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. 2019 Oct 25;21(10):992–997. [Article in Chinese] doi: 10.7499/j.issn.1008-8830.2019.10.008

川崎病患儿急性期外周血单个核细胞NLRP3炎症小体的表达及其临床意义

Expression of Nod-like receptor protein 3 inflammasome in peripheral blood mononuclear cells of children with Kawasaki disease in the acute stage

刘 丽萍 1, 袁 勇华 1, 何 学华 1,*, 陈 敏 1, 彭 丹霞 1, 徐 伟 2, 夏 晓辉 3, 曹 友德 4, 王 胜 1, 朱 潜力 1
PMCID: PMC7389727  PMID: 31642433

Abstract

目的

探讨Nod样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体与川崎病(KD)患儿急性期炎症反应以及冠状动脉损伤的关系。

方法

前瞻性纳入2017年1~10月住院的KD患儿42例为研究对象,其中伴冠状动脉损伤(CAL)9例,非冠状动脉损伤(NCAL)33例。另外选取性别、年龄相匹配的15例肺炎发热患儿作为发热对照组,15例健康儿童作为健康对照组。采用实时荧光定量PCR检测外周血单个核细胞NLPR3炎症小体(NLRP3、ASC和caspase-1)mRNA的表达。采用Spearman秩相关分析法评估NLRP3 mRNA表达与血清C反应蛋白(CRP)、红细胞沉降率(ESR)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)、降钙素原、白蛋白及前白蛋白水平的相关性。

结果

KD组急性期外周血NLRP3、ASC和caspase-1 mRNA表达明显高于发热对照组及健康对照组(P < 0.05);CAL组患儿NLRP3 mRNA表达明显高于NCAL组(P < 0.05)。KD患儿急性期NLRP3 mRNA表达与CRP、IL-6、IL-1β、前白蛋白水平存在相关性(rs分别为0.449、0.376、0.427、-0.416,均P < 0.05)。

结论

NLRP3炎症小体可能参与了KD急性期炎症反应及CAL的发生。

Keywords: 川崎病, Nod样受体蛋白, 炎症小体, 冠状动脉损伤, 儿童


川崎病(Kawasaki disease, KD)是一种急性、自限性且病因不明的儿童常见的免疫相关性血管炎综合征,主要累及冠状动脉。虽经静脉免疫球蛋白(intravenous immunoglobulin, IVIG)治疗,KD患者仍可出现冠状动脉损伤(coronary artery lesion, CAL)及冠状动脉瘤[1]。近年来,KD的发病率有逐年上升趋势,是儿童后天获得性心脏病最常见病因之一[2]。KD病因及发病机制尚未完全明了,目前研究认为其发病与感染、免疫活化、遗传易感性及细胞因子分泌、超抗原、血管内皮功能紊乱等有关[3-4]

急性KD患者的全基因组表达谱分析已确定了白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)途径激活在炎症介质谱中的关键作用[5],同时也与儿童时期KD和复发性发热综合征之间的表型相似,并指出炎性体激活在KD免疫发病机制中的潜在作用。炎性体是参与感知先天免疫中的危险信号的多蛋白复合物,其中Nod样受体蛋白3(Nod-like receptor protein 3, NLRP3)激活是炎症激活的关键,也是目前研究最多的炎症小体。目前发现NLRP3的突变与儿童期反复发烧/自身炎症综合征有关[6]。NLRP3与接头蛋白凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein, ASC)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate-specific proteases-1, caspase-1)结合后形成炎症小体,通过调控caspase-1活化,促进IL-1β及IL-18等炎症因子成熟、释放,发挥促炎作用。

目前国内外对于NLRP3在KD及冠脉病变发生中的作用及机制的研究甚少。有研究使用肌醇三磷酸3-激酶C(ITPKC)缺陷小鼠建立KD动物模型,发现ITPKC通过调节钙离子动员来控制NLRP3活化[7]。另有研究发现,在干酪乳酸杆菌细胞壁提取物诱导的KD动物模型组中,内皮细胞NLRP3炎症小体激活增加,其机制与冠状动脉炎期间溶酶体失衡有关[8]。本研究通过检测KD患儿的NLRP3炎症小体及下游IL-1β的表达水平,探讨NLRP3炎症小体与KD急性炎症反应及CAL的相关性。

1. 资料与方法

1.1. 研究对象和分组

前瞻性地纳入2017年1~10月在我院儿童心内科住院的初发的KD患儿42例(病程在7 d以内),其中男25例,女17例。最小年龄为2个月,最大年龄为6岁,平均年龄为31±20个月。

纳入标准:(1)根据2017年美国心脏学会更新的KD诊断标准[2]确诊为KD;(2)未接受过IVIG治疗的初发患儿;(3)有完整的临床及实验室检查资料。

另外选取在我院体检的15例健康儿童作为健康对照组,其中男9例,女6例,平均年龄30±18个月。选取15例于我院住院的肺炎患儿作为发热对照组,其中男9例,女6例,平均年龄29±17个月。发热对照组的纳入标准:(1)符合社区获得性肺炎的诊断标准[9];(2)发热时间 > 4 d;(3)排除既往有KD病史者。KD组与肺炎发热组、健康对照组性别、年龄的比较差异无统计学意义(P > 0.05)。所有KD患儿行心脏超声心动图检查,根据2017年美国心脏学会更新的KD诊断及治疗指南[2],按照冠状动脉受累程度(冠脉Z值)分级标准分为CAL组和无CAL组(NCAL组)。CAL组9例,NCAL组33例。KD患儿均在确诊10 d内接受IVIG治疗。

本研究获得湖南省人民医院医学伦理委员会批准(批准文号:2016053)及研究对象家属的知情同意。

1.2. 标本采集

KD组及发热对照组患儿于入院第1天(急性期),健康对照组儿童于健康体检时,采集两份外周静脉血,1份为非抗凝血,离心后收集血清;另一份为EDTA抗凝血,分离外周血单个核细胞,加1 mL Trizol(美国Invitrogen公司)裂解后待提取RNA,两份血液标本均保存于-80℃冰箱。

1.3. 实时荧光定量PCR检测细胞中的NLRP3、ASC和caspase-1 mRNA的表达

取外周血单个核细胞,加入细胞裂解液,按Trizol法提取总RNA(美国Invitrogen公司),按RevertAid H Minus First Strand cDNA Synthesis Kit(Fermentas)说明配制mRNA逆转录体系,逆转录合成cDNA。引物序列:NLRP3上游引物为5' -ATGTGGGGGAGAATGCCTTG-3' ,下游引物为5' -TTGTCTCCGAGAGTGTTGCC-3' ;caspase-1上游引物为5' -CATCCCACAATGGGCTCTGT-3' ,下游引物为5' -GCATCTGCGCTCTACCATCT-3' 。ASC上游引物为5' -ATCCAGGCCCCTCCTCAG-3' ,下游引物为5' -AGAGCTTCCGCATCTTGCTT-3' (190 bp)。PCR反应条件为:94℃预变性3 min,共40个循环(94℃ 30 s,60℃ 30 s,72℃ 45 s),每个循环在72℃延伸阶段收集荧光。每个样品设3个平行复孔。使用2-△△Ct法计算外周血NLRP3、ASC和caspase-1 mRNA相对表达量。

1.4. IL-1β、IL-6及其他生化指标的测定

采用ELISA法检测血清中细胞因子IL-1β和IL-6水平,其试剂盒购自上海科华生物工程股份有限公司(KHB公司)。

其他常规检查,包括血常规、C反应蛋白(CRP)、红细胞沉降率(ESR)、降钙素原(PCT)等血液生化指标的检测,由我院检验科完成。

1.5. 心脏彩超结果判定

心脏超声心动图检查由我院心脏彩超室完成。按照波士顿儿童医院Z值计算系统(http://www.bostonzscores.com/)评估是否存在CAL:Z值< 2为未合并CAL:Z值≥2.5或Z值在2.0~ < 2.5之间,伴冠状动脉周围回声增强或冠状动脉缺乏正常的逐渐变细为合并CAL。

1.6. 统计学分析

采用SPSS 20.0统计软件对数据进行统计学分析,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,两组间比较采用两独立样本t检验;非正态分布计量资料以中位数(四分位数间距)[MP25P75)]表示,两组间比较采用Mann-Whitney U检验,多组间比较采用Kruskal-Wallis H检验,组间两两比较采用Nemenyi检验;相关性分析采用Spearman秩相关分析法。P < 0.05为差异有统计学意义。

2. 结果

2.1. KD组与发热对照组实验室指标检测结果

急性期KD患儿ESR、CRP、PCT、IL-6水平明显高于发热对照组(P < 0.05),而前白蛋白(PA)水平则明显低于发热对照组(P < 0.05);血小板(PLT)计数、血浆白蛋白(ALB)水平在两组间比较差异无统计学意义(P > 0.05)。见表 1

1.

KD组和发热对照组实验室各检测指标的比较 (x±s)或[MP25P75)]

组别 例数 PLT
(×109/L)
ESR
(mm/h)
CRP
(mg/L)
PCT
(ng/mL)
IL-6
(pg/mL)
ALB
(mg/L)
PA
(mg/L)
注:[PLT]血小板;[ESR]红细胞沉降率;[CRP] C反应蛋白;[PCT]降钙素原;[IL-6]白细胞介素-6;[ALB]血浆白蛋白;[PA]前白蛋白。
发热对照组 15 288±135 18(9, 30) 20(4, 32) 0.67(0.13, 0.98) 20(5, 28) 36.5±2.6 208(150, 245)
KD组 42 362±124 68(44, 90) 82(48, 157) 1.21(0.52, 2.23) 123(65, 158) 35.9±3.4 50(22, 79)
t/Z 1.362 4.283 4.091 2.194 2.742 -0.749 -4.187
P 0.207 < 0.001 < 0.001 0.035 0.028 0.472 < 0.001

2.2. 各组儿童NLRP3炎症小体表达和细胞因子IL-1β水平的变化

KD组急性期外周血NLRP3炎症小体(NLRP3、caspase-1、ASC)mRNA相对表达量显著高于发热对照组和健康对照组,差异有统计学意义(P < 0.05)。KD组IL-1β水平显著高于健康对照组(P < 0.05),但和发热对照组比较差异无统计学意义(P > 0.05)。见表 2

2.

各组儿童NLRP3炎症小体mRNA相对表达量和细胞因子IL-1β水平的比较 [MP25P75)]

组别 例数 NLRP3 mRNA caspase-1 mRNA ASC mRNA IL-1β (pg/mL)
注:a示与健康对照组比较,P < 0.05;b示与发热对照组比较,P < 0.05。
健康对照组 15 0.32(0.15, 0.58) 0.35(0.20, 0.61) 0.47(0.25, 0.74) 0.45(0.18, 1.64)
发热对照组 15 1.71(0.46, 3.04)a 1.06(0.43, 2.95)a 1.53(0.63, 3.28)a 2.86(1.47, 6.95)a
KD组 42 3.98(1.89, 8.03)a, b 2.38(0.92, 4.56)a, b 3.66(1.63, 7.82)a, b 4.28(1.79, 7.42)a
H 13.643 11.427 10.627 10.539
P 0.001 0.0013 0.0015 0.0018

2.3. CAL组和NCAL组NLRP3 mRNA和IL-1β等指标的比较

CAL组NLRP3 mRNA相对表达量明显高于NCAL组,差异有统计学意义(P < 0.05);IL-1β水平在CAL组较NCAL组稍高,但差异无统计学意义(P > 0.05);CAL组CRP水平明显高于NCAL组(P < 0.05)。其他实验室检测指标在两组间比较差异均无统计学意义(P > 0.05)。见表 3

3.

KD患儿NCAL组和CAL组间NLRP3 mRNA等指标的比较 (x±s)或[MP25P75)]

组别 例数 PLT
(×109/L)
ESR
(mm/h)
CRP
(mg/L)
PCT
(ng/mL)
IL-6
(pg/mL)
ALB
(mg/L)
PA
(mg/L)
NLRP3
mRNA
IL-1β
(pg/mL)
注:[PLT]血小板;[ESR]红细胞沉降率;[CRP] C反应蛋白;[PCT]降钙素原;[IL-6]白细胞介素-6;[ALB]血浆白蛋白;[PA]前白蛋白;[NLRP3]Nod样受体蛋白3;[IL-1β]白细胞介素-1β。
NCAL组 33 387±139 52±29 67±51 1.01(0.48, 2.13) 105(59, 168) 36±27 57±34 3.65(1.54, 6.87) 2.76(1.43, 5.86)
CAL组 9 402±154 79±36 109±57 1.36(0.52, 2.24) 150(94, 295) 35±23 48±42 5.42(2.13, 9.71) 5.46(2.56, 7.38)
t/Z 0.692 1.92 2.741 -0.873 -1.482 0.649 0.987 -1.947 -0.475
P 0.435 0.145 0.013 0.495 0.083 0.526 0.129 0.041 0.692

2.4. NLRP3、IL-1β与其他炎性指标之间的相关性分析

KD患儿急性期NLRP3 mRNA的表达水平与CRP、IL-6及IL-1β水平呈正相关(P < 0.05),与PA水平呈负相关(P < 0.05);KD患儿急性期IL-1β的表达水平与CRP、ESR、PCT、IL-6、ALB、PA水平均无相关性(P > 0.05)。见表 4

4.

KD急性期NLRP3 mRNA相对表达量和IL-1β与各临床指标的相关性

临床指标 NLRP3 mRNA IL-1β
rs P rs P
注:[NLRP3] Nod样受体蛋白3;[IL-1β]白细胞介素-1β;[CRP] C反应蛋白;[ESR]红细胞沉降率;[PCT]降钙素原;[IL-6]白细胞介素-6;[ALB]血浆白蛋白;[PA]前白蛋白。
IL-1β 0.427 0.018 / /
CRP 0.449 0.021 0.211 0.164
ESR 0.028 0.879 0.305 0.125
PCT 0.244 0.179 0.034 0.853
IL-6 0.376 0.046 0.076 0.680
ALB -0.057 0.756 -0.125 0.496
PA -0.416 0.018 -0.259 0.153

3. 讨论

NLRP3炎症小体是目前最具代表性的炎症小体,是由NLRP3、ASC以及caspase-1蛋白共同组成的蛋白复合物。当机体遇到外源病原毒素侵袭或内源危险信号刺激时,衔接蛋白ASC招募效应蛋白pro-caspase-1,装配形成炎症小体,炎症小体自我激活后切割pro-caspase-1发生水解,成为具有活性的caspase-l [10-11],并进一步促进下游更多的促炎因子(如IL-1β、IL-18)成熟,从而促进细胞凋亡,调节固有免疫并发挥生物学功能[12]。而炎症因子的产生可进一步引起免疫细胞如T细胞、NK细胞等的激活和干扰素-γ(IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎症因子的释放,这种反复发生、甚至扩散的炎症,导致血管内皮的损伤,可能在KD全身血管炎症及CAL中发挥作用。

NLRP3炎性小体是天然免疫系统的重要组成部分,参与机体免疫反应和炎症性疾病的发生[13]。研究发现,类风湿性关节炎患者的外周血细胞中,NLRP3和NLRP3介导的IL-1β分泌明显增加[14]。支气管哮喘小鼠模型中NLRP3 mRNA表达显著增加,通过介导对IL-1β的表达使哮喘恶化,NLRP3炎症小体与哮喘病情严重程度有关[15]。NLRP3基因缺陷的小鼠感染结肠炎的易感性明显增加[16]。NLRP3、ASC基因敲除的骨髓移植入LDL受体缺陷的小鼠进行高脂饮食喂养, 其动脉硬化程度及炎症反应有明显减轻[17]。NLRP3炎症小体的形成和激活不仅发生在免疫细胞如巨噬细胞中,还发生在其他血管细胞如内皮细胞、纤维细胞中,这表明无论早期、中期还是晚期,NLRP3炎症小体均有参与心血管疾病的发生[18-19]。KD是自身免疫性血管炎性疾病, 发病机制目前仍不清楚。免疫系统的高度活化及免疫损伤性血管炎是KD的显著特征。研究发现在注射干酪乳杆菌细胞壁提取物的KD动物模型中,血管内皮内NLRP3的激活与KD的冠状动脉炎有关[8]。本研究采用荧光定量PCR法检测外周血NLRP3炎症小体的表达量,发现KD患儿急性期NLRP3、ASC、caspase-1 mRNA的表达较健康对照组和发热对照组明显升高,与Alphonse等[20]的研究结果一致,表明NLRP3炎症小体参与了KD的发生发展过程,NLRP3炎症小体的激活在KD早期诊断中可能有重要的临床意义。KD患者的主要病变为中小血管,尤其是冠状动脉的损害。因此本研究对比了CAL和NCAL组外周血NLPR3 mRNA表达的改变,发现CAL组NLRP3 mRNA的表达显著高于NCAL组,这也进一步表明NLRP3炎症小体活化在KD血管炎形成及进一步发展成CAL过程中可能有重要作用。研究还发现ITPKC通过调节钙离子的流动介导NLRP3炎症小体的活化,从而参与KD的发生发展[7]。因此我们推测,在急性期进行外周血NLRP3炎症小体的检测并进行相关干预,可能对KD的早期诊断及预防CAL的发生起一定的作用。

为进一步研究NLRP3激活后如何促进KD的血管炎症反应,本研究采用ELISA方法检测下游炎症因子IL-1β的表达,发现KD患儿血清IL-1β的表达水平明显高于健康对照组,这与国内外的研究结果一致[20-21]。IL-1β属于IL-1家族,目前研究发现IL-1信号通路的激活在KD的发生机制中起重要的作用[22]。Wakita等[23]在KD小鼠模型中发现,冠状动脉瘤的形成是由IL-1α和IL-1β两者共同介导的,通过IL-1受体拮抗剂阿那白滞素拮抗IL-1受体、阻断IL-1信号通路,可减少冠脉瘤的发生。IL-1β为强有力的促炎细胞因子,还可以促进TNF-α、IL-6和血管内皮黏附分子等的表达,这些因子均与KD的发病相关联。IL-1β能激活血小板衍生生长因子和前凝血因子,增加内皮素和前列腺素的合成,增加体内脂质过氧化物的产生,造成凝血功能障碍、血管内皮损伤、血管壁通透性增加。本研究发现NCAL和CAL组的IL-1β表达无明显差别,提示IL-1β的升高与KD的发生有关,但不能早期预测CAL的发生。另外,本研究对KD患儿急性期外周血NLRP3 mRNA表达和IL-1β水平之间的相关性进行分析,发现NLRP3 mRNA表达与IL-1β水平存在正相关关系,这表明急性期NLRP3 mRNA表达活性增强,进一步促进了IL-1β的分泌,二者可能共同参与了KD血管炎症及CAL的发生。

CRP、PCT、ESR、ALB、PA、IL-6是判断炎症活动度的常用指标,与KD的严重程度相关[24-25]。2017年美国心脏学会将CRP、ESR、PCT作为评估KD严重程度及不完全KD的诊断指标[2]。本研究发现,KD组ESR、CRP、PCT、IL-6水平明显高于发热对照组,这与国内外的研究一致[2, 21],提示急性期KD患儿的炎症反应程度明显高于肺炎发热患儿。本研究还发现KD组PA的水平明显低于发热对照组,与国内的研究结果一致[25],提示PA可作为一项早期诊断KD的参考指标。本研究对KD患儿急性期外周血NLRP3 mRNA、IL-1β与CRP、PCT、IL-6、ALB、PA进行相关性分析发现,KD患儿急性期NLRP3 mRNA的表达水平与CRP和IL-6水平呈正相关,与PA呈负相关,IL-1β与各指标无显著相关性。因此,推测NLRP3可作为反映KD患儿疾病活动性的新指标。

综上所述,本研究显示,NLRP3炎症小体可能参与了KD急性期炎症反应及CAL的发生。早期检测外周血NLRP3炎症小体的表达并进行干预治疗,可能为KD的诊治及CAL的防治提供新的思路。但本研究存在样本量小等局限性,需进一步大规模深入研究NLRP3炎症小体的激活机制以及其与KD血管炎及CAL的关系。

Biography

刘丽萍, 女, 硕士研究生, 副主任医师

Funding Statement

长沙市科技计划项目(kq1706053)

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