與NLRP3炎性小體通路相關感音神經性聾的研究現狀*

翟思佳 尹時華

核苷酸結合寡聚結構域樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)作為模式識別受體，可識別各種危險信號，幫助炎癥小體組裝，促使半胱氨酸天冬氨酸蛋白酸1(caspase-1)前體成熟并釋放白介素-1β(IL-1β)、白介素-18(IL-18)，間接促進腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor α,TNF-α)等炎癥因子上調。越來越多的研究證實NLRP3炎性小體與多種感音神經性聾的發生發展密切相關。最早有報道指出NLRP3 炎性小體與一些家族性遺傳性疾病的發病有關，如：家族性地中海發熱和Muckle-Wells 綜合征[由NLRP3突變而引起在螺旋神經節(spiral ganglion,SGN)高表達]等，后來又發現與老年性聾、巨細胞病毒(CMV)感染誘發感音神經性聽力損失有關。本文對感音神經性聾疾病中有關NLRP3的研究進行綜述，對已開發的分子靶向治療藥物進行分類介紹，為未來開展相關研究提供參考。

1 NLRP3炎性小體及相關通路

NLRP3炎性小體是一種細胞內先天免疫傳感器，主要在粒細胞、單核/巨噬細胞、小膠質細胞、Kupffer 細胞、樹突狀細胞、B 細胞和T 細胞等免疫細胞以及肝細胞、上皮細胞和角細胞等非免疫細胞中表達[1～3]，其主要分布在口咽、食管、宮頸和陰道粘膜的非角質化上皮，膀胱和輸尿管的上皮細胞也能表達NLRP3 炎性小體[4]。NLRP3蛋白作為炎癥小體傳感器分子模式識別受體，包含一個吡啶結構域(PYD)，一個核苷酸結合位點(NACHT)以及一個富含亮氨酸的重復序列(LRR)[5]。

當NLRP3炎性小體被激活時，一方面上游的傳感器分子模式識別受體NLRP3通過PYD域與凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)相互作用，另一方面ASC通過CARD域介導效應蛋白caspase-1前體的募集，最終形成NLRP3炎性小體復合物，該復合物可啟動caspase-1的自我切割和活化caspase-1的形成?；钚詂aspase-1可以加工前體IL-1β成為成熟IL-1β，因而NLRP3炎性小體的激活導致炎性細胞因子IL-1β的分泌[1,6,7]。NLRP3編碼的蛋白質對于關鍵炎性細胞因子IL-1β的分泌、免疫反應、炎癥反應和細胞凋亡均非常重要。NLRP3炎性小體的激活受到嚴格調控，其激活需要至少兩個信號[8]，第一信號包括Toll樣受體配體，例如：細菌脂多糖(LPS)[2]；第二信號可以是液晶分子、成孔毒素、三磷酸腺苷(ATP)或細胞外鈣等[9,10]。隨著研究的深入，不斷有文獻報道多種內外因素均可使NLRP3 炎性小體組裝活化，比如通過促進鉀離子外流和誘導線粒體產生大量活性氧(ROS)，可使NLRP3 炎性小體活化，激活caspase-1，使IL-1β成熟并分泌。成熟的IL-1β與靶細胞的IL-1β 受體結合后，激活下游信號轉導因子，如：核轉錄因子NF-κB 等，生成大量炎癥介質，進一步加重其誘導的炎癥反應[11]。

2 NLRP3炎性小體在感音神經性聾發生發展過程中的相關作用機制

NLRP3炎性體可在內耳中激活，耳蝸中的一些巨噬細胞和/或單核細胞樣細胞可能與先天免疫應答和聽力下降有關，這在小鼠模型中也進行了驗證；巨噬細胞樣細胞散布在所有耳蝸組織中，包括聽覺神經、螺旋神經節、基底膜、血管紋和螺旋韌帶[12]，巨噬細胞可能通過影響血管紋的功能而影響聽力[13],其中螺旋神經節細胞更是聯系耳蝸與聽覺中樞的樞紐。由于NLRP3基因在小鼠整個內耳的免疫細胞(巨噬細胞/單核細胞)中表達，當受到危險信號的刺激時(如LPS和ATP)，耳蝸可以通過激活NLRP3炎癥小體、分泌更高水平的IL-1β來介導自身局部炎癥，從而引發聽力下降。所以NLRP3炎癥小體的激活可能影響耳蝸和聽覺功能，導致內耳、聽神經或中樞神經系統的聽覺通路功能障礙，造成感音神經性聾的發生。結合NLRP3炎癥小體的相關通路，推測感音神經性聾發生發展過程中NLRP3炎性小體通路的可能作用機制如圖1所示。

感音神經性聾的發生過程與年齡、暴露于耳毒性藥物、噪聲、核或線粒體基因突變等因素相關，如NLRP3基因突變可導致感音神經性聽力損失[14]。免疫染色顯示NLRP3在小鼠耳蝸螺旋神經節神經元中強烈表達，其在螺旋神經節神經元中可能具有特定功能，并且可能與綜合征及非綜合征型感音神經性聾相關[15]。

2.1NLRP3與CMV感染誘發感音神經性聽力損失(SNHL) 先天性巨細胞病毒(congenital cytomegalovirus,CMV)感染是兒童感音神經性聽力損失最常見的感染原因，同時也是感音神經性聽力損失的重要原因，在CMV小鼠巨細胞病毒(murine congenital cytomegalovirus,MCMV)感染后聽力損失小鼠模型的發病機理和炎癥反應作用的機制研究中，發現CMV依次誘導耳蝸炎癥小體相關因子caspase-1、下游炎性因子IL-1β和IL-18激活增加，并可能進一步上調IL-6和TNF-α的表達,這些炎性因子具有神經毒性，可能會導致聽力受損[16]。在耳蝸螺旋神經節神經元中的炎性小體相關因子增加，并且MCMV增加了活性氧(ROS)的含量，說明NLRP3炎性小體通路作為一種新型的固有免疫機制，可能會導致聽力障礙[17]。

2.2NLRP3與老年性聾 老年性聾是一種與年齡相關的雙側對稱性感音神經性聽力損失(不包括任何其他原因)[18],主要與周圍和中樞聽覺系統的感覺或轉導神經細胞變性有關。既往研究發現衰老的耳蝸中ROS的產生增加并有炎癥反應[19]，而免疫細胞中ROS積累可能是NLRP3炎癥小體激活的原因[20]。最新研究發現，與年輕小鼠相比，衰老小鼠內耳中激活的NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18的水平顯著增加，此外，NLRP3作為ROS的傳感蛋白，其相關炎癥小體的激活還會導致耳蝸炎癥反應[21]?？偠灾?，衰老小鼠耳蝸中NLRP3炎性小體激活引發的炎癥似乎在年齡相關性聽力損失(age related hearing loss,ARHL)的病理過程中起著重要作用，這可能是老年性聾的潛在原因。

2.3NLRP3突變導致冷炎素相關周期熱綜合征(CAPS) 當1號染色體上編碼NLRP3 的Cias1 基因發生突變時，突變患者的免疫細胞中NLRP3不能自我抑制，只需要初始啟動信號，無需第二個激活信號，始終處于激活狀態[23]，通過組裝活化NLRP3 炎性小體，持續地將pro-IL-1β 和pro-IL-18 剪切為成熟的IL-1β 和IL-18，誘導IL-1β大量分泌，引起機體過度的炎癥反應[5]。這種NLRP3炎性小體的功能獲得性突變會導致一系列常染色體顯性遺傳的系統性自身炎癥性疾病，被稱為冷炎素相關周期熱綜合征，是一種罕見的單基因自身炎癥性疾??；包括3種臨床亞型: 新生兒多系統炎性疾病或慢性嬰兒神經皮膚關節綜合征(NOMID/CINCA)、Muckle-Wells綜合征(MWS)、家族性寒冷性自身炎癥綜合征(FCAS);其共有的臨床特征是反復發作的多系統炎癥,主要表現為發熱、關節痛及蕁麻疹,可累及皮膚、肌肉、骨骼、關節、眼、耳以及中樞神經系統。所有CAPS亞型均包括全身炎癥的血清學證據。

聽力損失是CAPS的最常見表現之一[23]，據Ahmadi等[24]報道在診斷為CAPS的57例患者中，NOMID、NOMID / MWS、MWS和FCAS受試者的聽力損失患病率分別為76%、86%、33%和25%?？梢娐犃p失是NOMID和MWS的特征，但在FCAS中較少[24,25]，通常高頻聽力損失更嚴重，且隨著年齡的增長加重，其中感音神經性聾占絕大多數。

對NOMID或MWS患者的聽力學和放射學研究表明，NLRP3突變通過影響耳蝸功能而導致聽力下降。MRI造影檢測到耳蝸病理性信號增強，并伴有液體衰減反轉恢復(MRI-FLAIR)[24]，說明耳蝸有炎癥反應，其血流量、血管通透性均增加[26]。在此疾病中，耳蝸可能是系統性自發炎癥的外圍次要靶標，但也可能疾病本身就是起源于內耳局部的自發性炎癥，耳蝸中巨噬細胞和/或單核細胞的自身免疫炎癥也在slc26a4基因缺陷所致耳聾小鼠模型中得到驗證[13,27,28]。

2.4NLRP3突變導致非典型CAPS和非綜合征型聽力損失 部分綜合征型聾除表現為聽力下降外，還伴有其他表型，MWS等表型的伴隨癥狀通常較輕，且無明顯特異性，常被忽視而誤診為非綜合征型聾，如：已經報道的攜帶NLRP3的p.Arg918Gln功能突變的LMG446家族，即為非典型CAPS表型，患者有進行性雙側感音神經性聽力減退和全身自發性炎癥的癥狀和體征，但沒有血清學的炎癥跡象，不滿足NOMID、MWS或FCAS的診斷標準。MRI-FLAIR造影顯示治療前所有受試者耳蝸的信號異常增加[29]，說明耳蝸發生了炎癥反應。

而另一攜帶相同p.Arg918Gln突變的LMG113家族，其聽力損失是雙側對稱進行性的，由于沒有任何其他CAPS靶器官表現，因而診斷為常染色體顯性遺傳非綜合征型聽力損失，顳骨MRI-FLAIR檢查后發現，耳蝸的病理性信號增強與在NOMID或MWS感音神經性聽力損失患者中觀察到的相似，但不嚴重[29]，可以作為耳蝸炎癥反應的放射學證據，表明該家族患有NLRP3炎性小體相關的感音神經性聽力損失。

3 針對NLRP3炎性小體通路的分子靶向治療藥物

多種內外因素引發NLRP3炎性小體的活化、IL-1β產生增加造成感音神經性聽力損失[5,22,30～32]，IL-1β通過與I型IL-1受體及IL-1受體輔助蛋白的結合來完成信號轉導。由于IL-1β在整個NLRP3炎癥小體通路中發揮關鍵效應作用，目前已批準了三種能阻滯IL-1β作用的治療藥物：anakinra(重組IL-1受體拮抗劑)，rilonacept(IL-1受體阻滯劑)和canakinumab(抗IL-1β單克隆抗體)。這些IL-1受體拮抗劑目前已用于治療CAPS患者的感音神經性聽力損失，結果顯示用藥后其臨床癥狀、體征、炎性標志物水平以及生活質量均獲得了顯著改善[23,33,34]。

有關IL-1受體拮抗劑成功治療NLRP3炎癥小體介導的感音神經性聽力損失的臨床報道顯示，對26例NOMID患者用anakinra治療60個月后，大多數患者的感音神經性聾得以穩定，30%患者的聽力改善，通過MRI-FLAIR觀察到耳蝸異常信號增強的患者異常信號均減弱[35]。而anakinra治療后聽力不完全改善可能反映了先前慢性炎癥已引起了耳蝸不可逆的損害，因此在感音神經性聽力損失發生后，迅速開展針對NLRP3介導自體炎癥的治療，對逆轉其耳蝸損害至關重要[23,26,34]。Marchica等[36]的病例報道顯示，一例MWS患兒抗IL治療后其單側感音神經性聽力損失達到了聽力學痊愈。作為非典型CASP，LMG446家族接受了5個月的皮下注射anakinra治療，純音測聽閾值恢復到正常范圍內[29]。這些結果表明，由NLRP3炎性小體激活引起的耳蝸炎癥反應所導致的感音性聽力損失可通過IL-1β阻斷療法所逆轉或改善，并且聽力損失恢復程度與年齡相關，年齡較小聽力損失更明顯[37]。

NLRP3信號通路機制可能是NLRP3炎癥小體相關感音神經性聽力損失的基礎，針對此信號通路的相關靶點開展阻斷療法可能會對這些疾病十分有效。

4 小結與展望

NLRP3 炎性小體是目前比較熱門的研究領域,隨著研究的深入，大家對它的認識愈發全面。在不同類型耳聾疾病小鼠模型中，NLRP3在耳蝸螺旋神經節等部位激活，依序激活caspase1、IL-1β等相關炎癥因子，引起多種感音神經性聾疾病。NLRP3炎性小體可能在多種聽力疾病中影響耳蝸和聽覺功能，但其具體機制仍未明確，比如不同的內外激動因素是否有最終的共同通路能夠使其活化？NLRP3 炎性小體與其它炎性小體是否有著復雜的相互作用？因此，關于NLRP3 炎癥小體信號通路的相關靶點作為治療聽覺疾病分子靶向治療藥物開發的突破點有待進一步更廣泛的研究。