NALP3炎性体与非感染性炎症疾病

NALP3炎性体与非感染性炎症疾病


2024年5月4日发(作者:)

生理科学进展2011年第42卷第4期 

NALP3炎性体与非感染性炎症疾病术 

童玉娜何娅妮 

(第三军医大学大坪医院野战外科研究所肾内科,重庆400042) 

摘要 在机体非感染性炎症疾病过程中,caspase 1的活化引起IL.1 B、IL一18、IL一33等促炎细胞因子 

的分泌是一个重要的过程。而一个被称为NALP3炎性体的多蛋白复合物在easpase.1的活化过程 

中起到了重要的调节作用。各种外源或内源的刺激可通过不同的信号通路激活NALP3炎性体来 

活化caspase.1。本文就NALP3炎性体的结构和分布、活化和信号通路及对2型糖尿病、痛风、阿尔 

兹海默病和肾脏疾病等非感染性炎症疾病的近期研究作一综述。 

关键词NALP3炎性体;白细胞介素1B;炎症 

中图分类号R364.5 

要连接蛋白,连接上游的NALP3和下游的Pro— 

caspase一1(Hasegawa等.2005)。CARDINAL(又称 

TUCAN;CARD8;NDDP1)由FIIND—CARD结构域 

NALP3炎性体是一类分子量约为700 kDa的大 

分子蛋白复合体,在细胞质内发挥外源性微生物或 

内源性危险信号感受器的作用,是活化半胱天冬酶一 

1(caspase一1)的分子平台,调控IL-1B、IL一18、IL一33 

等促炎细胞因子的成熟和分泌,在天然免疫、获得性 

构成,是NALP3炎性体独有的组成元件,也是人 

类独有的,鼠类并不编码CARDINAL,其主要功能 

是募集caspase一1的第二个分子,形成caspase,1 

的二聚体(Melnfire等.2009)。NALP3炎性体完 

成组装后,半胱天冬酶.1前体(procaspase.1) 

自动催化成caspase一1,caspase一1又称IL一1 B转化 

免疫反应中发挥重要作用。近年来研究表明,激活 

NALP3炎性体的内源性危险信号包括ATP、尿酸晶 

体、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、B淀粉样 

蛋白、细胞外基质成分和溶酶体酶等。NALP3炎性 

体在2型糖尿病、痛风、阿尔兹海默病和肾脏疾病等 

非感染性炎症疾病中的作用和意义日益受到关注。 

酶(IL一1 B convertingenzyme,ICE)是炎性体的效 

应蛋白,负责将无活性IL-1p前体剪切为成熟IL一1B。 

粒细胞、单核细胞、树突细胞、B细胞和T细胞都 

能产生NALP3,但它主要分布在口咽、食管、宫 

颈阴道粘膜的非角质化上皮、成骨细胞,膀胱和 

输尿管的上皮细胞也能表达NALP3(Kummer 

等.2007)。 

二、NALP3炎性体的活化及信号通路 

本文就NALP3炎性体的结构和分布、活化和信号通 

路及对相关非感染性炎症疾病的近期研究作一 

综述。 

NALP3炎性体的结构和分布 

NALP3炎性体是由核苷酸结合寡聚化结构域 

样受体(nucleotide-binding oligomerization domain— 

like receptors,NLRs)家族成员NALP3、衔接蛋白 

ASC(apoptosis—associated speck—like protein contai— 

(一)NALP3炎性体的活化信号 NALP3炎性 

体能感受胞质内多种微生物产物和代谢性应 

激 J,很多信号包括病原相关分子模式(pathogen— 

associated molecular pattern,PAMPs)和危险相 

关分子模式(danger—associated molecular pattern, 

ning a CARD)和CARDINAL,以及效应蛋白caspase一 

1组成的多蛋白复合体。NALP3(又称NLRP3; 

cryopyrin)是其中的核心蛋白,由C一端1 1个亮氨酸 

重复序列(LRRs),中间的NACHT.NAD结构域以及 

N一端热蛋白结构域(pyrin domain,PYD)组成,功能 

DAMPs)都能通过NALP3炎性体活化caspase一1,剪 

切和加工IL一1 8和IL—l8的前体,分泌和释放炎症因 

子(表1)。 

国家自然科学基金(81070575)资助课题 

通讯作者 

是将下游的衔接蛋白和效应分子连接起来 。ASC 

蛋白分子包含195个氨基酸残基,分子量为21.5 

kDa,由PYD和caspase募集域(caspase recruitment 

domain,CARD)组成,它是NALP3炎性体的一种重 

生理科学进展2011年第42卷第4期 

表1 NALP3炎性体的活化信号 

分类 活化信号 

是,毒素介导的微孔结构以及晶体物质(如尿酸钠 

晶体)不能被细胞吞噬也能引起钾离子外流,导致 

蓉霎相关分子ly  I:Ca , ̄壁譬 、 凛 

微生物毒素 

: 

NALP3炎性体的活化(Petrilli等.2007)。 

第三条通路是激活NAI.U3炎性体的信号通过 

诱导活性氧的产生,引起未识别蛋白的构像变化从 

而活化NALP3炎性体 J。所有已知的NALP3炎性 

尼日利亚菌素、气单胞菌溶素、刺尾鱼毒素 

细菌 

病毒 

畲 萄球菌、单核细胞增生李斯特 

体的活化信号(石棉、二氧化硅、尿酸钠晶体等)都 

能诱导ROS产生,ROS抑制剂可以阻断炎性体的活 

化 。如果细胞吞噬功能障碍或丧失使晶体物质 

仙台病毒、流感病毒 

ATP、活性氧、尿酸钠晶体、焦磷酸钙二水合 

蚴子 蓁 

(二)NALP3炎性体的活化信号通路 活化 

NALP3炎性体的信号通路十分复杂,目前研究发现 

主要有四条活化信号通路(图1)。 

图1 NALP3炎性体的活化信号通路[3¨ 

ATP:三磷酸腺苷;pannexin—l:缝隙连接蛋白家族的新成员 

Pannexins之一;P2X7R:P2X7受体,是配体门控性离子通道受体 

P2X家族成员之一 

第一条是微生物毒素(如尼日利亚菌素、气单 

胞菌溶素、刺尾鱼毒素等)或T3SS和T4SS的转位 

元件通过介导微孔结构活化NALP3炎性体 。有 

趣的是,ATP—P2X7R活化的缝隙连接蛋白pannexin. 

1也能介导细胞膜的微孔结构,使微生物分子(如胞 

壁酰二肽)进入细胞质,被NALP3识别,继而活化炎 

性体。 

第二条是胞外ATP激活嘌呤型P2X 受体非选 

择性阳离子通道,随后pannexin一1通道逐渐开放,导 

致钾离子外流,钙离子内流,最后活化NALP3炎性 

体 。ATP可以从损伤的细胞和细胞应激中释放, 

内皮细胞和上皮细胞的机械性刺激也能释放ATP。 

最近研究发现,治疗2型糖尿病的药物格列苯脲作 

用于P2X 受体下游,通过和KAT 通道结合,阻止钾 

离子外流从而抑制炎性体的活化 ]。值得注意的 

不能被细胞吞噬消化(frustrated phagocytosis),可以 

通过激活尼克酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸(NADPH) 

氧化酶催化反应产生大量活性氧自由基,继而活化 

NALP3炎性体。 

第四条通路是微粒样物质如尿酸钠晶体、二氧 

化硅或B淀粉样蛋白被细胞吞噬后,破裂的溶酶体 

释放组织蛋白酶一B,剪切未知的底物从而活化炎性 

体 。溶酶体损伤释放组织蛋白酶-B是NALP3 

炎性体活化最重要的上游信号通路。 

三、NALP3炎性体对非感染性炎症疾病的作用 

(一)NALP3炎性体与2型糖尿病2型糖尿病 

时,IL一1B等致炎因子通过对抗胰岛素信号促进胰 

岛素抵抗,抑制胰岛素依赖的葡萄糖摄取,降低糖耐 

量;同时,分泌胰岛素的胰岛局部炎症也参与了糖尿 

病的发展,伴随免疫细胞的浸润、局部细胞炎症因子 

的升高,局部的炎症和葡萄糖的毒性效应引起B细 

胞的凋亡(Maedler等.2002)。长期的高血糖抑制8 

细胞分泌胰岛素,诱导IL一1 B依赖方式的细胞死亡。 

糖尿病病人或动物模型的胰岛B细胞代谢应激时 

表达IL一1B,相比巨噬细胞分泌较少的IL一1B在抑制 

p细胞活性和胰岛素分泌能力是足够的。因此,有 

学者提出IL一1B是2型糖尿病发病的重要驱动因 

素¨ 。新近研究表明,NALP3炎性体是活化IL一1p 

的分子平台,NALP3炎性体在2型糖尿病发生发展 

中的作用日益受到关注。Zhou等¨ 用酵母双杂交 

技术已证实硫氧环蛋白相互作用蛋白(thioredoxin. 

interacting protein,TXNIP)是NALP3结合蛋白,在高 

糖环境下,TXNIP 一和NALP3 一小鼠胰岛13细胞 

IL一1 B的水平显著低于野生型小鼠。进一步研究发 

现,ROS抑制剂吡咯烷二硫氨基甲酸盐(ammonium 

pyrrolidinedithiocarbamate,APDC)或NADPH氧化酶 

抑制剂能明显抑制高糖介导的NALP3炎性体的活 

性、降低IL一1p水平 。Schroder等n 认为,持续 

高糖不仅能诱导胰岛p细胞表达大量TXNIP,而且 

能通过上调NADPH氧化酶或线粒体损伤产生 

生理科学进展2011年第42卷第4期 

ROS,使TXNIP从硫氧还蛋白(thioredoxin,TRX)中 

分离出来,产生的TXNIP直接活化NALP3炎性体, 

引起IL一1p的成熟和释放,活化的IL一1B一方面直 

接引起胰岛B细胞的死亡和损伤,另一方面通过炎 

症反应和免疫细胞浸润进一步加重胰岛B细胞功 

能障碍,最终导致2型糖尿病。这些研究结果提示, 

阻止NALP3炎性体的活化可以成为预防和治疗2 

型糖尿病的手段。 

(二)NALP3炎性体与痛风 痛风是普通的自 

发炎症性关节炎,以血清高尿酸和反复发作的关节 

内尿酸单钠结晶沉积为特征,成年人发病率约l~ 

2%。最近研究认为,IL.1 B是介导痛风性关节炎的 

重要炎症因子,IL一1B在痛风急性发作中发挥关键 

作用¨ 。IL一1 B的成熟依赖easpase一1,NALP3炎性 

体是活化caspase一1的分子平台。Martinon等用尿 

酸钠晶体(monosodium urate,MSU)刺激腹膜巨噬细 

胞的体内和体外实验均发现,NALP3 一、ASC 一以 

及Caspase一1 一小鼠腹膜炎症反应比野生型小鼠显 

著减轻,IL-1B的成熟和释放受到明显抑制(Marti. 

non等.2006)。说明NALP3炎性体在尿酸钠晶体 

介导IL一1B,引起痛风性炎症反应中扮演重要角色。 

进一步研究发现,秋水仙碱通过抑制MSU被细胞吞 

噬,进而抑制NALP3炎性体的活化,阻止IL一1B的 

成熟来治疗痛风急性发作 J。另有研究用MSU刺 

激THP一1(人单核细胞株)和原代小鼠巨噬细胞发 

现,当细胞外高钾(KC1浓度130 mM)时,钾离子外 

流受到抑制,也阻止了NALP3炎性体的活化,细胞 

培养液上清和细胞裂解液中活化的IL一18蛋白表达 

明显降低 。而NALP3 一的细胞无论胞外高钾 

(KC1浓度130 mM)或正常钾离子浓度,MSU刺激 

后,细胞培养液上清和细胞裂解液中几乎没有活化 

的IL一1B。此外,ROS抑制剂N一乙酰半胱氨酸(N—a. 

cetyl—L—cysteine,NAC)预处理THP.1细胞,MSU刺 

激后,IL一1 B的成熟也明显受到抑制。 

上述研究结果提示,尿酸钠晶体介导的痛风性 

炎症反应可能的机制是尿酸钠晶体被巨噬细胞吞噬 

或者通过钾离子外流或ROS途径,使NALP3炎性 

体活化,激活caspase一1,分泌和释放成熟的IL一1B, 

活化的IL一1B被靶细胞(例如滑膜细胞)上的IL.1 

受体结合,激活炎症转录因子(例如NF—KB),产生 

和释放炎症介质,进一步放大了痛风性炎症反 

应¨ 。有效地阻止尿酸钠晶体活化NALP3炎性 

体,可以作为防治痛风性炎症反应的新方法。 

(三)NALP3炎性体与阿尔兹海默病IL一1B在 

阿尔兹海默病的发病过程中起关键作用,8淀粉样 

蛋白(amyloid一 ,AI3)诱导小神经胶质细胞产生大量 

IL一1p,诱发脑内炎症反应,加重脑组织的损伤(si. 

mard等.2006)。NALP3炎性体参与调控IL一1B的 

活化和分泌。Halle等 的研究结果显示,细胞外 

Ap被原代小鼠小神经胶质细胞吞噬后导致溶酶体 

损伤,释放组织蛋白酶B,激活NALP3炎性体,活化 

caspase一1,最终产生和释放促炎细胞因子IL一13,引起 

脑组织的炎症反应和神经元损伤。提示A6通过激 

活NALP3炎性体,使IL一1B成熟和释放,引起脑组 

织的炎症反应可能是阿尔兹海默病的重要机制。 

(四)NALP3炎性体与肾脏疾病NALP3炎性 

体在肾脏疾病中的作用目前受到广泛关注。Iyer 

等¨ 通过肾脏缺血一再灌注(I/R)模型,分别观察野 

生型小鼠、NALP3 一和ASC 一小鼠肾功能、肾小管 

损伤、肾组织炎症反应以及小鼠死亡率等指标的变 

化,发现野生型小鼠NALP3和ASC mRNA表达显著 

增加并伴有严重肾小管坏死,细胞外基质双糖链蛋 

白聚糖(biglycan)及透明质酸的沉积显著增加,肾间 

质中性粒细胞浸润明显增多,肾脏IL一1B和中性粒 

细胞化学趋化因子KC水平显著上升。与之相反, 

NALP3 和ASC 一小鼠肾组织炎症反应和肾功能 

损伤明显减轻,小鼠死亡率显著降低。说明NALP3 

炎性体在非免疫介导的间质性肾损伤中具有重要的 

作用。新近研究发现,在单侧输尿管梗阻(unilateral 

ureteral obsturction,UUO)模型中,Biglyean 一小鼠 

肾脏caspase一1活性和IL一1 p水平显著下降、肾间质 

浸润的单核细胞数量减少以及肾小管损伤评分显著 

降低 ;而在野生型小鼠,双糖链蛋白聚糖大量聚 

集于。肾小管上皮细胞,先于肾间质巨噬细胞的浸润 

(Schaefer等.2002),肾脏caspase.1活性、IL一1B水 

平明显增高。进一步说明非免疫介导的间质性肾损 

伤可能的机制是通过双糖链蛋白聚糖活化NALP3 

炎性体,激活caspase一1,剪切无活性的IL一1p前体, 

最后分泌和释放成熟IL一1B,导致急性间质性肾损 

伤。上述研究结果提示,NALP3炎性体参与了急性 

间质性肾损伤的发生发展,切断其活化环节能有效 

地防止肾组织炎症反应,为预防和治疗急性肾损伤 

炎症反应提供了的新的思路。 

四、结语 

NALP3炎性体不仅在机体对抗病原微生物的 

天然免疫中发挥重要作用,也能通过识别内源性危 

险信号、代谢性应激介导获得性免疫反应。NALP3 

炎性体活化在非感染性炎症疾病的急、慢性炎症反 

320・ 

生理科学进展2011年第42卷第4期 

8 Halle A,Hornung V,Petzold GC,et a1. rhe NALP3 in- 

lammasome is ifnvolved in the innate immune response to 

amyloid—beta.Nat Immunol,2008,9:857—865. 

9 Hornung V,Bauernfeind F,Halle A,et a1.Silica crystals 

and aluminum salts activate the NALP3 inflammasome 

应等病理生理过程中发挥重要的作用和意义。初步 

的研究结果已证实NALP3炎性体参与了2型糖尿 

病、痛风、肾脏疾病等急慢性非感染性炎症疾病的发 

生发展,阻止NALP3炎性体的活化可能成为防治这 

些疾病的一个新的靶点,但还需要进一步研究来阐 

through phagosomal deslabilization.Nat Immunol,2008,9: 

847~856. 

10 Boni—Schnetzler M,Thorne J,Parnaud G,et a1.Increased 

明其作用机制,为其临床运用提供理论依据。 

参考文献 

interleukin(IL)一1 beta messenger ribonucleic acid expres- 

1 Petrilli V.Dostert C,Muruve DA,et a1.The inflamma— 

some:a danger sensing complex tiggerring innate immunity. 

sion in beta—cells of individuals with type 2 diabetes and 

regulation of IL・-1 beta in human islets by glucose and autos・- 

Curt Opin Immunol,2007,19:615~622. 

2 Jin C,Flavell RA.Molecular Mechanism of NLRP3 Inflam— 

timulation.J Clin Endocrinol Metab,2008,93:4065— 

4074. 

masome Activation.J Clin Immuno1.2010.30:628—631. 

3 Yu HB,Finlay BB.The caspase一1 inflammasome:a pilot of 

11 Zhou R,Tardivel A,Thorens B,et a1.Thioredoxin-inter- 

acting protein links oxidative stress to inflammasome activa— 

tion.Nat Immuno1.2010.11:136~140. 

innate immune responses. 

198~208. 

Cell Host Microbe,2008,4: 

12 Schroder K。Zhou R,Tschopp J.The NLRP3 inflamma- 

some:a sensor for metabolic danger.Science,2010,327: 

296~300. 

4 Marina.Garcia N,Franchi L,Kim YG,et a1.Pannexin一1一 

mediated intracellular delivery of muramyl dipeptide induces 

caspase一1 activation via cryopyrin/NLRP3 independently of 

1 3 Martinon F.Mechanisms of uric acid crystal—mediated an- 

toinflammation.Immunol Rev,2010,233:218—232. 

Nod2.J Immunol,2008,180:4050~4057. 

5 Lamkanfi M,Mueller JL,Vitari AC,et a1.Glybufide inhib— 

14 Iyer SS,Pulskens WP,Sadler JJ,et a1.Necrotic cells tirg- 

ger a sterile inflammatory response through the Nlrp3 in— 

lammasome.fProc Natl Acad Sci U S A,2009,106: 

its the Cryopyrin/Nalp3 inflammasome.J Cell Biol,2009, 

187:61~70. ’ 

6 Ma ̄inon F,Mayor A,Tschopp J.The inflammasomes: 

guardians of the body. Annu Rev Immunol,2009,27: 

20388~20393. 

15 Babelova A,Moreth K,Tsalastra—Greul W,et a1.Bigly— 

229—265. 

7 13ostert C,Petrilli V,Van Rruggen R,et a1.Innate immune 

activation through Nalp3 inflammasome sensing of asbestos 

can.a danger signal that activates the NLRP3 inflamma- 

some via toll—like and P2X receptors.J Biol Chem,2009, 

284・24035~24O48. 

and silica.Science,2008。320:674—677. 

缺省模式神经网络内AI3受神经元活性 

诱导并与老年斑形成相关 

缺省模式神经网络(default—mode network,DMN)是在脑处于静息状态下相互联系的、维持健康代谢活动的若干脑区组成 

的系统,与自闭症、精神分裂症和AD等有重要联系。研究发现AD患者AI3的沉积形成的老年斑主要见于DMN,然而DMN 

内AB沉积易感的机制尚不清楚。Washington大学的Bero等运用APP转基因鼠研究发现,用1TI')(抑制或PTX诱导神经元活 

性时,DMN组织液神经元活性的标记物乳酸与该部位可溶性AI3的浓度一一对应,即DMN内神经元活性与AIS的水平正相 

关:当神经元活性上调时,可溶性AIS水平升高;相反,当神经元活性降低时,n13水平降低;进一步研究发现青年DMN内AI3浓 

度与老年后AI3沉积呈正相关。另外,触须感觉剥夺下调桶状皮质内n13水平,刺激触须则上调AI3水平。该研究证明:DMN 

内持续的神经元活性是Ap形成的危险因子,青年可溶性AB水平高的脑区在老年后极有可能产生老年斑。 

(Nat Neurosci,2011,14:750~758)(张雁磊张吉强) 


发布者:admin,转转请注明出处:http://www.yc00.com/news/1714769297a2512108.html

相关推荐

发表回复

评论列表(0条)

  • 暂无评论

联系我们

400-800-8888

在线咨询: QQ交谈

邮件:admin@example.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

关注微信