRP3表达和小管损伤程度呈负相关[31]。在生、熟地黄治疗DN分子机制差异研究中发现，两者均可通过 AMPK 介导的 NF-κB / NLRP3 信号通路改善糖尿病小鼠的症状，减轻肾纤维化程度，抑制炎症细胞浸润[32]。

线粒体自噬是一种特殊类型的自噬，可诱导受损线粒体的有序降解来避免大量ROS的直接释放，有效抑制NLRP3炎症小体激活，减轻炎症反应及肾组织损伤[33]。二甲双胍是常见的AMPK激动剂，不仅有降低血糖的作用，还能通过激活p-AMPK-Pink1-Parkin途径促进线粒体自噬的激活，逆转线粒体自噬功能障碍和NLRP3的过表达，改善糖尿病小鼠肾脏氧化应激和RIF [34]。

2.4 非编码RNA异常表达

非编码RNA(Non-coding RNAs, ncRNAs)通过调控炎症、程序性细胞死亡参与DN-RIF进程。NLRP3蛋白中包含一个miR-34c的保守结合位点，抑制miR-34c可提高NLRP3蛋白的表达，缓解DN,而miR-34c在体外可以抑制TGF-β1延缓肾小管上皮细胞纤维化，说明NLRP3的高表达可加重DN纤维化[35]。在DN小鼠肾组织中有14种长链非编码RNA(Long non-coding RNAs, lncRNAs)的异常表达，其中IncRNA-Gm4419可直接与 NF-κB 亚基 p50 相互作用来激活 NF-κB 通路，继而与 NLRP3 相互作用，而下调IncRNA-Gm4419后明显减弱了促炎细胞因子和肾纤维化相关蛋白的表达，提示NF-κB/NLRP3炎症小体可能是IncRNA-Gm4419参与高糖诱导的肾脏细胞炎症反应及纤维化的主要通路[36]。说明ncRNAs在NLRP3激活及DN-RIF进程中占有重要地位，但由于其数量众多，目前尚未充分研究。

3、中药通过抑制NLRP3炎症小体延缓DN-RIF进展

中药能够改善糖尿病症状、保护肾功能、延缓病情进展。黄葵胶囊不仅能够改善早期DN大鼠肾脏生化指标，还可通过抑制TLR4/NF-κB信号通路来抑制NLRP3炎症小体激活，显著减轻肾小管细胞EMT[37]。雷公藤甲素可通过NLRP3/Caspase-1/GSDMD、Nrf2/HO-1/NLRP3等通路抑制NLRP3炎症小体激活，减轻小鼠足细胞焦亡及RIF,延缓DN进展[38,39]。黄芪甲苷能有效改善db/db小鼠足细胞损伤及肾纤维化，同时在高糖诱导的足细胞焦亡中，黄芪甲苷通过抑制NLRP3炎症小体的激活可减轻足细胞损伤，这一变化被NLRP3过表达消除，进一步明确了黄芪甲苷可通过抑制NLRP3炎症小体发挥抗纤维化、延缓DN进展的作用[40]。岩藻聚糖可调节AMPK /NLRP3信号轴来抑制NLRP3炎症小体激活，明显改善DN大鼠RIF和足细胞损伤[41]。这些研究提示，中医药可多通路调控NLRP3炎症小体，从而延缓DN-RIF,未来可进一步研究中药单体或复方在DN-RIF中调控NLRP3的信号通路，充分发挥中药的优势，精准用药，完成诊疗从广泛到点对点的质变。

4、总结与展望

NLRP3 炎症小体主要通过炎症反应、氧化应激及自噬促进DN-RIF发生发展，常规治疗方案难以有效缓解DN患者临床症状，而中药单体不仅可以减轻患者痛苦，还能够靶向抑制NLRP3炎症小体的启动与激活，减轻炎症反应并延缓RIF进展，未来有可能成为阻断DN进展的有效治疗方法。目前有关NLRP3炎症小体在DN-RIF中的激活机制和信号通路尚未完全明确，仍需进一步研究，并发挥中医药优势，以针对NLRP3炎症小体进行靶向治疗，为DN-RIF的防护和治疗提供有效策略。

参考文献:

[13]蒋东波,张小燕.糖尿病肾病患者肾脏活检组织中NLRP3炎症小体表达水平与肾损害的关系[J].热带医学杂志,2021,21(1):99-102,126.

[22]王兴红,孙静,马永超,等.槲皮素对糖尿病肾病小鼠肾脏P2X7R/NLRP3信号通路和纤维化的影响[J].中药药理与临床,2023,(6):48-53.

[32]孟祥龙,刘晓琴,宁晨旭,等.生､熟地黄通过AMPK介导NF-κB/NLRP3信号通路改善高脂饲料并链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的作用机制差异性研究[J].中国中药杂志,2021,46(21):5627-5640.

[39]宋纯东,宋丹,贾评评,等.雷公藤多苷通过NLRP3/caspase-1/GSDMD细胞焦亡通路对糖尿病肾病大鼠肾损伤的影响[J].中国中药杂志,2023,48(10):2639-2645.

基金资助:山东省自然科学基金创新发展联合基金(ZR2022LZY005);

文章来源:乔琳,金艳,郭兆安.NLRP3炎症小体参与糖尿病肾病肾间质纤维化机制的研究进展[J].国际老年医学杂志,2024,45(04):490-494.