卢国 郑东森 李瀚文 洪浩
【摘 要】细胞焦亡是一种强烈促炎性的程序性细胞死亡过程,由半胱氨酸蛋白酶-1（caspase-1）介导,NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体和Toll样受体蛋白4（TLR4）信号通路共同调控,其在痛风性关节炎发病过程中扮演了重要角。本文对痛风性关节炎中细胞焦亡的调控机制进行系统阐述,为新药研究提供方向。 【期刊名称】《药学研究》
【年(卷),期】2017(036)005
【总页数】4页(P292-294,304)
【关键词】细胞焦亡 痛风性关节炎 NOD样受体蛋白3 半胱氨酸蛋白酶-1 Toll样受体蛋白4
【作 者】卢国 郑东森 李瀚文 洪浩
【作者单位】中国药科大学药理教研室,江苏南京210009
【正文语种】中 文
【中图分类】R589.7
痛风性关节炎是体内尿酸浓度过高，尿酸盐结晶析出并沉积于关节周围而引发的炎症[1]，随着人们生活水平的提高，饮食结构的改变，痛风性关节炎的患病率呈逐年上升趋势，男性高于女性，大约11.5%男性高尿酸血症患者会出现痛风症状[2]，不但给患者日常活动带来了障碍，并且需花费高昂的医疗费用，成为亟待解决的公共健康问题，NOD样受体蛋白3(nod－like receptor protein，NLRP3)炎症小体和Toll样受体蛋白4(toll－like receptor－4，TLR4)信号通路调控的细胞焦亡在痛风性关节炎发病过程中的作用不容忽视，本文系统阐述了其调控机制，为研究新型抗痛风药物提供参考，
痛风性关节炎是体内尿酸代谢异常，尿酸过多引起的自身免疫性疾病(autoinflammatory disease，AID)，患者关节局部肿胀，皮肤暗红，并伴有剧烈疼痛[3]，其病因主要有:①体内尿酸产生过多，②肾脏尿酸排泄减少，③摄入富含嘌呤和蛋白的食物过多等等，酗酒、疲劳、受寒、感染等为其常见诱因[4]，目前药物主要有3类:①抑制尿酸生成，如:别嘌呤醇、非布索坦等，②促进尿酸排泄，如:苯溴马隆、丙磺酸等，③缓解炎症，如:秋水仙碱
、非甾体抗炎药及糖皮质激素等，
1苯基1丙酮富含嘌呤和蛋白的食物在体内代谢产生尿酸，摄入过多导致体内尿酸产生过多，在急性痛风性关节炎的发病过程中，关节内尿酸浓度过饱和形成尿酸盐结晶(monosodium urate crystals，MSU)，作为异物进而触发机体固有免疫反应，使得免疫系统过度反应，导致关节及其周围组织的急性炎症反应[5]，在这一过程中，MSU首先直接与滑膜细胞及单核/巨噬细胞反应，进而趋化中性粒细胞，并发生爆发式级联扩增反应，其中NLRP3和TLR4作为模式识别受体发挥了关键作用[6]，
细胞焦亡(pyroptosis)是在2001年由Cookson等[7]研究发现的一种炎症性程序性细胞死亡方式，细胞焦亡由包括半胱氨酸蛋白酶－1(caspase－1)和caspase－4/5/11在内的炎性caspase活化而诱发，caspase－4/5/11诱导细胞焦亡，在内毒素休克和革兰阴性细菌诱导的败血症中发挥至关重要的作用[8]，而caspase－1则是细胞焦亡的经典激活途径，由NLRP3炎症小体复合物在感知病原信号后激活，是细胞质天然免疫最为重要的通路之一，在痛风性关节炎的发病中扮演重要角，caspase－1介导细胞焦亡，伴有白细胞介素－18 (IL－18)和白细胞介素－1β(IL－1β)等大量促炎因子的释放，诱发级联放大的炎症反应[9]，
细胞焦亡时，细胞核染DNA发生与细胞凋亡类似改变，其区别于细胞凋亡的最大特点在于细胞膜也遭到破坏，细胞渗透性肿胀，胞内容物释放到胞外，
痛风性关节炎患者体内尿酸盐结晶析出，激活NLRP3炎症小体后，caspase－1能介导细胞焦亡，表现为细胞膜发生破裂并释放促炎性细胞内容物，从而激活强烈的炎症反应，外在症状包括发烧、红肿、疼痛等[10]，这正是痛风性关节炎的临床表现，有研究表明，逆转NLRP3炎症小体的过表达可以显著降低细胞焦亡的发生率，如通过富马酸酯抑制ATP激活的NLRP3炎症小体可以有效地降低THP－1细胞焦亡[11]，
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近期有最新研究发现了一种功能未知的名为gasdermin D(GSDMD)的蛋白，通过构建GSDMD基因敲除(GSDMD－/－)的小鼠巨噬细胞和人的HeLa细胞模型，验证了GSDMD的缺失可以完全抑制所有已知炎症小体和细菌LPS引起的细胞焦亡，并且在GSDMD－/－细胞中外源表达GSDMD可回复细胞焦亡的发生，进一步的研究表明，GSDMD的缺失并不抑制caspase－1本身的激活和对下游IL－1β的切割，但却阻止了切割后成熟的IL－1β分泌到细胞外，这表明，单纯的激活caspase－1虽然能造成IL－1β的成熟，但对其的分泌还需要细胞焦亡的参与，提示GSDMD是caspase－1下游的关键因子[12]，与此同时，另一项在R
AW 264.7细胞株中进行的实验证实，尼日利亚菌素诱导的非典型NLRP3炎症小体激活可引起细胞焦亡和IL－1β的过量释放，而作为caspase－1底物之一的GSDMD蛋白在这一过程中发挥重要作用，GSDMD被caspase－1切割后释放出来的N端结构域引发细胞焦亡，而在正常情况下它通过N端和C端的自抑制作用保持无活性状态[13]，
NLRP3炎症小体由NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白(apop￣tosis－associated speck－like protein containing，ASC)和caspase－1组成，NLRP3是一种模式识别受体，可识别内源性及外源性的危险信号，是NOD样蛋白受体家族中重要成员，广泛表达于树突细胞、单核细胞和巨噬细胞，参与IL－1β和IL－18的加工、分泌，诱导细胞炎症或凋亡[14]，
MSU作为内源性危险信号分子，被机体固有免疫通过模式识别受体(PRR)识为危险信号，NLRP3蛋白C端的亮氨酸重复序列(LRR)在识别包括MSU在内的危险信号后被活化而发生构象上的变化，暴露出核苷酸结合寡聚化结构域(NACHT)，通过ATP聚合形成高度有序的NLRP3蛋白寡聚体[15]，随后通过其热蛋白结构域(PYD)募集ASC和caspase－1组成炎症小体[16]，ASC是NLRP3炎性体的双重衔接蛋白，能够以某种桥梁的形式将NLRP3和caspase－1前体连接起来，最终形成具有酶活性的异二聚体caspase－1[17]，caspase－1
作为炎性体的效应蛋白，能够将无活性的IL－18和IL－1β前体剪切为成熟的IL－18和IL－1β，使其成熟并释放到胞外，引起炎症反应[18]，临床研究也证实了，在痛风性关节炎的病理过程中，IL－1β是引起关节腔滑膜组织炎症的关节因子[19]，
尿酸盐结晶(MSU)是NLRP3炎症小体的有效激活剂，急性痛风性关节炎发病过程中NLRP3炎症小体及下游细胞因子的作用也已被各种体内外实验证实[20]，而NLRP3炎症小体也已成为急性痛风性关节炎的重要靶点，陈昉等[21]研究表明，秋水仙碱及白子菜醇提物能通过抑制NLRP3炎性体的表达，从而抑制IL－1β相关的炎性过程，发挥其抗炎免疫作用，缓解急性痛风性关节炎，Han等[22]研究表明，doliroside A通过NLRP3炎症通路中caspase－1和pro－IL－1β的表达，对MSU引起的痛风关节炎有很好的改善作用，房树标等[23]研究表明，桂枝芍药知母汤痛风关节炎作用机制可能与降低NLRP3、ASC、caspase－1表达，抑制IL－1β分化成熟及NF－κB活化，降低NLRP3炎性体信号通路炎性因子表达有关，
此外，研究表明，活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)参与NLRP3炎症小体的激活过程，ROS是一种细胞内重要的第二信使分子，具有重要的生物学功能和活性，例如:
氧化应激、细胞分化以及细胞凋亡等，在多种疾病的发生、发展过程中发挥着重要的作用，当单核细胞暴露于NLRP3炎症小体激活因子的情况下，可以促使ROS的生成，从而进一步促进氧化还原依赖的转录因子如NF－κB和AP－1的激活，促进促炎细胞因子的产生[24]，同时，研究还发现，IL－1β的合成和caspase－1的激活也依赖于ROS的产生，可持续发展内涵
病原体、晶体或体内“危险信号”刺激细胞后，一方面，直接激活NLRP3炎症小体，促使caspase－1成熟，活化IL－1β和IL－18等[25]，另一方面，激活IL－1受体1、Toll样受体、NLRs和细胞因子受体TNFR1和TNFR2等受体，通过不同通路激活NF－κB继而促进NLRP3和IL－1β、IL－18等前体的产生，在促进NLRP3炎症小体的因素中，TLR4是经典的激活通路，它是另一种能够被MSU激活的模式识别受体[26]，MSU与CD14受体作用后能够有效地被TLR4识别形成CD14/TLR4/MD2复合体，活化的TLR4通过其胞浆区的Toll/IL－1受体结构域(TIR)以类MyD88接头蛋白(mal/TI￣RAP)为桥梁与骨髓分化首要反应蛋白(MyD88)结合成信号复合体，经过复杂的级联反应最终活化NF－κB，从而启动和调节众多与炎症免疫反应相关的炎症介质、黏附分子和酶等的基因表达[27]，临床试验也证实了TLR4/MyD88/NF－κB信号通路在原发性痛风性关节炎发病过程中的重要作用[28]，正定湖
TLR4信号通路活化能够诱导IL－1β前体(pro－IL－1β)的转录，而NLRP3炎症小体激活则介导pro－IL－1β的切割，因而在IL－1β的活化方面两者具有一定的协同作用，同时，虽然TLR4与细胞焦亡没有直接的联系，但TLR4被证实能够通过MyD88激发小鼠巨噬细胞中NLRP3的脱泛素化[29]，从而为NLRP3炎症小体的装配提供了原料，很可能间接起到了细胞焦亡推手的作用，TLR4抑制剂瑞沙托维TAK242最近被发现可抑制NLRP3介导的细胞焦亡，
综上所述，NLRP3炎症小体和TLR4信号通路共同调控的细胞焦亡，其在痛风性关节炎的发病过程中扮演了重要角，其调控机制如下(见图1):NLRP3识别MSU信号后，NLRP3炎症小体被激活，成熟的caspase－1通过切割CSDMD蛋白，介导了细胞焦亡的发生，同时caspase－1也能切割pro－IL－1β，使其成熟释放的胞外引起炎症反应，TLR4也可识别MSU信号，通过TIRAP、MyD88等经过复杂的级联反应最终导致NF－κB活化，从而调控炎症相关因子的表达，包括pro－IL－1β，此外，还能促进NLRP3的脱泛素化，协同调控细胞焦亡的发生，
痛风性关节炎作为自身免疫性疾病，目前的药物存在很多不足，如:秋水仙碱有剧毒，
常见恶心、呕吐、腹泻、腹痛、胃肠反应是严重中毒的前驱症状，肾脏损害可见血尿、少尿，对骨髓有直接抑制作用、引起粒细胞缺乏、再生障碍性贫血等等，而减少尿酸生成或促进尿酸排泄的药物则不能缓解患者的疼痛，细胞焦亡是一种强烈的促炎性细胞死亡过程，其在痛风性关节炎病理过程中的作用不容忽视，抑制或逆转痛风性关节炎过程中细胞焦亡的发生，有可能成为的关键，细胞焦亡机制的发现，为新型抗痛风药物的研究提供了方向，
【相关文献】
[1] SCHWEYER S，HEMMERLEIN B，RADZUN H J，et al. Continuous recruitment，co－expression of tumour necrosis factor－alpha and matrix metalloproteinases，and apoptosis of macrophages in gout tophi[J].Virchows Arch，2000，437(5):534－539.
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