NLRP3 炎癥小體作為腎臟疾病潛在治療靶標的研究進展

趙 婷，張芳菲，汪年松，王 鋒

上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院腎內科，上海 200030

急性腎損傷（acute kidney injury, AKI）和慢性腎臟?。╟hronic kidney disease, CKD）是常見的腎臟損傷，具有高發病率、高死亡率和高治療成本的特點。炎癥小體在腎臟疾病的發生和發展中非常重要，尤其是核苷酸結合寡聚化結構域樣受體家族含pyrin 結構域蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor family pyrin domain-containing protein 3, NLRP3） 炎 癥 小 體。本文對NLRP3 炎癥小體在AKI 和CKD 發病中的作用及相關治療研究進展作一綜述。

1 NLRP3 炎癥小體的結構和激活

1.1 NLRP3 炎癥小體的組成成分及各成分作用 NLRP3 炎癥小體由核苷酸結合寡聚化結構域樣 受 體 (nucleotide-binding oligomerization domainlike receptors, NLR)、 凋 亡 相 關 的 斑 點 樣 蛋 白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD, ASC） 和 半 胱 氨 酸 天 冬 氨 酸 蛋 白 酶 1（caspase-1）組成［1］。NLR 由富含亮氨酸的重復序列（leucine-rich repeat, LRR）、吡啶結構域（pyrin domain, PYD）和 1 個中央核苷酸結合結構域（NACHT）組成［2］。NLR 作為一種模式識別受體（pattern-recognition receptor, PRR），可以識別1 種或多種病原相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern, PAMP） 和 宿 主 來 源 的 危 險 相關 分 子 模 式（danger-associated molecular pattern,DAMP）。ASC 作為銜接蛋白，含有與NLRP3 銜接的PYD 域和與caspase-1 銜接的胱天蛋白酶激活和 募 集 結 構 域（caspase activation and recruitment domain，CARD）。Caspase-1 是第 1 個被發現的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。Caspase-1 前體包含CARD、p20 大亞基和p10 小亞基，激活后裂解為p20 和p10，促進白介素1β（IL-1β）、白介素18（IL-18）和焦亡誘導因子Gasdermin D (GSDMD)成熟，發揮誘導炎癥和細胞凋亡作用［3］。

1.2 NLRP3 炎癥小體效應分子 成熟的IL-1β 是炎癥反應的重要介質，并參與多種細胞活動，包括細胞增殖、分化、凋亡以及將炎癥細胞募集到感染部位。IL-1β 可通過影響足細胞蛋白質（如腎素）的產生，破壞足細胞的結構完整性和功能［4］；同時可通過破壞腎小球內皮細胞的緊密連接和黏附，破壞腎小球濾過屏障［5］。IL-18 是腎臟中另一種重要的炎癥細胞因子，參與并調節各種T 細胞的活化和分化，進而參與機體適應性免疫［6］。IL-18 還介導其他炎性細胞因子的產生，如一氧化氮、細胞黏附分子和趨化因子，誘導炎癥細胞活化并向腎臟聚集［7］。此外，GSDMD 作為 caspase-1 的下游靶標，由caspase-1 誘導裂解成熟，從而在細胞焦亡和IL-1β 分泌中發揮重要作用［8］。

1.3 NLRP3 炎癥小體激活主要過程 NLRP3 炎癥小體激活包含啟動和激活兩個步驟：第1 步，在PAMP 和DAMP 作用下，多種通路激活促炎性 核 因 子 -κB（nuclear factor -κB, NF-κB）， 促使 NLRP3、ASC、caspase-1 前 體、IL-1β 前 體和IL-18 前體轉錄和表達，即NLRP3 炎癥小體及其下游分子原料準備［9］；第 2 步，NLRP3 通過PYD-PYD 域相互作用招募ASC，隨后ASC 通過CARD-CARD 相互作用募集caspase-1 前體而組裝成NLRP3 炎癥小體，并激活caspase-1 前體，即NLRP3 的組裝和激活［10］（圖 1）。

圖1 NLRP3 炎癥小體激活的機制

1.4 NLRP3 炎癥小體在腎臟中激活的機制 NF-κB/NLRP3 是NLRP3 炎癥小體激活的重要路徑之一，淫羊藿苷和厚樸酚可通過調節NF-κB/NLRP3途徑減輕狼瘡性腎炎（lupus nephritis, LN）患者的腎臟損傷［11-12］。有研究［13］發現，嘌呤能受體P2X7 在NLRP3 炎癥小體激活中發揮重要作用。該研究發現，在LN 小鼠模型中，P2X7/NLRP3 信號通路中炎性分子顯著增加，而抑制P2X7 可抑制NLRP3-ASC-caspase-1 的組裝，表明NLRP3 炎癥小體在LN 中起至關重要的作用。最近研究［14］發現，P2X4 在缺血再灌注（ischemia-reperfusion,I/R）誘導的AKI 小鼠模型中通過激活NLRP3 炎癥小體誘導腎臟炎癥和腎臟細胞凋亡；相反，P2X4缺失可預防缺血性AKI，減少腎小管壞死，減輕腎臟細胞凋亡，減少腎臟中性粒細胞浸潤。P2X 相關NLRP3 炎癥小體激活機制見圖1。

高葡萄糖、脂多糖和氧化應激等能促進NLRP3 炎癥小體的組裝和激活［15-16］。ROS-硫氧還蛋白互作蛋白（ROS-thioredoxin-interacting protein，TXNIP）是NLRP3 炎癥小體激活過程中的另一重要分子。Gao 等［17］和 Wang 等［18］發現，在高葡萄糖環境下，TXNIP 激活還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH）氧化酶后，足細胞中NLRP3 炎癥小體激活，進而引起足細胞損傷［17-18］。Wen 等［19］發現，抑制 mROS 產生可以抑制NLRP3 和TXNIP 的共定位以及NLRP3 炎癥小體的激活；此外，TXNIP siRNA 明顯抑制了I/R 損傷小鼠模型中的NLRP3 炎癥小體激活。該研究表明，mROS-TXNIP-NLRP3 是I/R 誘導的AKI 發生的關鍵信號傳導途徑，為針對NLRP3 炎癥小體信號途徑的基因治療提供了新方式。

1.5 非炎癥小體依賴的NLRP3 的作用 除NLRP3炎癥小體外，NLRP3 在腎臟中也獨立于炎癥小體發揮作用。Wang 等［20］報道，NLRP3 獨立于炎癥小體而直接促進轉化生長因子β（transforming growth factor-β, TGF-β） 信 號 傳 導 和 R-Smad 活化，進而促使上皮間質轉化。TGF-β 誘發的纖維化信號可在NLRP3 缺乏的成纖維細胞中減弱［21］。NLRP3 還可與線粒體中的ASC 和caspase-8 形成復合物，調節腎臟和腸上皮中的細胞凋亡［22］。在凋亡過程中，線粒體抗病毒信號蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein, MAVS）可連接并激活線粒體中的 caspase-8［23］。Kim 等［24］發現，缺氧時腎小管細胞中的NLRP3 從細胞質重新定位于線粒體并與MAVS 結合，而缺氧時NLRP3 或MAVS 的缺失可減少線粒體ROS 的產生和線粒體膜電位的去極化，從而保護腎臟免受損傷。因此，NLRP3可獨立于炎癥小體發揮作用，其機制有待進一步闡明。

2 NLRP3 炎癥小體在AKI 中的作用

2.1 NLRP3 炎癥小體在I/R 中的作用及機制 I/R損傷腎臟中NLRP3 炎癥小體蛋白（NLRP3、caspase-1、GSDMD 和 IL-1β） 增 加， 而 NLRP3基因缺失可顯著減輕腎臟損傷［25-26］。在I/R 介導的AKI 中，NLRP3 炎癥小體主要定位于腎小管上皮細胞［19］。多種信號通路與I/R 誘導的AKI中NLRP3 炎癥小體的激活有關。Tang 等［27］證明NLRP3 和ASC 共定位于核周間隙，并認為溶酶體組織蛋白酶可能是NLRP3 炎癥小體的激活劑之一。該研究還發現，組織蛋白酶B、組織蛋白酶D 和組織蛋白酶L 均調節NLRP3 炎癥小體成分（caspase-1 前體和IL-1β 前體）的表達，但僅組織蛋白酶B 和組織蛋白酶L 通過裂解的caspase-1和IL-1β 誘導NLRP3 炎癥小體活化，表明組織蛋白酶可能誘導NLRP3 炎癥小體活化，且不同類型的組織蛋白酶可能發揮不同的作用。P2X4 在I/R 誘導的 AKI 中通過促進 NLRP3 和 caspase-1 表達及IL-1β 加工誘導NLRP3 炎癥小體信號轉導，而P2X4 的缺失或拮抗則可預防缺血性AKI［14］。Xiao 等［28］發現，糖尿病小鼠更易發生I/R 及AKI，mROS-TXNIP-NLRP3 通路在其中發揮重要作用。Pang 等［29］觀察到在 I/R 介導的 AKI 小鼠模型中GSDMD 的表達水平明顯升高，提示NLRP3 炎癥小體介導的焦亡在I/R 介導的 AKI 損傷中發揮作用。Nazir 等［30］發現， NLRP3 可獨立于炎癥小體在AKI 中起作用，在腎臟I/R 中，NLRP3 導致組織損傷過程與ASC 和細胞因子產生無明顯相關性。Cell 發表的一項研究［31］表明，多巴胺可以通過抑制NLRP3 炎癥小體來控制全身性疾病。D-1 多巴胺受體相互作用因子A68930 可減少線粒體損傷并改善I/R 誘導的AKI 小鼠的腎功能損傷［32］。這些發現為I/R 介導AKI 的機制研究和治療提供了新的方向。

2.2 NLRP3 炎癥小體在造影劑腎病中的作用及機制 造影劑損傷為AKI 的另一個常見原因，導致腎臟細胞功能障礙和凋亡。Lau 等［33］發現，暴露于造影劑的AKI 患者的尿白細胞中IL-18 和裂解caspase-1 的水平升高。Shen 等［34］發現，在對比劑處理的人腎近端腎小管細胞HK-2 中，NLRP3 和ASC 水平升高，而NLRP3 或ASC 的缺失可以減弱IL-1β 和 IL-18 的分泌，且抑制 HK-2 凋亡。Lin 等［35］報道，在體內和體外造影劑腎病模型中，腎小管上皮細胞能誘導線粒體自噬，而PINK1-Parkin 通過介導線粒體自噬而減少NLRP3 炎癥小體激活進而發揮腎臟保護作用。該發現為抑制NLRP3 炎癥小體激活提供了新思路。但是，造影劑在體內和體外不同細胞中與NLRP3 關系不同，如造影劑可通過激活巨噬細胞中的NLRP3 炎癥小體引起腎臟損傷，而在體外可不依賴NLRP3直接誘導腎小管上皮細胞死亡［33］。因此，造影劑在體內不同細胞中對NLRP3 炎癥小體的作用以及機制仍需要進一步求證。

2.3 NLRP3 炎癥小體在膿毒癥誘導的AKI 中的作用及機制 膿毒癥誘導的AKI（sepsis induced AKI, S-AKI）模型通常通過在小鼠腹腔內注射脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）建立。研究發現，在S-AKI 體內和體外模型中，NLRP3、裂解caspase-1、IL-1β 和 IL-18 蛋白均顯著增加［36-37］，NLRP3 炎癥小體誘導的炎癥和氧化反應可導致S-AKI 的發生［38］，而 LPS 誘導的 AKI 可在 NLRP3炎癥小體和氧化應激被抑制后減輕［39］。此外，Huang 等［40］報道，NLRP3 炎癥小體誘導的細胞凋亡也是S-AKI 損傷的重要機制。

3 NLRP3 炎癥小體在CKD 中的作用

CKD 的臨床發病率高，且患者常預后不良。最近一項納入80 例CKD（高血壓腎病、糖尿病腎病、腎小球腎炎、阻塞性腎病和多囊腎?。┗颊叩难芯浚?1］表明，NLRP3 的表達水平隨CKD 嚴重程度的增加而升高。

3.1 NLRP3 炎癥小體在腎纖維化中的作用及機制 腎纖維化是各種CKD 的發展重要機制和共同途徑，導致腎功能進行性喪失，并最終導致終末期腎衰竭。細胞外鈣通過鈣敏感受體啟動信號轉導后，可有效激活NLRP3 炎癥小體并誘導腎纖維化［42］。Schmidt-Lauber 等［43］也證明，在造影劑腎病小鼠模型中，NLRP3 炎癥小體激活促進IL-1β 分泌和腎纖維化。而體外實驗［44］也表明，IL-1β 可誘導CKD 發展及腎小管上皮細胞向成纖維細胞轉化。敲除NLRP3 基因可保持小鼠腎小管中線粒體的形態，改善CKD 相關高血壓和蛋白尿，并減輕腎纖維化［45-46］?？傊?，NLRP3 炎癥小體通過介導氧化應激和炎癥誘導腎纖維化［47］。此外，NLRP3 可獨立于炎癥小體介導腎臟炎癥、損傷和纖維化［20］。

3.2 NLRP3 炎癥小體在糖尿病腎?。╠iabetic kidney disease, DN）中的作用及機制 DN 是 CKD的最常見原因之一。NLRP3 mRNA 在2 型糖尿病患者腎臟中增加，在DN 患者中水平更高［48-49］。另一項研究［50］也發現，腎小管間質損傷的糖尿病患者腎小管中NLRP3 炎癥小體表達增加。在DN 小鼠的腎小球內皮細胞和足細胞中也觀察到NLRP3 炎癥小體激活［50］。NLRP3 炎癥小體的激活誘導促炎因子的產生，并進一步促進DN 患者發生胰島素抵抗［51］。相反，敲除或抑制NLRP3 可降低糖尿病腎臟損傷［50］。NLRP3 炎癥小體在DN發生過程中的激活涉及多種通路，如核因子E2 相關因子 2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2） 通 路［52］、ROS/TXNIP 通 路［53］、NF-κB 通路和 P2X7/NLRP3 通路［54］。此外，自噬可抑制NLRP3 炎癥小體的激活［55］。而在DN 大鼠模型中，線粒體自噬通過調節巨噬細胞M1、M2 比例減輕機體炎癥反應和進一步損害，維持體內穩態［56］。最近研究［57］表明，NLRP3 通過抑制足細胞自噬，介導DN 小鼠模型的腎臟損害。

3.3 NLRP3 炎癥小體在單側輸尿管阻塞模型中的作用及機制 單側輸尿管阻塞模型（unilateral ureter obstruction, UUO） 作 為 CKD 模 型， 為 腎纖維化進展的分子和細胞機制研究提供了基礎。UUO 的特征為進行性腎纖維化伴細胞外基質（extracellular matrix, ECM）沉積和腎小球損傷評分增加。UUO 小鼠中NLRP3 炎癥小體及其下游細胞因子（如成熟的IL-1β 和IL-18）增加［58］。此外，與對照小鼠相比，NLRP3 基因敲除的UUO 小鼠的腎纖維化、ROS 損傷和凋亡減弱，線粒體形態和功能損害較?。?6］。

3.4 NLRP3 炎癥小體在IgA 腎病中的作用及機制 IgA 腎 ?。↖gA nephropathy, IgAN） 是 最 常見的腎小球腎炎。有25%～30%的IgAN 患者在患病20 年后出現腎衰竭。IgAN 小鼠巨噬細胞中NLRP3 炎癥小體被IgA 免疫復合物激活，而NLRP3 敲除小鼠的腎損傷減輕［59］。從 IgAN 患者血清中分離獲得的Dys-糖基化的IgA1 可誘導足細胞中NLRP3 表達，并引起足細胞巨噬細胞轉化，進而導致腎臟炎癥和纖維化［60］。這些證據表明，NLRP3 在IgAN 發展中起重要作用，具體的機制還有待進一步研究。

3.5 NLRP3 炎癥小體在LN中的作用及機制 NLRP3炎癥小體成分（NLRP3、ASC、caspase-1 和IL-1β）在LN 小鼠腎臟中表達增加［13］。在人和小鼠的足細胞中，NLRP3、caspase-1 和IL-1β 的表達增加，同時caspase-1 p20 表達增加，表明NLRP3 炎癥小體被激活［61］。而沉默或抑制NLRP3 可顯著減輕LN 小鼠腎臟損害［62-63］。一項納入 86 例 LN 患者的研究［64］表明，NLRP3 主要定位于腎小管細胞，且NLRP3 表達水平與系統性紅斑狼瘡疾病活動指數評分正相關。這些證據表明，NLRP3 炎癥小體在人和鼠的多種腎臟細胞中表達并發揮作用。另外，有研究［63］發現，NLRP3 炎癥小體在LN 小鼠中誘導的炎癥和氧化應激與IL-1β 有關，而與IL-18 無關。

4 在腎臟疾病中靶向NLRP3 炎癥小體的藥物

目前已有多種針對NLRP3 炎癥小體的生物抑制劑（表1），但這些抑制劑對腎臟疾病的有效性和安全性尚未確定。

表1 針對NLRP3 炎癥小體的藥物在腎臟中應用的研究進展

4.1 以NLRP3 為靶標的藥物 MCC950 是目前最有效、特異度最高的NLRP3 抑制劑［87］。MCC950是一種二芳基磺酰脲小分子化合物，通過抑制ASC 寡聚反應選擇性抑制NLRP3 炎癥小體的活性［88］。MCC950 可通過抑制糖尿病腎病模型體內和體外的NLRP3/caspase-1/IL-1β 途徑，減輕腎小球基底膜增厚、足細胞損傷和腎臟纖維化程度［65-66］。MCC950 可降低高血壓小鼠的血壓和尿蛋白水平，減輕腎臟炎癥和纖維化［67］。MCC950 通過抑制結晶性腎病中的炎癥小體活化以及IL-1β 和IL-18 的產生來改善腎纖維化［68］。MCC950 還可以減輕肥胖相關性腎小球病和狼瘡易感模型中的足細胞損傷，以及膿毒癥引起的腎臟損傷［69-71］。此外，MCC950 可通過減輕氧化應激和炎癥，改善腎小管損傷和腎纖維化來改善順鉑引起的腎功能不全［47］。雖然已有上述研究結果，且MCC950 具有小分子和高特異性的優點，但其應用于治療腎臟疾病的安全性尚待闡明。有研究［72］顯示，由于肝毒性，已停止MCC950 治療Ⅱ期類風濕性關節炎的臨床試驗。

曲尼司特是色氨酸代謝產物的類似物，是一種傳統的抗過敏藥。最近證實曲尼司特能直接作用于NLRP3 抑制其活性［73］。曲尼司特通過增強NLRP3 泛素化，與其NACHT 結構域結合并抑制NLRP3-NLRP3 的直接相互作用，從而中斷NLRP3炎癥小體的組裝和激活［73-74］。曲尼司特可降低氧化應激［89］、抑制肥大細胞浸潤［85］、抑制 ECM 沉積［86］、緩解上皮-間質轉化［90］，減少蛋白尿［91］、減輕腎小管間質纖維化［92］，在預防腎臟纖維化進展中起重要作用。曲尼司特還能改善環磷酰胺和環孢素誘導的腎毒性［75-76］。曲尼司特已被批準用于治療多種炎癥性疾病，其耐受性好、不良反應少［73］。盡管曲尼司特尚未被批準用于治療腎臟疾病，但上述研究顯示其已在動物實驗中顯示出巨大潛力。期望未來研究其在各種腎臟疾病中的效果和安全性。

β-羥基丁酸酯（β-hydroxybutyrate, BHB）是近年來發現的NLRP3 炎癥小體抑制劑，可防止K+外流并抑制 ASC 寡聚和斑點形成［77］。研究［21］發現，BHB 能減輕高草酸鹽飲食小鼠的腎小管損傷，還可將巨噬細胞表型從促炎表型轉變為抗炎表型。這提示BHB 可減輕腎臟炎癥，且可能通過抑制NLRP3 炎癥小體而成為治療腎臟相關疾病的潛在藥物。

CY-09 是目前發現的NLRP3 炎癥小體直接抑制劑。CY-09 通過與NACHT 域的 ATP 結合基序結合，并抑制NLRP3 ATP 酶的活性，從而抑制NLRP3 炎癥小體的組裝和激活［78］。CY-09 在多種疾病的動物模型中發揮作用，包括肥胖癥及其相關的非酒精性脂肪肝［93］、2 型糖尿?。?8］和癲癇［94］等，然而其應用于腎臟疾病的報道較少。目前，僅發現CY-09 對I/R 誘發的腎功能不全具有改善作用［79］。

4.2 以 caspase-1 為靶標的藥物 VX-740 和VX-765 是抑制caspase-1 的擬肽前藥，應用于銀屑病、關節炎和癲癇的臨床試驗已進展到Ⅱ期，但是由于肝毒性而被迫停止［80］。在腎臟疾病中的應用目前還未見相關的臨床試驗。

4.3 以 P2X7 為靶標的藥物 AZD9056 是第 1 個通過臨床試驗的P2X7 受體拮抗劑，可顯著改善Ⅱa 期類風濕關節炎。除AZD9056 外，其他P2X7抑制劑如CE-224535 也已進入臨床試驗階段［95］，但尚無其應用于腎臟疾病治療的研究。

亮藍G（brilliant blue G，BBG）是一種選擇性P2X7 受體拮抗劑。實驗證明，BBG 可以減輕炎癥及纖維化［82-83］。BBG 可減輕Dahl 鹽敏感性大鼠和LN 小鼠的腎臟損傷［84］。BBG 能抑制巨噬細胞和成纖維細胞浸潤，減少炎癥因子和膠原蛋白表達，抑制細胞凋亡，促進腎小管細胞的再生［96］。但是，BBG 應用于腎臟疾病的安全性和臨床療效尚待研究。

4.4 以K+通道為靶標的藥物 Lamkanfi 等［97］發現，格列本脲與ATP 敏感的K+通道結合可以抑制NLRP3。作為一種NLRP3 炎癥小體抑制劑，格列本脲能抑制腺嘌呤誘發的大鼠CKD 和腎臟纖維化［98］。但是作為降糖藥，格列本脲引起的低血糖和葡萄糖代謝紊亂限制了其在其他疾病中的應用［99］。

5 小 結

NLRP3 炎癥小體的功能及其在腎臟疾病中的作用取得了較大的研究進展。NLRP3 炎癥小體參與多種腎臟疾病的發生發展，但其進一步作用機制及臨床應用仍有待研究，且獨立于炎癥小體的NLRP3 作用的研究仍在起步階段。深入了解其相關信號傳導途徑、調節機制和病理學意義有助于腎臟疾病預防和治療新策略的提出。

與目前使用的較大分子的生物制劑相比，直接靶向NLRP3 炎癥小體的小分子抑制劑具有針對性強和成本較低的優勢，而且由于藥物濃度較小而毒性較小，因此展示出很好的應用前景。部分正在研發的靶向NLRP3 炎癥小體及其下游效應因子的藥物在治療其他疾病中取得了可喜的成果，但在腎臟中的研究仍較少。這些藥物可能具有治療AKI 和CKD 的潛在價值。但是將實驗數據轉化進而應用于臨床仍需很長時間，這些藥物治療腎臟疾病的有效性和安全性也有待明確。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。