NLRP3炎症小体与儿童自身炎症性疾病研究进展

Abstract

儿童自身炎症性疾病（AID）是难治性疾病之一，发病机制尚未完全明确。近年来大量研究表明，NLRP3炎症小体失调在儿童AID的发生、发展中具有重要作用。NLRP3炎症小体是细胞内的一种多蛋白复合物，它能激活半胱氨酸天冬氨酸特异蛋白酶1（caspase-1），进一步促进炎症因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌，从而促进细胞凋亡，调节固有免疫应答。IL-1受体拮抗剂（Anakinra）和IL-1β单克隆抗体（Canakinumab）治疗儿童AID取得了较好的疗效。本文就NLRP3炎症小体在该类疾病发病机制中的研究进展作一综述。

儿童自身炎症性疾病(autoinflammatory diseases，AID)通常是指一组由固有免疫参与介导的遗传性疾病，但近年来发现有些AID不具有明确的遗传史，受多种基因和环境因素共同作用 ^{[ 1]} 。儿童AID主要包括①遗传性周期热综合征：冷炎素相关周期热综合征(cryopyrin-associated periodic syndromes，CAPS，包括家族性寒冷性自身炎症综合征、Muckle-Wells综合征、新生儿期发病的多系统炎性疾病)，家族性地中海热(familial mediteranean fever，FMF)，高IgD伴周期热综合征，TNF受体相关周期热综合征 ^{[ 2]} ；②化脓性(非感染性)疾病：无菌性化脓性关节炎、坏疽性脓皮病、痤疮综合征(PAPA综合征)、Majeed综合征；③免疫介导的肉芽肿疾病：Blau综合征、克罗恩病；④特发性发热综合征：幼年特发性关节炎(juvenile idiopathic arthritis，JIA)、白塞综合征等 ^{[ 3]} 。该组疾病表现为反复的发热、皮疹、关节痛、关节炎等全身炎症反应，IL-1家族细胞因子(主要包括IL-1β和IL-18)水平升高 ^{[ 4]} 。NLRP3炎症小体是由受体蛋白(NLR蛋白)、接头蛋白[凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain，ASC)]和效应蛋白(pro-caspase-1)构成的多蛋白复合物 ^{[ 5]} ，它通过激活半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶1(caspase-1)，促进IL-1β和IL-18的成熟和分泌，参与炎症反应 ^{[ 6]} 。近些年关于NLRP3炎症小体与AID关系的研究逐渐增多。已有研究显示，IL-1受体拮抗剂(Anakinra)和IL-1β单克隆抗体(Canakinumab)对儿童AID患者取有较好的疗效 ^{[ 7]} 。本文就NLRP3炎症小体参与儿童AID发病机制的研究进展作一综述。

CAPS为常染色体显性遗传病，系NLRP3基因获得性功能突变所致 ^{[ 8]} 。NLRP3基因定位于1号染色体短臂上(即1q44)，编码NLRP3蛋白(又称冷炎素，cryopyrin) ^{[ 9]} 。目前NLRP3基因共有177种突变，多位于3号外显子或4号内含子上 ^{[ 10]} 。其中，T348M、D303N突变与CAPS病情严重程度相关 ^{[ 11]} 。有些患者生殖细胞中没有NLRP3突变，但是体细胞嵌合体中存在NLRP3突变 ^{[ 12]} 。家族性寒冷性自身炎症综合征患者外周血白细胞中NLRP3杂合突变使NLRP3炎症小体过度激活，进而起病 ^{[ 13]} 。Muckle-Wells综合征是由于NLRP3 NACHT结构域的错义突变导致NLRP3蛋白功能增强使NLRP3炎症小体持续活化。研究显示，NLRP3 T348M基因参与Muckle-Wells综合征的发生 ^{[ 14]} 。中国汉族一例Muckle-Wells综合征患者NLRP3中p.D31V基因突变促进NLRP3炎症小体的激活 ^{[ 15]} 。新生儿期发病的多系统炎性疾病患者脑脊液可检测到NLRP3基因突变，但其血清中未检测到。测序整个NLRP3基因发现外显子4(G755R、G755A)和外显子6(Y859C)的错义突变参与CAPS的发病 ^{[ 16]} 。此外，Yu等 ^{[ 17]} 发现NLRP3炎症小体缺陷小鼠模型IL-1产生过剩，导致CAPS炎症症状。

CAPS的诊断主要依据典型临床表现，基因检测有助于诊断。Anakinra治疗Muckle-Wells综合征和新生儿期发病的多系统炎性疾病疗效显著，但伴有关节严重破坏的CAPS患者对Anakinra应答不佳 ^{[ 18]} ；IL-1β单克隆抗体Canakinumab可使97%的CAPS患者症状改善 ^{[ 19]} 。

FMF是由编码Pyrin蛋白的MEFV基因突变引起的常染色体隐性遗传病 ^{[ 20]} 。Pyrin主要表达于中性粒细胞和单核细胞的细胞质中，其热蛋白结构域(PYD)可竞争性地与ASC分子PYD结合，从而减少NLRP3与ASC结合，抑制NLRP3炎症小体形成。MVEF突变系功能缺失性突变，可导致Pyrin数量减少或功能改变，致使NLRP3炎症小体过度活化。Repa等 ^{[ 21]} 发现，FMF患者新分离的白细胞中NLRP3和caspase-1表达水平较对照组下降。Mitroulis等 ^{[ 22]} 发现无症状FMF患者中性粒细胞NLRP3 mRNA水平降低。除MEFV基因突变外，Timerman等 ^{[ 23]} 在FMF样周期性发热综合征患者中还发现了NLRP3基因突变，猜测其为多基因遗传病。Chae等 ^{[ 24]} 的FMF动物模型也证实，单核细胞分泌IL-1β是通过NLRP3介导的。

基因检查有助于FMF的诊断。治疗首选秋水仙碱。但Manukyan等 ^{[ 25]} 发现使用秋水仙碱治疗一些难治性FMF时，NLRP3和MEFV的表达量较健康对照组增加，这可能是秋水仙碱疗效不佳的原因。此外，随机对照研究结果显示，Anakinra和Canakinumab治疗秋水仙碱抵抗的FMF患者安全、有效 ^{[ 26]} 。

JIA是最常见的儿童风湿性疾病之一，共七个亚型，其中全身型JIA是最严重的亚型。NLRP3基因突变在全身型JIA的发生发展中具有调控作用 ^{[ 27]} 。Tadaki等 ^{[ 28]} 通过研究50例全身型JIA患者发现，NLRP基因19q13.42从头重复突变与全身型JIA相关。急性活动期全身型JIA患者单个核细胞微阵列分析结果提示IL-1β以及IL-1受体基因表达上调 ^{[ 29]} 。在日本发现一例3岁JIA患儿存在NLRP3 E378K位点基因突变，且血清IL-1β、IL-6和IL-18水平明显升高 ^{[ 30]} 。中国台湾的一项研究表明，携带NLRP3 rs4353135 G等位基因增加了少关节型或多关节型JIA发生的风险，该基因与高水平的CRP和红细胞沉降率正相关，而rs4353135、rs2043211单核苷酸多态性与全身型JIA患者易感性不相关 ^{[ 31]} 。Day等 ^{[ 32]} 研究结果显示，银屑病性关节炎与MEFV SNP rs224204( P=0.025)和NLRP3 SNP rs3806265( P=0.04)存在显著的相关性。Lamot等 ^{[ 33]} 研究结果表明，NLRP3和TLR4是全身性自身炎症性疾病最重要的基因，CXCR4和PTPN12共同参与附着点相关性关节炎的病理生理机制。随机双盲对照研究结果显示，Canakinumab治疗全身型JIA是安全、有效的，全身型JIA患者早期使用Anakinra或Canakinumab可延长疾病的稳定期 ^{[ 34]} 。

Majeed综合征是新生儿期常染色体隐性遗传病，为脂质2(LPIN2)基因突变所致，可编码LPIN2蛋白 ^{[ 35]} 。正常情况下，LPIN2通过抑制嘌呤能离子通道型受体7(P2X ₇R)来抑制NLRP3炎症小体的活化。Majeed综合征患者LPIN2基因突变，抑制作用减弱，炎症小体活化增强 ^{[ 35]} 。Scianaro等 ^{[ 36]} 的研究结果显示，慢性反复性多发性骨髓炎活动期NLRP3 mRNA表达水平较健康对照组和疾病缓解期组明显升高。治疗上，Herlin等 ^{[ 37]} 的研究结果显示，IL-1阻滞剂(Anakinra或Canakinumab)治疗Majeed综合征疗效显著，患者的临床症状及实验室检查结果明显改善。

PAPA综合征是罕见的常染色体显性遗传病，是由PSTPIPI基因突变所致，后者又称CD2结合蛋白1(CD2BP1)。PSTPIPI基因突变(A230T、E250Q)可致CD2BP1的过度磷酸化，增强Pyrin-CD2BP1的结合，干扰Pyrin对NLRP3炎症小体的负性抑制作用，导致促炎细胞因子过度产生，从而引起PAPA综合征 ^{[ 38]} 。伴有骨破坏的PAPA综合征患者经Anakinra治疗后临床症状改善，6个月后影像学表现明显改善 ^{[ 39]} 。

除上述AID外，NLRP3还参与其他AID的发病机制。如在自身炎症性神经系统疾病的家系中通过基因测序检测到NLRP3 c.864C>G(p.I288M)上存在突变 ^{[ 40]} ；也有报道儿童Schnitzler综合征患者出现NLRP3 V198M突变 ^{[ 41]} 。

综上所述，大量研究证实NLRP3炎症小体与多种AID相关，但发病机制尚未完全明确。NLRP3炎症通路上任何蛋白表达失调都会影响疾病的发生、发展。期待能有更多的研究来证实该炎症小体在AID中的作用，为AID的治疗提供新的方案。

Funding Statement

浙江省科学技术厅公益性技术应用研究计划（2013C37025）