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NOD样受体蛋白3在动脉粥样硬化血管损伤中的作用

2021-02-18 409 上传者：管理员

摘要：综述NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体介导相关信号通路参与动脉粥样硬化血管损伤相关机制及药物治疗的研究进展,以期为基于炎症的动脉粥样硬化研究提供理论及文献参考。动脉粥样硬化是心血管疾病的主要病理基础,炎症在动脉粥样硬化发展的各阶段起重要作用。

关键词：
NOD样受体蛋白3
动脉粥样硬化
炎症
炎症小体
血管损伤
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2020年美国心脏病学会发表《全球心血管疾病和危险因素负担1990—2019》显示,过去30年内,全球心血管疾病的患病率和病死率快速且显著增加[1]。目前,心血管疾病(CVD)是全球死亡的主要原因,动脉粥样硬化导致的死亡占心血管疾病总死亡的3/4[1]。动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)严重威胁人类健康。临床实践中,ASCVD的治疗主要集中在调脂固斑、抗血小板聚集、溶栓抗凝等方面,但这些治疗措施仍存在局限性。近年来,卡纳单抗抗炎性血栓形成结果研究(CanakinumabAnti-inflammatoryThrombosisOutcomesStudy,CANTOS)[2]和秋水仙碱心血管结局试验(ColchicineCardiovascularOutcomesTrial,COLCOT)[3]这两项针对心肌梗死急性期抗感染治疗的成功表明靶向炎症或可改善心血管疾病病人预后。NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体信号通路介导炎症反应,在动脉粥样硬化斑块的进展过程中发挥重要作用[4]。

1、动脉粥样硬化形成的炎症机制

1856年RudolphVirchow提出动脉粥样硬化是一种以炎症反应为基础的病理改变[5];但此后很长一段时间内,大量研究侧重于验证胆固醇与动脉粥样硬化之间的关系。直至20世纪80年代,RussellRoss提出内皮损伤-反应学说,其在1999年再次强调动脉粥样硬化是一种炎症性疾病[5]。近年来,炎症在动脉粥样硬化发展中扮演的角色又开始引起人们重视。2017年CANTOS研究对心肌梗死后存在残余炎症风险的病人(血浆超敏C反应蛋白>2mg/L)给予白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)抑制剂卡纳单抗治疗,发现卡纳单抗可使心肌梗死后卒中、心肌梗死及心血管死亡等主要终点降低15%[2];2019年COLCOT研究发现0.5mg/d秋水仙碱可使心肌梗死后主要终点降低23%[3],因此,加强炎症管理或可获得更大心血管受益。对CANTOS研究进一步分析发现,卡纳单抗抑制IL-1β后,仍存在白介素-18和白介素-6等残留的炎症风险,研究者认为对抗单一细胞因子治疗抗炎效果不佳,而NLRP3作为白介素-1β和白介素-18的共同上游信号,或可成为冠心病抗炎治疗的潜在靶点[6]。

2、NLRP3炎症小体

2.1NLRP3炎症小体的功能和结构

NLRP3炎症小体能够识别病原相关分子模式(pathogen-associatedmolecularpatterns,PAMPs)和损伤相关分子模式(damageassociatedmolecularpatterns,DAMPs),是介导固有免疫的重要参与者。PAMPs主要包括细菌、病毒等外源性危险信号;DAMPs是细胞释放的内源性危险信号,主要包括高迁移率族蛋白B1、热休克蛋白、尿酸结晶、透明质酸等。NLRP3炎症小体是由NLRP3作为受体蛋白、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associatedspeck-likeproteincontainingCARD,ASC)作为接头蛋白,半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)作为效应蛋白而组装的多蛋白复合物,其中NLRP3受体蛋白具有3个结构域:C端为富含亮氨酸的重复序列(leucine-richrepeat,LRR),负责识别和结合PAMPs和DAMPs;中间为核苷酸结合寡聚化结构域(NOD),负责介导核酸连接、蛋白寡聚化等;N端为效应结构域,由热蛋白结构域(pyrindomain,PYD)等组成,负责向下游传递信号[4]。

2.2NLRP3炎性小体信号传导通路及生理病理学意义

经典的炎症小体活化是双重信号模型。初级信号为启动信号,细胞膜上Toll样受体4(TLR4)等识别危险信号后激活核转录因子-κB(NF-κB),诱导核内NLRP3转录增加。次级信号为激活信号,由ATP、成孔毒素、病毒RNA和颗粒物质等触发,引起K+外流、Ca2+信号传导、线粒体释放活性氧和溶酶体损伤等分子细胞事件,进而刺激炎症小体组装[4]:当NOD样受体识别激活信号后,暴露NOD结构域寡聚化,募集ASC,ASC募集Caspase-1的前体(pro-caspase-1),形成含有NLRP3、ASC和pro-caspase-1的炎症小体。pro-caspase-1可剪切为p20和p10片段变成活性Caspase-1,它能裂解白介素-1β前体和白介素-18前体产生成熟的细胞因子白介素-1β和白介素-18,介导下游炎症级联反应;还能切割消皮素D(Gasdermin-D),使之在细胞膜上成孔,诱导细胞肿胀破裂发生焦亡。

3、NLRP3炎症小体信号通路介导动脉粥样硬化相关血管损伤

2019美国《ACC/AHA心血管疾病一级预防指南》提出“ABCDE”方案[7],指出心血管疾病的一级预防包括严格控制胆固醇、高血压、糖尿病、烟草和体重等危险因素,这些都是影响动脉粥样硬化预后的重要因素。心血管各种危险信号可激活NLRP3通路诱导细胞凋亡释放炎性因子,介导单核巨噬细胞炎症,加速内皮细胞损伤,促进平滑肌细胞增殖和表型转化,导致血管炎症及血管重构,促进动脉疾病的发生和发展。

3.1脂质诱导血管损伤与NLRP3炎症小体

动脉粥样硬化斑块中的脂质主要以胆固醇结晶和氧化低密度脂蛋白(oxidizedlow-densitylipoprotein,oxLDL)的形式存在。胆固醇结晶存在于晚期斑块的坏死核心中,还存在于早期病变的内皮下区域;胆固醇结晶被巨噬细胞吞噬后引起溶酶体破裂和组织蛋白酶B释放等细胞事件诱导NLRP3炎症小体组装[8];胆固醇结晶还可使中性粒细胞产生细胞外诱捕网(neutrophilextracellulartraps,NETs),NETs使巨噬细胞通过NLRP3途径释放内皮素-1β等细胞因子,激活T辅助细胞17,增强动脉粥样硬化斑块中的免疫细胞募集[9]。oxLDL除了形成胆固醇结晶来激活炎症小体以外,还可与其抗体形成免疫复合物(immunecomplexes,ICs),oxLDL免疫复合物可以作为炎症小体组装的启动信号,促进骨髓源性树突状细胞分泌内皮素-1β增加[10]。因此,胆固醇结晶和oxLDL可通过NLRP3途径促进炎症,加重斑块不稳定性。

3.2高血压相关血管损伤与NLRP3炎症小体

高血压是动脉粥样硬化重要的危险因素,高血压存在慢性低度炎症状态,内皮损伤和血管重构是高血压最常见的血管病理改变。研究发现,自发性高血压大鼠(SHR)的主动脉血管平滑肌细胞(VSMC)中存在NLRP3炎症小体激活,NLRP3敲减可抑制VSMC的增殖及表型转化,减少血管炎症[11]。血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)可诱导VSMC中钙敏感受体(calcium-sensingreceptor,CaSR)和NLRP3水平升高,钙敏感受体可激活NLRP3释放炎性因子,并参与高血压的主动脉纤维化过程[12]。MCC950是NLRP3特异性抑制剂,Krishnan等[13]发现MCC950可以降低血压并改善肾脏炎症与纤维化,因此,NLRP3可能是改善血管损伤、降低血压的一个潜在靶点。

3.3血流动力学紊乱相关血管损伤与NLRP3炎症小体

动脉粥样硬化多见于血管分支及弯曲处,血管形状改变或局部狭窄可产生湍流和切应力变化,内皮细胞暴露于血流环境中,血流动力学的改变可直接对内皮产生损伤。震荡剪切流可增加内皮细胞对胆固醇的合成和摄取,通过上调胆固醇调节元件结合蛋白2(sterol-regulatoryelementbindingproteins,SREBP2)促进内皮细胞中NADPH氧化酶2(NADPHoxidase2,NOX2)增加和NLRP3炎症小体组装,加重内皮氧化应激和炎症[14]。

3.4高血糖诱导的血管损伤与NLRP3炎症小体

高血糖可通过NLRP3途径促进内皮功能障碍、加重血管炎症。高血糖状态可上调内皮细胞E74样因子3(E74-likeETStranscriptionfactor3,ELF3)的表达从而激活NLRP3炎症小体[15]。NLRP3抑制剂MCC950能够降低糖尿病小鼠血浆中的内皮素-1β,部分恢复乙酰胆碱诱导的血管舒张,减轻糖尿病相关血管功能障碍[16]。因此,靶向NLRP3可能是改善糖尿病相关动脉粥样硬化的一种新的治疗策略。

3.5尼古丁诱导血管损伤与NLRP3炎症小体

尼古丁是心血管疾病确切的危险因素,能够引起内皮氧化应激和炎症[17]。尼古丁可通过诱导内皮细胞线粒体释放活性氧增加、溶酶体功能障碍等事件激活NLRP3,促进下游释放高迁移率族蛋白1(HMGB1),破坏内皮细胞紧密连接,导致内皮通透性增加[18];还能促进内皮细胞和平滑肌细胞的焦亡[19],加重血管炎症。

3.6尿酸诱导血管损伤与NLRP3炎症小体

高尿酸血症和痛风性关节炎是心肌梗死的独立危险因素[20]。尿酸可从受损细胞中释放出来形成尿酸盐晶体,与胆固醇结晶类似,诸如尿酸盐、磷酸钙等晶体和颗粒物都可以导致内皮细胞溶酶体破裂,诱导NLRP3炎症小体活化[21];可溶性尿酸盐浓度增加也可激活NLRP3炎性小体[22]。有研究发现,MCC950能够减少尿酸刺激血管平滑肌细胞中的NLRP3水平,减少内皮素-1β和内皮素-18的表达,可能在尿酸诱导的血管炎症中发挥作用[23]。

4、以NLRP3为靶点的动脉粥样硬化抗感染治疗

4.1西药治疗

针对NLRP3炎症小体相关抑制剂包括NLRP3抑制剂、Caspase-1抑制剂、内皮素-1β的单克隆抗体卡纳单抗等。MCC950特异性靶向NLRP3蛋白,MCC950能减少高脂喂养ApoE-/-小鼠斑块区域的巨噬细胞浸润,但对胶原蛋白含量及坏死核心大小没有影响[24];MCC950还能减轻心肌梗死后心肌纤维化,改善心脏重构[25],通过多种途径发挥心血管保护效应。Caspase-1抑制剂VX-765可抑制oxLDL诱导的血管平滑肌凋亡,减轻高脂喂养ApoE-/-小鼠的动脉粥样硬化病变[26]。经CANTOS研究证实,卡纳单抗通过阻断内皮素-1β介导的炎症反应,减轻了急性心肌梗死的残留炎症风险,为动脉粥样硬化抗感染治疗提供了临床依据[2]。另外,常见药物如格列苯脲[27]、他汀类[28]也对NLRP3信号通路发挥间接的抑制作用。

4.2中医药治疗

中医学古籍中并无动脉粥样硬化的病名,根据临床表现,动脉粥样硬化可属于“胸痹心痛”“心悸”“中风”“脉痹”等范畴,治疗上针对气滞、血瘀、寒凝、痰浊等病机分别侧重理气、活血、温通、化痰,尤其侧重活血化瘀与理气化痰。中药复方或单体在调控动脉粥样硬化相关病理损伤过程中也与NLRP3信号通路有关。

4.2.1复方治疗

陈可冀院士认为动脉粥样硬化的病机为正气内虚,痰瘀交阻,瘀毒致变,并提出“毒瘀致易损斑块”的观点,拟用愈梗通瘀汤治疗急性冠脉综合征[29];清心解瘀方由愈梗通瘀汤精简化裁而来,由黄芪、丹参、川芎、藿香、黄连组成,具有益气、活血、化浊、解毒的功效,鞠建庆[29]等发现清心解瘀方可以减轻NLRP3炎症小体介导的巨噬细胞焦亡和炎症级联反应,稳定动脉粥样硬化易损斑块。

三黄泻心汤由黄连、黄芩和大黄组成,具有燥湿泄热、泻火解毒的功效,林逸科等[30]发现三黄泻心汤可抑制NLRP3介导的一氧化氮信号通路,改善内皮功能,恢复内皮依赖性的血管舒张功能。

4.2.2中药单体

多种中药成分对血管相关细胞炎症小体通路具有调控作用。冬凌草素是NLRP3特异性共价抑制剂,与NACHT结构域形成共价键,直接抑制NLRP3炎症小体组装[31]。姜黄素可抑制SHR大鼠NLRP3介导信号通路,抑制VSMC迁移,减轻炎症和血管重构[32];芹菜素可减少暴露于三甲胺-N-氧化的人内皮细胞中NLRP3表达,减少白细胞黏附、减轻内皮功能障碍[33];丹参酚酸可抑制糖尿病肥胖大鼠主动脉NLRP3活化,减轻血管炎症,改善早期动脉粥样硬化的发展[34]。

5、小结与展望

目前基于动脉粥样硬化炎症理论的研究主要停留在实验水平,以冠心病抗感染治疗为思路的临床试验成功为冠心病二级预防治疗带来了新的线索,内皮素-1β和NLRP3有望成为动脉粥样硬化性疾病的治疗新靶点。单一抗内皮素-1β疗法存在炎症残留、免疫抑制和价格昂贵等缺点。内皮素-1β具有促进晚期斑块向外重塑的保护作用,阻断内皮素-1β后斑块纤维帽变得更加薄弱,或可加重破裂风险[35]。

中医药复方多组分具有调脂、抗炎、抗氧化应激、保护内皮细胞、改善心肌重构等心血管多效性。以NLRP3为靶点的中药活性成分具有广泛的开发前景对抗动脉粥样硬化过程中的急慢性炎症是一种病因性和多用途的治疗策略,但相关药物的开发及治疗方案的临床转化仍需漫长的探索过程。

参考文献:

[29]鞠建庆.清心解瘀方调控巨噬细胞焦亡稳定动脉粥样硬化易损斑块的机制研究[D].北京:北京中医药大学,2019.

[30]林逸科,谢银燕,骆林喆,等.三黄泻心汤抑制危险脂肪因子7-keto诱导血管内皮NLRP3活化引起的功能紊乱的机制[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(1):31-36.

王玉珏,柳思源,陈瑜,张腾.NOD样受体蛋白3在动脉粥样硬化血管损伤中的作用及中医药干预相关进展[J].中西医结合心脑血管病杂志,2021,19(03):442-445.