芦文俊，范博雅，王刚，吴玮

(1.北京大学解放军306医院教学医院，北京 100101；2.战略支援部队特色医学中心 耳鼻咽喉头颈外科，北京 100101；3.国家环境保护环境感官应激与健康重点实验室，北京 100101)

变应性鼻炎(allergic rhinitis,AR)是一种以免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)介导的多种免疫细胞、细胞因子和炎症介质等参与的鼻黏膜非感染性炎性反应性疾病，主要临床表现为鼻塞、流清水样鼻涕、阵发性喷嚏和/或鼻痒[1]。AR的患病率为10%～40%，为上呼吸道常见病、多发病和长期慢性病[2]。AR发病机制复杂，目前普遍认同的致病机理是：特应性个体抵抗外界环境因素中的吸入性变应原，驱动Th2(T helper 2)细胞介导特异性IgE高表达的鼻腔黏膜变应性炎症反应[3]。炎性反应在AR的发生发展进程中贯穿始终。核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎性小体通过活化半胱氨酸蛋白酶1(caspase-1)，介导白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)和白介素18(interleukin-18,IL-18)水平升高，活化炎性细胞并促进多种炎症细胞因子表达，通过瀑布式级联反应不断强化炎性损伤效应，可加剧AR的发生发展[4-5]。本文综述了NLRP3炎性小体在AR的发生发展过程中的作用及调控机制，和适用于AR治疗的NLRP3炎性小体信号通路中相关蛋白抑制剂。

1 NLRP3炎性小体的组成及激活机制

NLRP3炎症小体是由衔接分子凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)、半胱氨酸蛋白酶caspase-1前体蛋白(procaspase-1)和NOD样受体家族成员NLRP3蛋白组成的大分子蛋白复合物[6]。其中，NLRP3作为核心蛋白，是一个重要的细胞内模式识别受体，被病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)和宿主来源的损伤信号相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)激活后，参与外源性抗原的识别及适应性免疫反应的启动，对潜在危害性刺激作出响应[7]。NLRP3炎性小体与感染性疾病、肠道炎性疾病、神经退行性疾病、动脉粥样硬化、2型糖尿病、痛风以及自身免疫性疾病等密切相关[8]。

NLRP3蛋白在大多数情况下处于自身抑制状态，其C端亮氨酸重复序列结构域通过结合泛素连接酶相关蛋白与分子伴侣热休克蛋白90结合，抑制NLRP3的活化[9]。当上游传感器监测到DAMPs和/或PAMPs后，静止的NLRP3蛋白发生寡聚化改变，与接头蛋白ASC适配并招募procaspase-1形成NLRP3炎性小体的复合体形式，进而活化下游的效应细胞因子IL-1β和IL-18，激活IL受体信号级联反应，参与机体对病原体的识别与清除以及引发机体炎症反应，在机体固有免疫系统中起重要作用[10]。

对于NLRP3炎性小体的激活需要两种信号类型，即预激和活化。预激信号(信号1)由一系列DAMPs和PAMPs等信号与Toll样受体结合后介导转录核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)的表达，在转录水平诱导前体白介素-1β(pro-IL-1β)的表达并上调NLRP3蛋白，调控NLPR3蛋白的泛素化和磷酸化等翻译后修饰；激活信号(信号2)由多种刺激剂触发，包括细胞外ATP、成孔毒素、RNA病毒、结晶和环境污染颗粒物等，促使细胞内钾离子外流、溶酶体破裂、钙离子动员、线粒体功能障碍和活性氧的生成等进而激活NLRP3炎性小体，导致NLRP3蛋白寡聚化、ASC聚类和procaspase-1的募集，促进NLRP3炎性小体的组装，使效应蛋白caspase-1由无活性的前体状态转化为有活性的成熟状态，裂解gasdermin D(GSDMD)介导细胞焦亡，促进pro-IL-1β、pro-IL-18的成熟和释放，打破宿主内环境稳态，诱导炎症反应发生[11-13]。

2 NLPR3炎性小体在AR中的作用

鼻黏膜免疫系统是机体呼吸道防御吸入性病原体的首道防线[14]。当AR患者鼻黏膜上皮与吸入性变应原相接触时，不断增多的Th2细胞促进IgE的产生，介导多种炎症介质、细胞因子及免疫细胞参与鼻黏膜上皮细胞的炎症性反应，促进平滑肌细胞收缩、血管通透性增加和黏液腺体分泌增加，表现出鼻塞、流涕等一系列鼻部症状[15]。炎性反应是AR的主要病理变化。

NLRP3炎性小体参与炎性细胞的募集、促炎细胞因子的释放和炎症反应的诱导，它的活化可以促进鼻黏膜上皮细胞中IL-18、IL-1β的分泌，启动炎症反应，与各自的受体结合后激活NF-κB等细胞间分子信号通路，活化炎性细胞并促进多种炎症细胞因子表达，通过瀑布式级联反应不断强化炎性损伤效应[4-5,16]。Yang等[17]通过建立AR小鼠模型进行在体实验研究，检测示小鼠鼻腔盥洗液中IL-1β表达升高，鼻黏膜中NLRP3相关蛋白ASC，caspase-1和IL-1β的表达均增加，表明NLRP3炎性小体的激活可能在AR的发生发展中起一定作用；该实验进一步对NLRP3-/-基因敲除鼠进行卵清蛋白(ovalbumin,OVA)造模诱导AR的发生，可见基因敲除鼠相较于正常AR模型小鼠，AR症状缓解，鼻甲黏膜上皮细胞中NLRP3、IL-1β和caspase-1的表达减少，促炎细胞因子和趋化因子的产生减少，说明抑制NLRP3炎症小体的表达可减轻鼻黏膜炎性反应，延缓AR进展。同样有研究表明，AR患者外周血中NLRP3 mRNA表达显著上调[18]。以上提示NLRP3炎性小体与AR的发生发展有着密切相关。

2.1 NLRP3炎性小体活化caspase-1促进AR

NLRP3炎性小体活化后诱导caspase-1的聚集及自催化，一方面剪切活化IL-1β及IL-18等炎性因子，另一方面成熟的caspase-1释放可介导一种与炎症相关的特定类型的细胞程序性死亡——细胞焦亡[19]。由caspase-1介导的经典焦亡途径切割细胞焦亡的关键效应分子GSDMD，与细胞膜上的脂质分子形成孔道破坏细胞膜完整性，允许离子渗透和消散细胞离子浓度梯度，引起细胞内渗透压失衡、水分流入和细胞膨胀，最终造成细胞解体[20]。GSDMD依赖的细胞焦亡具有高度促炎特性，诱导细胞肿胀裂解后引发胞内促炎物质外泄，导致严重的炎症反应，同时具有凋亡和坏死的特性，是机体抵御外界病原体和细菌感染的重要防护措施[21]。魏亚宁等[4]研究发现AR小鼠鼻黏膜上皮细胞中GSDMD和caspase-1 p20蛋白水平显著上调，而在NLRP3基因敲除后的AR模型小鼠中，GSDMD和caspase-1 p20蛋白表达明显下调，AR症状显著缓解，提示NLRP3炎性小体活化后可通过caspase-1诱导鼻黏膜上皮细胞焦亡，参与AR的发生发展过程。多项实验均验证通过抑制caspase-1的表达可缓解AR的进展[22-23]。

2.2 NLRP3炎性小体诱导炎性细胞因子促进AR

作为NLRP3炎性小体的下游效应产物，细胞因子IL-1β和IL-18均属于IL-1家族成员，在受到多种因素，包括微生物、内毒素、其他细胞因子和抗原等的刺激后，主要由单核巨噬细胞分泌，可刺激单核细胞及促进嗜酸性粒细胞募集、脱颗粒，作用于巨噬细胞表达、促炎细胞因子激活和调节趋化因子表达，具有启动和维持AR炎症反应的作用[24]。

IL-1β是一种高效的促炎细胞因子，在应对感染性、有害性或细胞损伤性刺激的急性炎症反应中起重要作用，在组织受损后的早期即可高表达参与诱导炎症反应的发生，促进B细胞增殖并增加IgE的合成，促进Th17细胞增生分化，增强Th2免疫应答和募集嗜酸性粒细胞[25]。Han等[26]研究发现在AR患者血清中IL-1β水平较健康志愿者显著升高，且与AR严重程度呈正相关，提示IL-1β可作为AR的生物标志物。顾晓等[27]研究示IL-1β通过介导JNK信号转导通路下游相关蛋白磷酸化参与AR大鼠鼻黏膜上皮组织重塑过程，表明IL-1β参与AR的病理变化过程。抑制IL-1β表达可减轻AR炎症反应作用,阻断IL-1β可能是预防和治疗AR的潜在策略疗法[28]。

IL-18具有募集炎性细胞和刺激肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒的特性，激活Th2细胞，介导多种促炎细胞因子的产生，促进IgE产生和同型转换，从而促进AR的发生发展[29]。对AR患者鼻腔分泌物检测发现IL-18持续上调与AR的持续性炎症反应相关[24]。一项对IL-18基因单核苷酸多态性(SNP)对AR影响的Meta分析验证IL-18增加AR的致敏性和发病风险[30]。Tworek等[31]对AR患者应用氯雷他定抗过敏治疗后血清IL-18水平降低，AR症状有效缓解，提示抑制IL-18的表达可作为治疗AR的新思路。以上研究表明，IL-1β及IL-18作为NLRP3炎性小体的下游效应因子在介导AR的病理进展中作用不容忽视。

3 NLRP3炎性小体信号通路可能作为AR的治疗靶点

人体和实验动物得出的结果一致表明NLRP3炎症小体的激活对AR的启动和加剧起促进作用，NLRP3炎性小体及其下游效应蛋白通过多种机制参与AR的炎症反应过程，对AR的发生发展至关重要。因此可将NLRP3炎性小体作为AR治疗的一个分子靶点，针对NLRP3炎性小体相关信号通路的抑制剂有望能够减轻炎症反应，延缓AR进程。

3.1 NLRP3蛋白抑制剂

MCC950作为选择性NLRP3炎性小体抑制剂，被发现可通过抑制氯离子外流阻碍ASC斑点寡聚化和caspase-1激活，从而特异性地抑制NLRP3炎性小体的组装活化[32]。Zhang等[33]应用MCC950作用于OVA诱发的AR小鼠，小鼠出现明显喷嚏及挠鼻症状的频率下降，鼻腔盥洗液中嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等炎性细胞数量减少，鼻黏膜上皮细胞中caspase-1、ASC、IL-1β和IL-18表达降低，血清中特异性IgE、组胺和白三烯水平下降；李儒佑等[34]应用重组干扰素γ活化诱导型一氧化氮合酶合成细胞内具有促炎特性的NO，从而导致NLRP3蛋白亚硝基化改变，进而阻碍炎症复合体的装配，可见大鼠鼻黏膜中NLRP3、ASC和caspase-1表达下降，鼻腔盥洗液中IL-1β和血清中IgE浓度显著低于AR组；Xiao等[35]应用microRNA-133b靶向抑制NLRP3蛋白的表达，同样降低了AR小鼠血液中IgE的含量，鼻黏膜中的caspase-1、ASC、IL-18和IL-1β表达减少，并大大减轻了其病理变化以及鼻黏膜的嗜酸性粒细胞和肥大细胞浸润。以上提示抑制NLRP3炎性小体的表达对AR有明显的炎性调控和治疗作用。

3.2 caspase-1抑制剂

Belnacasan和YVAD是两种caspase-1抑制剂，阻断NLRP3炎性小体下游效应蛋白的活化。Yang等[17]将Belnacasan鼻腔给药作用于AR小鼠，也可见小鼠AR症状改善，小鼠鼻黏膜中促炎性细胞因子、趋化因子和嗜酸性粒细胞相关蛋白的表达均降低。Li等[16]将caspase-1抑制剂(YVAD)预处理人鼻上皮细胞后暴露于花粉环境中，可见NLRP3蛋白活性降低，IL-1β的表达水平显著下降。此外，多种药物也可通过抑制caspase-1的表达发挥抗炎作用。紫董醇灵碱是一种广泛用于治疗上呼吸道感染的中医药苦地丁内的生物碱成分，可通过降低caspase-1的基因表达，抑制NF-κB的激活，缓解鼻炎症状并抑制相关炎症细胞因子的表达，发挥抗炎作用的机制[22]。

3.3 IL-1β抑制剂

IL-1β作为NLRP3炎性小体下游产物，是局部炎症反应的启动和维持过程中的关键介质。Zhang等[36]将IL-1β抑制剂(IL-1Ra)鼻内应用于OVA诱发的AR小鼠，可有效缓解AR症状，阻碍炎性细胞浸润，降低多种炎性细胞因子和IgE表达水平。

4 总结与展望

综上所述，NLRP3炎性小体作为一系列炎性反应的核心，对AR的发生发展过程中起关键的作用，调控NLRP3炎性小体的表达可以延缓AR的病理进程，因此，有望将NLRP3炎症小体作为AR治疗的潜在新靶点。但其具体参与AR发生发展的作用机制以及其上游调控组装机制仍待进一步阐明，如何利用相关效应蛋白抑制剂指导临床实践还需进一步研究。将来在此方向上的深入研究不仅有助于加深对AR的认识，也有利于发掘更多的潜在性治疗方案，为临床治疗此疾病指明新方向。