NLRP3炎癥小體：熱應激損傷中的關鍵角色與作用機制剖析一、引言1.1研究背景與熱應激損傷概述熱應激損傷是機體在高溫環境下，由于體溫調節及生理機能失衡而引發的一系列異常反應，對生物的健康和生產性能產生諸多負面影響。在醫學領域，熱應激可導致中暑、熱射病等嚴重疾病，威脅人類生命健康；在動物養殖行業，熱應激會降低動物的生長速度、繁殖性能和免疫力，給養殖業帶來巨大經濟損失；在職業健康方面，高溫作業環境下的工人易受到熱應激損傷，影響工作效率和身體健康。熱應激損傷包含多種常見類型，比如中暑，是在高溫環境下，人體體溫調節功能紊亂而引起的以中樞神經系統和循環系統障礙為主要表現的急性疾病。當環境溫度過高，人體散熱困難，產熱與散熱失衡，就會導致體溫急劇升高，進而引發中暑。熱射病則是中暑的嚴重類型，其病死率較高，主要特征為核心溫度迅速升高至40℃以上，伴有皮膚灼熱、意識障礙等癥狀。這是因為高溫環境下，人體的散熱機制無法有效發揮作用，熱量在體內大量蓄積，對中樞神經系統、心血管系統等造成嚴重損害。此外，熱痙攣也是熱應激損傷的一種，多發生在高溫環境下進行劇烈運動且大量出汗的人群中，表現為肌肉痙攣、疼痛，主要是由于大量出汗導致體內電解質失衡，尤其是氯化鈉丟失過多所致。熱應激損傷的危害不容小覷。在醫學臨床實踐中，中暑和熱射病患者不僅會出現高熱、昏迷、抽搐等癥狀，還可能引發多器官功能衰竭，如急性腎功能衰竭、肝功能異常、呼吸衰竭等，嚴重威脅患者生命安全，即使患者幸存，也可能遺留神經系統后遺癥，影響生活質量。在動物養殖方面，以豬為例，高溫環境下，種公豬性欲低下，精液品質下降，精子數量減少、活力降低、畸形率升高，恢復時間長；母豬采食量降低，妊娠母豬胚胎著床不良、發育不均勻，甚至出現流產、早產、弱產、死胎、木乃伊等情況，哺乳期母豬泌乳量低、奶水質量下降。肉雞在熱應激時，甲狀腺激素分泌減少，皮質酮分泌量增加，導致體增重減少，飼料轉化率降低。這些都嚴重影響了動物的繁殖性能和生長發育，給養殖業帶來巨大的經濟損失。從職業健康角度來看，高溫作業工人長期暴露在高溫環境中，容易出現疲勞、注意力不集中、工作效率下降等問題，增加工傷事故的發生風險，同時，熱應激還可能誘發心血管疾病、消化系統疾病等，對工人的身體健康造成長期損害。1.2NLRP3炎癥小體研究現狀NLRP3炎癥小體是一種在細胞內發揮關鍵作用的多蛋白復合物，在機體的免疫防御和炎癥反應調控中扮演著核心角色。它主要由核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（NLRP3）、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）和半胱天冬氨酸蛋白酶前體（Pro-Caspase-1）三部分組成。其中，NLRP3作為模式識別受體，能夠感知多種危險信號；ASC則起著銜接作用，將NLRP3與Pro-Caspase-1連接起來，促進炎癥小體的組裝；Pro-Caspase-1在炎癥小體激活后被剪切為具有活性的Caspase-1，進而啟動后續的炎癥反應。NLRP3炎癥小體的激活機制較為復雜，涉及多個步驟和多種信號通路。一般來說，其激活需要兩個信號的協同作用。第一信號通常由Toll樣受體（TLRs）等模式識別受體識別病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）后，通過核因子-κB（NF-κB）信號通路誘導NLRP3、Pro-Caspase-1等炎癥小體相關蛋白的表達上調。這些PAMPs包括細菌的脂多糖、病毒的核酸等，DAMPs則有細胞內釋放的ATP、尿酸結晶、活性氧（ROS）等。第二信號則主要通過改變細胞內的離子濃度、線粒體功能等，直接激活NLRP3。例如，細胞外ATP與細胞膜上的P2X7受體結合，導致離子通道開放，鉀離子外流，從而觸發NLRP3的激活；ROS的產生也可通過多種途徑激活NLRP3，如氧化修飾NLRP3蛋白或破壞線粒體膜電位。在激活過程中，NLRP3首先發生寡聚化，然后與ASC的PYD結構域相互作用，形成ASC-NLRP3復合物。ASC通過其CARD結構域招募Pro-Caspase-1，使Pro-Caspase-1發生自剪切，產生具有活性的Caspase-1?；罨腃aspase-1能夠切割無活性的白細胞介素-1β（IL-1β）和白細胞介素-18（IL-18）前體，使其轉化為有活性的IL-1β和IL-18并釋放到細胞外，引發炎癥反應。同時，Caspase-1還可切割GasderminD蛋白，形成具有膜打孔活性的N端片段，導致細胞發生焦亡，進一步釋放炎癥介質，放大炎癥反應。近年來，NLRP3炎癥小體在多種炎癥相關疾病中的作用受到了廣泛關注。在代謝性疾病方面，如2型糖尿病，研究發現NLRP3炎癥小體的激活在糖尿病的發病機制中起著重要作用。高糖、高脂等代謝紊亂因素可通過多種途徑激活NLRP3炎癥小體，導致IL-1β、IL-18等炎癥因子的釋放，引發胰島β細胞功能受損、胰島素抵抗等病理變化。在心血管疾病中，NLRP3炎癥小體與動脈粥樣硬化的發生發展密切相關。動脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細胞、血管平滑肌細胞等可因氧化低密度脂蛋白、炎癥因子等刺激而激活NLRP3炎癥小體，促進炎癥反應和細胞焦亡，加速斑塊的不穩定和破裂。在神經系統疾病中，NLRP3炎癥小體也參與了阿爾茨海默病、帕金森病等神經退行性疾病的病理過程。以阿爾茨海默病為例，淀粉樣蛋白β（Aβ）沉積可激活小膠質細胞中的NLRP3炎癥小體，釋放炎癥因子，導致神經元損傷和神經炎癥的加劇。此外，在呼吸系統疾病如慢性阻塞性肺疾病、哮喘，以及自身免疫性疾病如類風濕關節炎、系統性紅斑狼瘡等疾病中，NLRP3炎癥小體的異常激活也被證實與疾病的發生、發展和惡化密切相關。在研究進展方面，針對NLRP3炎癥小體的靶向治療成為了當前的研究熱點。科學家們致力于開發能夠特異性抑制NLRP3炎癥小體激活的藥物，如小分子抑制劑、抗體等。一些天然產物及其衍生物也被發現具有調節NLRP3炎癥小體的活性，為新藥研發提供了潛在的先導化合物。此外，基因治療策略，如RNA干擾技術，通過抑制NLRP3基因的表達來阻斷炎癥小體的激活，也在實驗研究中展現出了一定的應用前景。對NLRP3炎癥小體激活的精細調控機制的深入研究也在不斷推進，這將有助于我們更全面地理解其在疾病中的作用，為開發更有效的治療方法提供理論基礎。1.3研究目的與意義本研究旨在深入探討NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的作用及機制，以期為熱應激損傷的防治提供新的理論依據和潛在治療靶點。通過細胞實驗和動物模型，研究熱應激條件下NLRP3炎癥小體的激活情況，包括NLRP3、ASC、Pro-Caspase-1等蛋白的表達變化，以及炎癥小體的組裝和活化過程；分析NLRP3炎癥小體激活對下游炎癥因子IL-1β、IL-18釋放的影響，以及與細胞焦亡的關系；探究NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中對細胞和組織功能的影響，如細胞活力、細胞凋亡、組織病理變化等；揭示NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的調控機制，包括上游信號通路對其激活的調控，以及相關分子對其活性的調節作用。在理論方面，本研究有助于豐富和完善熱應激損傷的發病機制理論。當前對熱應激損傷機制的研究雖取得一定進展，但仍存在諸多未知，NLRP3炎癥小體在其中的作用及機制尚不完全明確。深入探究NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的作用及機制，能夠揭示熱應激損傷發生發展過程中炎癥反應的新機制，為全面理解熱應激損傷的病理過程提供重要補充，進一步拓展對機體在高溫環境下生理病理變化的認識，推動相關領域的理論發展。從實踐意義來看，本研究為熱應激損傷的防治提供新的靶點和策略。熱應激損傷嚴重威脅人類健康和動物生產性能，目前臨床和養殖行業缺乏有效的防治手段。明確NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的關鍵作用后，可針對其激活途徑和相關分子開發特異性的抑制劑或調節劑，為熱應激損傷的治療提供新的藥物靶點，有望開發出更有效的治療藥物，提高治療效果，降低熱應激損傷對人體健康的危害。在動物養殖中，通過調控NLRP3炎癥小體的活性，可改善動物在熱應激條件下的健康狀況和生產性能，減少經濟損失，為養殖業的可持續發展提供技術支持。此外，本研究結果還有助于制定更加科學合理的高溫環境防護措施和職業健康標準，提高高溫作業人員的防護水平，保障其身體健康。二、熱應激損傷的相關理論2.1熱應激損傷的定義與分類熱應激損傷是機體在高溫環境下，由于體溫調節及生理機能失衡而引發的一系列異常反應，對生物的健康和生產性能產生諸多負面影響。當機體暴露在高溫環境中，且環境溫度超過了其自身的體溫調節能力時，熱應激便會發生。這一過程中，機體為了維持內環境的穩定，會啟動一系列生理調節機制，但如果這些調節無法有效應對高溫挑戰，就會導致熱應激損傷。熱應激損傷可依據多種標準進行分類。根據應激程度的不同，可分為輕度熱應激、中度熱應激和重度熱應激。輕度熱應激時，體溫升高不超過正常體溫上限（約37.5℃），此時機體生理功能基本正常，可能僅出現輕微的不適癥狀，如輕微的口渴、乏力等。中度熱應激下，體溫升高超過正常體溫上限，機體出現明顯的生理功能受損，出汗、口渴、疲勞等癥狀較為明顯，還可能伴有心率加快、呼吸急促等表現。重度熱應激最為嚴重，體溫升高極高，常出現嚴重的生理功能受損，如昏迷、休克等，可危及生命。在高溫天氣下進行高強度體力勞動，若未及時補充水分和電解質，起初可能只是輕度熱應激，表現為口渴、微微出汗；隨著時間推移，進入中度熱應激，會感到極度疲勞、心跳加速；若仍未得到有效緩解，就可能發展為重度熱應激，出現意識不清、休克等癥狀。按照應激持續時間來劃分，有急性熱應激和慢性熱應激。急性熱應激指短時間內暴露在高溫環境中，體溫迅速升高，導致生理功能快速受損。夏季中暑就是典型的急性熱應激，在高溫天氣下突然長時間處于烈日或高溫環境中，短時間內就可能出現頭暈、惡心、嘔吐、體溫急劇上升等癥狀。慢性熱應激則是長時間暴露在高溫環境中，體溫逐漸升高，生理功能也隨之逐漸受損。比如一些在熱帶地區長期居住或從事高溫作業的人群，可能會出現乏力、食欲不振、睡眠障礙、免疫力下降等慢性熱應激癥狀。依據應激來源，可分為環境熱應激和代謝熱應激。環境熱應激是生物體直接暴露在高溫環境中所引發的，如高溫作業環境下的工人、熱帶地區居民等，直接受到外界高溫環境的影響。代謝熱應激是生物體在代謝過程中產生大量熱量而導致的，像劇烈運動時，身體代謝加快，產熱增多，若散熱不及時，就會引發熱應激；或者攝入高熱量食物后，機體消化代謝這些食物產生過多熱量，也可能導致代謝熱應激。從應激對象角度，還存在動物熱應激和植物熱應激。動物熱應激是動物在高溫環境中的生理和生化反應，不同動物對熱應激的耐受程度和反應有所差異。家禽在熱應激時，可能出現采食量下降、產蛋量減少、蛋殼質量變差等情況。豬在熱應激下，生長速度減緩，繁殖性能下降，公豬精液品質降低，母豬受孕率下降、流產率增加。植物熱應激是植物在高溫環境中的生理反應，高溫會影響植物的光合作用、呼吸作用、水分代謝等生理過程，導致植物生長發育受阻，產量降低。在高溫天氣下，農作物可能出現葉片卷曲、枯萎，果實發育不良等現象。2.2熱應激損傷的發生機制2.2.1生理層面的應激反應熱應激發生時，體溫調節機制會發生紊亂。在正常生理狀態下，機體通過下丘腦體溫調節中樞精確調控體溫，維持在相對穩定的范圍內。當外界環境溫度升高時，皮膚中的溫度感受器會感知到溫度變化，并將信號傳遞至下丘腦體溫調節中樞。為了散熱，機體首先會通過皮膚血管擴張，增加皮膚血流量，使體表溫度升高，從而促進熱量的散發。汗腺也會分泌汗液，通過汗液的蒸發帶走大量熱量。在炎熱的夏天，我們會明顯感覺到皮膚發紅、出汗增多，這就是機體在進行散熱調節。然而，當熱應激程度超過機體的調節能力時，體溫調節就會出現紊亂。高溫持續作用下，機體散熱困難，產熱與散熱失衡，導致體溫不斷升高。此時，下丘腦體溫調節中樞的功能會受到抑制，皮膚血管擴張和汗腺分泌功能也會逐漸失調。持續的高溫環境使得汗液大量分泌，導致體內水分和電解質大量丟失，如果不能及時補充，就會造成脫水和電解質紊亂，進一步影響體溫調節功能。脫水會使血容量減少，血液黏稠度增加，影響血液循環，導致熱量無法有效運輸到體表散發；電解質紊亂則會影響神經和肌肉的正常功能，干擾體溫調節信號的傳遞和執行。當體溫升高到一定程度，還會對中樞神經系統產生直接損害，出現頭痛、頭暈、意識障礙等癥狀，嚴重時可導致昏迷。內分泌系統也會在熱應激時發生顯著變化。熱應激會刺激下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸（HPA軸），使其活性增強。下丘腦分泌促腎上腺皮質激素釋放激素（CRH），CRH刺激垂體分泌促腎上腺皮質激素（ACTH），ACTH作用于腎上腺皮質，促使其分泌皮質醇。皮質醇具有多種生理作用，它可以升高血糖，為機體提供更多能量以應對應激；還能抑制免疫系統的過度反應，減少炎癥損傷。但長期高水平的皮質醇分泌也會帶來負面影響，它會抑制蛋白質合成，導致肌肉萎縮、免疫力下降；還會影響脂肪代謝，使脂肪重新分布，引發代謝紊亂。在熱應激持續較長時間的情況下，動物可能會出現體重下降、生長發育遲緩等現象，這與皮質醇抑制蛋白質合成和影響脂肪代謝有關。熱應激還會影響其他內分泌激素的分泌。甲狀腺激素的分泌通常會受到抑制，甲狀腺激素在機體代謝中起著重要作用，它能促進物質氧化分解，增加產熱。熱應激時甲狀腺激素分泌減少，可在一定程度上減少機體產熱，但也會導致基礎代謝率下降，影響機體的正常生理功能。胰島素的分泌也可能受到影響，胰島素是調節血糖水平的重要激素，熱應激時胰島素分泌異常，會導致血糖調節紊亂，出現血糖升高或降低的情況，進而影響細胞的能量供應和代謝。免疫系統在熱應激下同樣會受到影響。適度的熱應激可以激活機體的免疫防御機制，促使免疫細胞如巨噬細胞、T淋巴細胞等的活性增強，它們能夠更好地識別和清除病原體，提高機體的抵抗力。但當熱應激過度或持續時間過長時，免疫系統就會受到抑制。皮質醇的大量分泌會抑制免疫細胞的增殖和活性，降低免疫球蛋白的合成，使機體的免疫功能下降。巨噬細胞的吞噬能力減弱，T淋巴細胞和B淋巴細胞的分化和增殖受到抑制，導致機體對病原體的抵抗力降低，容易感染各種疾病。在高溫季節，動物更容易患上呼吸道感染、腸道感染等疾病，這與熱應激導致的免疫功能下降密切相關。熱應激還會影響炎癥反應的平衡，導致炎癥因子的釋放失調，引發過度的炎癥反應，進一步損傷組織器官。這些生理層面的變化相互影響，共同導致了組織器官的損傷。體溫調節紊亂引起的高溫直接損傷細胞和組織；內分泌系統的變化導致代謝紊亂和免疫功能異常，影響組織器官的正常功能；免疫系統的失衡則使機體更容易受到病原體的侵襲，加重組織器官的損傷。它們之間形成一個惡性循環，不斷加劇熱應激損傷的程度。2.2.2細胞與分子層面的損傷機制熱應激會對細胞造成多方面的直接損傷。細胞膜是細胞與外界環境的屏障，對維持細胞的正常結構和功能至關重要。高溫環境下，細胞膜的流動性和穩定性會受到破壞。細胞膜主要由磷脂雙分子層和蛋白質組成，高溫會使磷脂分子的運動加劇，導致細胞膜的結構變得松散，通透性增加。一些原本不能通過細胞膜的物質，如離子、小分子等，會大量進入細胞內，而細胞內的重要物質則可能外流，從而破壞細胞內的離子平衡和物質濃度梯度。鈉離子大量內流，會導致細胞內鈉離子濃度升高，引發細胞水腫；鉀離子外流則會影響細胞的電生理特性，干擾細胞的正常功能。細胞膜上的蛋白質也可能因高溫而變性，影響其作為載體、受體、酶等的功能，進一步破壞細胞膜的正常生理功能。細胞膜上的離子通道蛋白變性后，離子的轉運受阻，會嚴重影響細胞的信號傳導和物質運輸。蛋白質在細胞的各種生理過程中發揮著關鍵作用，熱應激容易導致蛋白質變性。蛋白質的結構決定其功能，正常情況下，蛋白質具有特定的三維空間結構。但在高溫環境下，蛋白質分子的氫鍵、疏水鍵等非共價鍵會被破壞，導致其空間結構發生改變，從天然的折疊狀態轉變為伸展狀態，即發生變性。變性后的蛋白質失去了原有的生物學活性，無法正常行使其功能。許多酶是蛋白質，熱應激導致酶變性后，細胞內的各種代謝反應就會受到阻礙。參與糖代謝的酶變性后，細胞無法正常進行糖的分解和合成，導致能量供應不足；參與蛋白質合成的酶變性后，細胞的蛋白質合成過程受阻，影響細胞的生長、修復和功能維持。蛋白質變性還可能引發蛋白質聚集，形成不溶性的聚集體，這些聚集體會在細胞內積累，干擾細胞的正常生理功能，甚至導致細胞死亡。DNA是遺傳信息的載體，熱應激也可能對其造成損傷。高溫會使DNA分子的雙螺旋結構變得不穩定，導致堿基對之間的氫鍵斷裂，出現DNA鏈的解旋和斷裂。DNA損傷會影響基因的表達和復制，導致細胞功能異常。如果DNA損傷不能及時修復，細胞可能會發生基因突變，增加細胞癌變的風險。熱應激還會誘導細胞內產生大量的活性氧（ROS），ROS具有強氧化性，會攻擊DNA分子，導致堿基氧化、交聯等損傷，進一步加重DNA的損傷程度。細胞內存在多條信號通路，在熱應激損傷中發揮著重要作用。絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路是細胞內重要的信號傳導途徑之一。熱應激可激活MAPK信號通路，其中包括細胞外信號調節激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38MAPK等。激活后的ERK、JNK和p38MAPK會進一步磷酸化下游的轉錄因子，如激活蛋白-1（AP-1）、核因子-κB（NF-κB）等，從而調節相關基因的表達。在熱應激初期，ERK的激活可能有助于細胞的應激適應，它可以促進熱休克蛋白（HSP）等應激相關蛋白的表達，增強細胞的抗損傷能力。但持續的熱應激會導致JNK和p38MAPK過度激活，它們會誘導細胞凋亡相關基因的表達，促進細胞凋亡。JNK可以磷酸化并激活c-Jun，c-Jun與其他轉錄因子結合形成AP-1，AP-1能夠調控一系列與細胞凋亡相關基因的表達，如Bax、Fas等，從而啟動細胞凋亡程序。p38MAPK的激活也會通過多種途徑促進細胞凋亡，它可以激活下游的凋亡相關蛋白，如半胱天冬氨酸蛋白酶（Caspase）家族成員，導致細胞凋亡的發生。核因子-κB（NF-κB）信號通路在熱應激損傷中也起著關鍵作用。正常情況下，NF-κB與其抑制蛋白IκB結合，以無活性的形式存在于細胞質中。熱應激時，IκB會被IκB激酶（IKK）磷酸化，然后被泛素化降解，釋放出NF-κB。NF-κB進入細胞核后，與靶基因啟動子區域的κB位點結合，調控相關基因的表達。NF-κB可以促進炎癥因子如白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等的表達，引發炎癥反應。過度的炎癥反應會導致組織器官的損傷。NF-κB還可以調節細胞凋亡相關基因的表達，在不同情況下，它既可以促進細胞存活，也可能誘導細胞凋亡，這取決于其激活的程度和持續時間以及細胞所處的微環境。在熱應激早期，NF-κB的激活可能有助于細胞的存活和應激適應，它可以誘導一些抗凋亡基因的表達，如Bcl-2等；但在持續的熱應激下，NF-κB的過度激活可能會導致炎癥反應失控和細胞凋亡的增加，加重熱應激損傷。2.3熱應激損傷在不同領域的表現及影響2.3.1醫學領域：人類熱應激相關疾病在醫學領域，中暑是一種常見的熱應激相關疾病，通常發生在高溫環境下，人體體溫調節功能紊亂，導致以中樞神經系統和循環系統障礙為主要表現的急性疾病。根據病情嚴重程度，中暑可分為先兆中暑、輕癥中暑和重癥中暑。先兆中暑時，患者會出現口渴、乏力、多汗、頭暈、耳鳴、惡心、心悸等癥狀，體溫基本正?；蚵杂猩?，一般不超過38℃。此時若能及時轉移到陰涼通風處，補充水分和鹽分，癥狀可迅速緩解。輕癥中暑除上述癥狀外，體溫往往升高至38℃以上，還可能出現面色潮紅、皮膚灼熱、嘔吐、四肢濕冷、血壓下降、脈搏增快等表現?；颊咝杓皶r采取降溫措施，如用濕毛巾擦拭身體、飲用含鹽飲料等，必要時需就醫治療。重癥中暑最為嚴重，包括熱痙攣、熱衰竭和熱射病。熱痙攣主要表現為肌肉痙攣，多發生在劇烈運動后大量出汗的人群中，尤其是下肢肌肉，這是由于大量出汗導致體內電解質失衡，特別是氯化鈉丟失過多所致。熱衰竭則是在高溫環境下，人體大量出汗，導致水和電解質丟失，引起周圍循環衰竭，患者會出現頭暈、頭痛、心慌、口渴、惡心、嘔吐、皮膚濕冷、血壓下降、暈厥或神志模糊等癥狀，體溫可輕度升高。熱射病是中暑最嚴重的類型，病死率較高。其典型癥狀為核心溫度迅速升高至40℃以上，伴有皮膚灼熱、意識障礙，如譫妄、驚厥、昏迷等。熱射病還常伴有多器官功能障礙，如急性腎功能衰竭，患者會出現少尿或無尿、血肌酐和尿素氮升高等癥狀；肝功能異常，表現為黃疸、轉氨酶升高等；呼吸衰竭，出現呼吸困難、低氧血癥等；凝血功能障礙，可導致皮膚瘀斑、鼻出血、牙齦出血等。中暑的診斷主要依據患者的高溫暴露史、典型癥狀以及相關檢查。醫生通常會詳細詢問患者在高溫環境中的活動時間、強度，以及是否有口渴、乏力、頭暈等不適癥狀。體格檢查時，會重點關注患者的體溫、意識狀態、皮膚狀況、心率、血壓等生命體征。實驗室檢查也非常重要，血常規可能顯示白細胞計數升高、血紅蛋白濃度增加；血生化檢查可發現電解質紊亂，如低鈉、低鉀、低氯等，肝腎功能指標異常，如轉氨酶升高、肌酐升高等；凝血功能檢查可能出現凝血酶原時間延長、血小板減少等。中暑的治療原則是迅速降溫、糾正水和電解質紊亂、防治并發癥。對于先兆中暑和輕癥中暑患者，將其轉移到陰涼通風處，解開衣物，用濕毛巾擦拭身體，給予適量的含鹽清涼飲料或口服補液鹽溶液，一般即可緩解癥狀。對于重癥中暑患者，尤其是熱射病患者，需立即進行緊急救治。降溫是治療的關鍵，可采用物理降溫和藥物降溫相結合的方法。物理降溫包括將患者浸泡在4℃左右的冰水中，或用冰袋置于頸部、腋窩、腹股溝等大血管處，也可采用體外循環降溫等技術。藥物降溫可使用氯丙嗪，它能抑制體溫調節中樞，擴張血管，加速散熱，但使用時需注意監測血壓等生命體征。同時，要積極糾正水和電解質紊亂，根據患者的失水情況和電解質檢查結果，合理補充水分和電解質。對于出現多器官功能障礙的患者，需進行相應的器官功能支持治療，如急性腎功能衰竭患者可能需要進行血液透析；呼吸衰竭患者可能需要機械通氣；凝血功能障礙患者可能需要補充凝血因子等。在治療過程中，還需密切監測患者的生命體征、意識狀態、尿量等指標，及時調整治療方案。2.3.2動物養殖領域：動物熱應激對生產性能的影響在家禽養殖中，熱應激對蛋雞的產蛋性能影響顯著。當環境溫度超過蛋雞的適宜溫度范圍（一般為13-27℃）時，蛋雞的采食量會明顯下降。在21-30℃范圍內，氣溫每上升1℃，采食量下降1.6%；在32-38℃范圍內，氣溫每上升1℃，采食量降低4.6%。采食量下降導致營養攝入不足，進而影響蛋雞的產蛋率、蛋重和蛋殼質量。產蛋率會隨著熱應激程度的加重而逐漸降低，嚴重時可下降50%以上。蛋重也會減輕，這是因為營養供應不足，無法滿足蛋的正常生長發育。蛋殼質量變差，表現為蛋殼變薄、易碎，破蛋率增加，這是由于熱應激導致鈣的吸收和利用受到影響，蛋雞在熱應激時，腸道對鈣的吸收能力下降，同時血鈣水平降低，為了滿足蛋殼形成的需要，蛋雞會動用骨骼中的鈣，導致骨骼鈣儲備減少，從而影響蛋殼質量。熱應激還會影響蛋雞的免疫力，使蛋雞更容易感染疾病，如大腸桿菌病、沙門氏菌病等，進一步降低產蛋性能。肉雞在熱應激條件下，生長性能會受到嚴重抑制。熱應激時，甲狀腺激素分泌減少，皮質酮分泌量增加。甲狀腺素可促進蛋白質合成，皮質酮可使蛋白質分解加速并抑制其合成，而肉雞早期增重與蛋白質合成有關，因此熱應激可使體增重減少。有研究表明，在熱應激環境下，肉雞的日增重可降低30%-50%。熱應激還會導致肉雞的飼料轉化率降低，即消耗相同量的飼料，獲得的體重增加量減少。這是因為熱應激時，肉雞的采食量下降，同時由于代謝紊亂，對飼料中營養物質的消化吸收能力也降低。熱應激還會影響肉雞的肉質，使肉的品質下降。熱應激導致肉雞體內的氧化應激水平升高，產生大量的自由基，這些自由基會攻擊細胞膜和細胞內的生物大分子，導致肌肉組織的脂質過氧化，使肉的顏色、風味和嫩度受到影響。肉色會變淺，風味變差，嫩度降低，口感不佳，影響消費者的購買意愿。在養豬業中，熱應激對種公豬的精液品質影響很大。高溫環境下，種公豬的性欲低下，配種能力下降。精液品質方面，精子數量減少，活力降低，畸形率升高。研究發現，當環境溫度持續超過28℃時，種公豬的精子活力可下降30%-40%，畸形率可增加20%-30%。而且，種公豬在熱應激后，精液品質的恢復時間較長，一般需要數周甚至數月，這嚴重影響了種公豬的繁殖效率。熱應激對母豬的繁殖性能也有諸多不良影響。妊娠母豬在熱應激時，采食量降低，能量和營養攝入不足，這會影響胚胎的著床和發育。胚胎著床不良，導致胚胎死亡率增加；發育不均勻，容易出現弱仔、死胎等情況。母豬還可能出現流產、早產現象，在高溫季節，母豬的流產率和早產率可比正常季節高出10%-20%。哺乳期母豬熱應激時，泌乳量低，奶水質量下降。這是因為熱應激影響了母豬的內分泌系統，導致催乳素等激素分泌減少，同時采食量下降也使營養物質供應不足，無法滿足乳汁合成的需要。奶水質量下降，會影響仔豬的生長發育，導致仔豬體重增長緩慢，免疫力降低，容易患病，死亡率增加。2.3.3職業健康領域：高溫作業人群的熱應激問題高溫作業環境對工人身體健康存在多方面影響。首先是對體溫調節的影響，在高溫環境中，人體主要通過輻射、傳導、對流和蒸發等方式散熱。但當環境溫度過高、濕度較大時，人體散熱困難，產熱與散熱失衡，導致體溫升高。長時間處于這種狀態，體溫調節中樞的功能會受到抑制，使體溫進一步升高，引發中暑等熱應激疾病。當環境溫度超過35℃，相對濕度超過70%時，工人中暑的風險明顯增加。心血管系統也會受到顯著影響。為了增加散熱，皮膚血管會擴張，血液循環加快，這使得心臟的負擔加重。同時，高溫環境下，人體出汗增多，導致血容量減少，血液黏稠度增加，進一步加重心臟的負荷。長期在高溫環境中作業，工人容易出現心率加快、血壓異常等癥狀，增加患心血管疾病的風險。研究表明，高溫作業工人的高血壓患病率比一般人群高出10%-20%。高溫作業還會影響神經系統。工人可能會出現頭暈、頭痛、乏力、注意力不集中、反應遲鈍等癥狀，這是因為高溫對中樞神經系統產生了直接損害，干擾了神經傳導和神經遞質的正常功能。這些癥狀會降低工人的工作效率，增加工傷事故的發生風險。在高溫環境下，工傷事故的發生率可比常溫環境高出30%-50%。消化系統也難以幸免。高溫會使人體的消化液分泌減少，胃腸蠕動減慢，消化功能減弱。工人可能會出現食欲不振、消化不良、惡心、嘔吐等癥狀，長期可導致營養不良，影響身體健康。為了保護高溫作業工人的身體健康，一系列職業防護措施得以實施。在工程技術方面，合理設計和布置工作場所至關重要。采用隔熱材料對高溫設備和管道進行隔熱處理，減少熱量向工作場所散發。在煉鋼廠的高溫爐體周圍使用巖棉等隔熱材料，可有效降低周圍環境溫度。加強通風換氣，通過自然通風或機械通風的方式，引入新鮮冷空氣，排出熱空氣和濕氣，降低工作場所的溫度和濕度。安裝通風機、空調等設備，提高通風效果。個體防護方面，為工人配備合適的個人防護用品。發放隔熱服、遮陽帽、防護手套等，減少高溫對人體的直接傷害。隔熱服采用特殊的隔熱材料制成，能夠有效阻擋熱量的傳遞；遮陽帽可遮擋陽光，減少頭部受熱。提供含鹽清涼飲料，及時補充工人因出汗而丟失的水分和電解質。合理安排工作時間和休息制度也十分關鍵。采用輪班制，避免工人長時間連續在高溫環境中作業?？s短工作時間，增加休息次數，讓工人有足夠的時間恢復體力和調節體溫。在炎熱的夏季，可適當調整工作時間，避開中午高溫時段。相關政策法規也在不斷完善?！斗朗罱禍卮胧┕芾磙k法》對高溫作業的勞動保護做出了明確規定。用人單位應當為高溫作業、高溫天氣作業的勞動者供給足夠的、符合衛生標準的防暑降溫飲料及必需的藥品，不得以發放錢物替代提供防暑降溫飲料。飲料不得充抵高溫津貼。在高溫天氣期間，用人單位應當根據生產特點和具體條件，采取合理安排工作時間、輪換作業、適當增加高溫工作環境下勞動者的休息時間和減輕勞動強度、減少高溫時段室外作業等措施。這些政策法規的出臺，為高溫作業工人的權益提供了法律保障，促使企業更加重視工人的職業健康。三、NLRP3炎癥小體的工作原理3.1NLRP3炎癥小體的結構與組成NLRP3炎癥小體是一種在細胞內發揮關鍵作用的多蛋白復合物，主要由核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（NLRP3）、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）和半胱天冬氨酸蛋白酶前體（Pro-Caspase-1）三部分組成。這些組成部分各自具備獨特的結構與功能，它們相互協作，共同維持著NLRP3炎癥小體的正常運作。NLRP3蛋白是NLRP3炎癥小體的核心識別元件，屬于NLRs家族成員。其分子結構包含多個功能結構域。C端為亮氨酸重復序列（LRR）結構域，該結構域富含亮氨酸，具有高度的重復性，它在識別病原體相關分子模式（PAMPs）和損傷相關分子模式（DAMPs）方面發揮著重要作用。當細胞受到外界刺激時，LRR結構域能夠特異性地識別這些危險信號，就像細胞的“哨兵”一樣，及時察覺細胞內外環境的異常變化。中段是特征性的核苷酸寡聚化結構域（NACHT），其主要功能是介導自身寡聚化。在NLRP3炎癥小體激活過程中，NACHT結構域促使NLRP3蛋白發生寡聚化，從而為后續炎癥小體的組裝奠定基礎。N端則是熱蛋白結構域（PYD），主要用于介導下游蛋白間相互作用。當NLRP3識別到危險信號并發生寡聚化后，PYD結構域能夠與ASC蛋白的PYD結構域相互結合，進而啟動炎癥小體的組裝過程。ASC蛋白作為銜接蛋白，在NLRP3炎癥小體中起到了橋梁的作用，連接著NLRP3和Pro-Caspase-1。它包含一個PYD結構域和一個半胱天冬酶招募結構域（CARD）。ASC的PYD結構域能夠與NLRP3的PYD結構域相互作用，形成穩定的復合物。在NLRP3識別危險信號并發生寡聚化后，其PYD結構域會與ASC的PYD結構域緊密結合，這種結合具有高度的特異性和親和力。ASC的CARD結構域則與Pro-Caspase-1的CARD結構域相互作用，從而將Pro-Caspase-1招募到炎癥小體復合物中。通過這種方式，ASC成功地將NLRP3和Pro-Caspase-1連接在一起，使得炎癥小體的組裝得以完成，為后續的炎癥反應激活做好準備。Pro-Caspase-1是NLRP3炎癥小體的效應蛋白，在炎癥小體激活過程中發揮著關鍵的催化作用。它包含一個CARD結構域和一個半胱天冬氨酸蛋白酶結構域。CARD結構域負責與ASC的CARD結構域相互作用，從而被招募到炎癥小體復合物中。一旦Pro-Caspase-1被招募到炎癥小體中，在特定條件下，它會發生自我剪切，激活自身的半胱天冬氨酸蛋白酶活性?；罨蟮腃aspase-1具有多種重要功能，它能夠切割無活性的白細胞介素-1β（IL-1β）和白細胞介素-18（IL-18）前體，使其轉化為有活性的IL-1β和IL-18并釋放到細胞外，引發炎癥反應。IL-1β和IL-18是重要的炎癥因子，它們能夠招募和激活免疫細胞，促進炎癥反應的發生和發展。Caspase-1還可切割GasderminD蛋白，形成具有膜打孔活性的N端片段，導致細胞發生焦亡，進一步釋放炎癥介質，放大炎癥反應。細胞焦亡是一種炎性程序性細胞死亡方式，其發生會導致細胞內容物的釋放，包括多種炎癥介質，這些炎癥介質會吸引更多的免疫細胞聚集到炎癥部位，加劇炎癥反應。3.2NLRP3炎癥小體的激活機制3.2.1經典激活途徑NLRP3炎癥小體的經典激活途徑較為復雜，通常需要兩個信號的協同作用。第一信號，又稱啟動信號，主要由Toll樣受體（TLRs）等模式識別受體識別病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）來啟動。PAMPs是病原體所特有的一些保守分子結構，比如細菌的脂多糖（LPS）、肽聚糖，病毒的雙鏈RNA等。DAMPs則是在細胞損傷或應激時釋放的內源性分子，像細胞內高濃度的ATP、尿酸結晶、活性氧（ROS）、熱休克蛋白等。當這些PAMPs或DAMPs被TLRs等受體識別后，會激活下游的核因子-κB（NF-κB）信號通路。在這個過程中，TLR4識別LPS后，通過髓樣分化因子88（MyD88）招募白細胞介素-1受體相關激酶（IRAKs），進而激活腫瘤壞死因子受體相關因子6（TRAF6）。TRAF6通過自身泛素化激活轉化生長因子β激活激酶1（TAK1），TAK1進一步激活IκB激酶（IKK）。IKK磷酸化抑制蛋白IκB，使其被泛素化降解，從而釋放出NF-κB。NF-κB進入細胞核，與相關基因啟動子區域的κB位點結合，促進NLRP3、Pro-Caspase-1、Pro-IL-1β等炎癥小體相關蛋白的基因轉錄，使其mRNA水平上調，為后續炎癥小體的組裝和激活做好準備。第二信號，即激活信號，主要通過改變細胞內的離子濃度、線粒體功能等，直接激活NLRP3。細胞外ATP是常見的激活信號之一。當細胞受到損傷或應激時，細胞外ATP濃度會升高，它與細胞膜上的P2X7受體結合。P2X7受體是一種配體門控離子通道，與ATP結合后，通道開放，導致鉀離子外流。細胞內鉀離子濃度的降低是激活NLRP3的重要信號，它能夠觸發NLRP3的寡聚化。在巨噬細胞中，加入高濃度的細胞外ATP，可觀察到細胞內鉀離子外流，隨后NLRP3炎癥小體被激活，IL-1β的分泌增加?；钚匝酰≧OS）也是重要的激活信號。在多種刺激條件下，細胞內會產生大量的ROS，如在感染病原體、氧化應激等情況下。ROS可以通過多種途徑激活NLRP3。它可以氧化修飾NLRP3蛋白，使其結構發生改變，從而促進其激活。ROS還可以破壞線粒體膜電位，導致線粒體功能障礙。受損的線粒體釋放出線粒體DNA（mtDNA）等物質，這些物質可以作為DAMPs進一步激活NLRP3。在缺血再灌注損傷模型中，組織缺血后再灌注會產生大量ROS，激活NLRP3炎癥小體，引發炎癥反應，加重組織損傷。此外，溶酶體的破壞也與NLRP3的激活有關。當細胞吞噬了一些顆粒物質，如二氧化硅、石棉等，這些物質會進入溶酶體，導致溶酶體膜的破壞。溶酶體中的組織蛋白酶B等酶釋放到細胞質中，它們可以直接或間接激活NLRP3。組織蛋白酶B可以切割一些蛋白質，產生的片段可能作為激活信號激活NLRP3；它還可能通過影響細胞內的離子平衡等方式，間接激活NLRP3。在矽肺模型中，吸入的二氧化硅顆粒進入肺泡巨噬細胞后，破壞溶酶體，激活NLRP3炎癥小體，釋放炎癥因子，導致肺部炎癥和纖維化。在第二信號的作用下，NLRP3發生寡聚化，其PYD結構域與ASC的PYD結構域相互作用，形成ASC-NLRP3復合物。ASC通過其CARD結構域招募Pro-Caspase-1，使Pro-Caspase-1發生自剪切，產生具有活性的Caspase-1?；罨腃aspase-1能夠切割無活性的IL-1β和IL-18前體，使其轉化為有活性的IL-1β和IL-18并釋放到細胞外，引發炎癥反應。Caspase-1還可切割GasderminD蛋白，形成具有膜打孔活性的N端片段，導致細胞發生焦亡，進一步釋放炎癥介質，放大炎癥反應。3.2.2非經典激活途徑非經典激活途徑的發現源于對細胞內天然免疫機制的深入研究。最初，科學家們在研究革蘭氏陰性菌感染時發現，即使沒有經典激活途徑中的一些關鍵信號，細胞仍然能夠啟動炎癥反應并發生焦亡。進一步研究發現，細胞內存在一類特殊的半胱天冬酶，如小鼠中的caspase-11以及人類中的caspase-4/5，它們能夠直接識別革蘭氏陰性菌的脂多糖（LPS），從而開啟了非經典NLRP3炎癥小體激活途徑的研究。在非經典激活途徑中，caspase-11（小鼠）或caspase-4/5（人類）起著關鍵的啟動作用。當細胞受到革蘭氏陰性菌感染時，細菌釋放的LPS進入細胞內，被caspase-11或caspase-4/5識別。caspase-11或caspase-4/5識別LPS后，會發生自身寡聚化并激活。激活后的caspase-11或caspase-4/5能夠切割GasderminD（GSDMD），使其產生具有膜打孔活性的N端片段（N-GSDMD）。N-GSDMD插入細胞膜，形成孔道，導致細胞滲透壓改變，細胞發生腫脹，最終導致細胞焦亡。在這個過程中，細胞內容物釋放到細胞外，其中包括一些能夠激活NLRP3炎癥小體的物質。細胞內的線粒體DNA等物質會隨著細胞焦亡釋放出來，這些物質可以作為DAMPs激活NLRP3。N-GSDMD介導的細胞焦亡還會引發一系列細胞內信號變化，從而間接激活NLRP3。細胞焦亡過程中，細胞膜的完整性被破壞，導致細胞內離子平衡失調，鉀離子外流等現象發生，而這些離子濃度的變化與經典激活途徑中NLRP3激活的信號類似，從而可以激活NLRP3。研究還發現，在非經典激活途徑中，caspase-11或caspase-4/5的激活還可能通過其他機制間接激活NLRP3。caspase-11激活后，可能會影響線粒體的功能，導致線粒體產生更多的ROS，ROS可以作為激活信號激活NLRP3。北京大學醫學部基礎醫學院夏朋延研究團隊與中科院微生物所王碩研究團隊的合作研究發現，孤兒受體Nur77在非經典NLRP3炎癥小體激活途徑中發揮著關鍵作用。當細胞受到胞內LPS刺激時，caspase-11識別LPS并激活，激活后的caspase-11切割GSDMD，GSDMD的N端引起線粒體DNA的釋放。Nur77同時結合線粒體DNA和LPS后，能與NLRP3產生相互作用并活化NLRP3。研究人員通過質譜分析手段鑒定出LPS的胞內結合蛋白，構建候選蛋白的iBMDM敲除細胞株，給予胞內LPS刺激，發現Nur77敲除的細胞受刺激后IL-1β的分泌減少但細胞焦亡不受影響，證明Nur77在caspase-11的下游和NLRP3的上游發揮作用。通過免疫熒光染色，觀察到受到胞內LPS刺激的BMDM細胞中Nur77和NLRP3共定位。對LPS與Nur77的相互作用進行驗證，確定了Nur77結合LPS的具體位點，缺失該位點后Nur77不再能與LPS結合，證實Nur77確實是LPS的受體。在敗血癥模型中，注射致死劑量的LPS后，Nr4a1–/–小鼠（Nur77基因敲除小鼠）相較于野生型小鼠存活時間更久，顯示Nur77對宿主內毒素反應的促進作用。這一研究揭示了非經典NLRP3炎癥小體激活途徑中一個全新的分子機制，為深入理解非經典激活途徑提供了重要的理論依據。非經典激活途徑最終也會導致IL-1β的釋放和細胞焦亡的發生。雖然caspase-11或caspase-4/5不能直接切割Pro-IL-1β，但通過激活NLRP3炎癥小體，招募并激活Pro-Caspase-1，進而實現對Pro-IL-1β的切割，使其轉化為有活性的IL-1β釋放到細胞外，引發炎癥反應。非經典激活途徑與經典激活途徑相互補充，共同參與機體的免疫防御和炎癥反應，在應對病原體感染和細胞損傷時發揮著重要作用。3.3NLRP3炎癥小體激活后的生物學效應當NLRP3炎癥小體被激活后，會引發一系列復雜且關鍵的生物學效應，在機體的免疫反應和炎癥調節中扮演著核心角色。激活后的NLRP3炎癥小體首要的生物學效應是對pro-caspase-1的切割與活化。在炎癥小體激活過程中，NLRP3蛋白首先發生寡聚化，其PYD結構域與ASC的PYD結構域相互作用，形成穩定的復合物。ASC通過其CARD結構域招募Pro-Caspase-1，使Pro-Caspase-1發生自剪切。在這個過程中，NLRP3炎癥小體的組裝改變了Pro-Caspase-1的空間構象，使其活性位點暴露，從而能夠進行自我切割。這種自剪切作用將Pro-Caspase-1切割為具有活性的Caspase-1，為后續的炎癥反應激活奠定了基礎。研究表明，在巨噬細胞受到脂多糖（LPS）和ATP刺激后，NLRP3炎癥小體被激活，Pro-Caspase-1發生自剪切，產生有活性的Caspase-1，且其激活程度與炎癥小體的組裝效率密切相關。活化的Caspase-1對炎癥因子IL-1β和IL-18的加工和釋放起著至關重要的作用。IL-1β和IL-18在細胞內最初是以無活性的前體形式存在，即Pro-IL-1β和Pro-IL-18?；罨腃aspase-1能夠特異性地識別并切割Pro-IL-1β和Pro-IL-18。Caspase-1作用于Pro-IL-1β和Pro-IL-18的特定氨基酸位點，將其加工為具有生物活性的成熟形式IL-1β和IL-18。成熟的IL-1β和IL-18通過細胞膜上的特定轉運蛋白或細胞焦亡時細胞膜的破損釋放到細胞外。IL-1β和IL-18是重要的炎癥因子，它們在細胞外能夠與靶細胞表面的相應受體結合，啟動下游的炎癥信號通路。IL-1β與靶細胞表面的IL-1受體結合后，可激活NF-κB信號通路，促進多種炎癥相關基因的表達，招募和激活免疫細胞，引發炎癥反應。IL-18則可誘導T細胞和自然殺傷細胞產生干擾素-γ（IFN-γ），增強機體的免疫防御能力，但過度的IL-18釋放也可能導致炎癥反應失控，對組織器官造成損傷。在炎癥性腸病模型中，NLRP3炎癥小體激活后，Caspase-1大量活化，切割Pro-IL-1β和Pro-IL-18，釋放出大量成熟的IL-1β和IL-18，導致腸道炎癥加劇，腸黏膜損傷加重。細胞焦亡也是NLRP3炎癥小體激活后的重要生物學效應。Caspase-1除了加工炎癥因子外，還可切割GasderminD（GSDMD）蛋白。GSDMD是細胞焦亡的關鍵執行者，在正常情況下，它以完整的形式存在于細胞內。當NLRP3炎癥小體激活后，活化的Caspase-1將GSDMD切割為N端片段（N-GSDMD）和C端片段。N-GSDMD具有膜打孔活性，它能夠插入細胞膜，形成直徑約10-14納米的孔道。這些孔道的形成導致細胞膜的通透性增加，細胞內的離子平衡失調，水分子大量涌入細胞內，使細胞發生腫脹。隨著腫脹的加劇，細胞膜最終破裂，細胞內容物釋放到細胞外。細胞內容物中包含多種炎癥介質，如IL-1β、IL-18、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）等，這些炎癥介質會吸引更多的免疫細胞聚集到炎癥部位，進一步放大炎癥反應。細胞焦亡過程中還會產生一些危險信號，如ATP、尿酸結晶等，它們可以作為DAMPs激活周圍細胞的NLRP3炎癥小體，形成炎癥反應的正反饋循環，導致炎癥的持續和擴散。在感染性休克模型中，細菌感染激活NLRP3炎癥小體，引發細胞焦亡，大量炎癥介質釋放，導致全身炎癥反應綜合征，出現高熱、低血壓、器官功能障礙等癥狀，嚴重威脅生命健康。四、NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的作用研究4.1動物實驗研究4.1.1小鼠熱應激損傷模型實驗在小鼠熱應激損傷模型實驗中，構建小鼠熱應激損傷模型時，常采用高溫環境暴露的方法。將小鼠置于溫度為38-42℃、相對濕度60%-70%的人工氣候箱中，持續暴露2-6小時，以此模擬熱應激環境。在這個高溫環境下，小鼠會出現一系列熱應激損傷的表現，如呼吸急促、活動減少、精神萎靡等，體溫也會明顯升高，直腸溫度可升高至40℃以上。在實驗分組方面，通常會設置野生型小鼠組和NLRP3基因敲除小鼠組。野生型小鼠組作為正常對照，能夠反映正常小鼠在熱應激條件下的生理變化；NLRP3基因敲除小鼠組則用于探究NLRP3炎癥小體缺失對熱應激損傷的影響。NLRP3基因敲除小鼠是通過基因編輯技術，如CRISPR/Cas9技術，將小鼠體內的NLRP3基因進行敲除，使其無法表達NLRP3蛋白。熱應激處理后，對小鼠的生理指標進行監測。體溫是重要的生理指標之一，通過直腸溫度計定時測量小鼠的直腸溫度，記錄其在熱應激過程中的體溫變化曲線。在熱應激初期，小鼠體溫會迅速上升，野生型小鼠和NLRP3基因敲除小鼠的體溫變化趨勢可能相似，但隨著熱應激時間的延長，二者可能出現差異。野生型小鼠由于NLRP3炎癥小體的激活，炎癥反應可能加劇，導致體溫進一步升高且維持在較高水平；而NLRP3基因敲除小鼠由于缺乏NLRP3炎癥小體，炎癥反應相對較弱，體溫升高幅度可能較小，且在熱應激后期體溫下降速度可能更快。血常規指標也能反映小鼠的生理狀態。采集小鼠血液，檢測白細胞計數、紅細胞計數、血小板計數、血紅蛋白含量等指標。在熱應激條件下，野生型小鼠的白細胞計數可能會顯著升高，這是由于NLRP3炎癥小體激活后，引發炎癥反應，導致免疫細胞募集和活化，白細胞數量增加以應對炎癥。紅細胞計數和血紅蛋白含量可能會下降，這是因為熱應激導致血液濃縮，以及炎癥反應對紅細胞的破壞。而NLRP3基因敲除小鼠的白細胞計數升高幅度可能較小，紅細胞計數和血紅蛋白含量的下降程度也可能相對較輕。炎癥因子水平的檢測對于了解熱應激損傷中的炎癥反應至關重要。采用酶聯免疫吸附測定（ELISA）等方法，檢測血清或組織勻漿中的白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-18（IL-18）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等炎癥因子的含量。野生型小鼠在熱應激后，IL-1β、IL-18和TNF-α等炎癥因子水平會顯著升高，這是NLRP3炎癥小體激活的典型表現，活化的NLRP3炎癥小體促使Caspase-1激活，進而切割Pro-IL-1β和Pro-IL-18，使其轉化為有活性的IL-1β和IL-18并釋放，同時也會促進TNF-α等其他炎癥因子的產生。相比之下，NLRP3基因敲除小鼠由于無法激活NLRP3炎癥小體，IL-1β和IL-18的產生和釋放明顯減少，TNF-α等炎癥因子的水平升高幅度也較小。對小鼠的組織病理變化進行觀察，可直觀了解熱應激對組織器官的損傷程度。取小鼠的肝臟、肺臟、腎臟等重要組織器官，進行石蠟切片和蘇木精-伊紅（HE）染色。在顯微鏡下觀察，野生型小鼠的肝臟組織可能出現肝細胞腫脹、變性，肝竇充血，炎癥細胞浸潤等病理變化；肺臟組織可能表現為肺泡壁增厚，肺泡腔內有炎性滲出物，肺間質水腫等；腎臟組織可能出現腎小管上皮細胞損傷，管腔擴張，間質炎癥細胞浸潤等。這些病理變化與NLRP3炎癥小體激活引發的炎癥反應密切相關。而NLRP3基因敲除小鼠的組織病理損傷程度相對較輕，肝細胞腫脹和變性程度較輕，炎癥細胞浸潤較少；肺臟和腎臟的病理變化也相對不明顯，肺泡壁增厚和炎性滲出物減少，腎小管上皮細胞損傷較輕。通過對野生型小鼠和NLRP3基因敲除小鼠在熱應激后的生理指標和組織病理變化的對比分析，有力地證實了NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中發揮著重要作用。NLRP3炎癥小體的激活會加劇熱應激導致的炎癥反應，加重組織器官的損傷，而敲除NLRP3基因可在一定程度上減輕熱應激損傷。這為深入理解熱應激損傷的發病機制提供了重要的實驗依據，也為開發針對熱應激損傷的治療策略提供了新的靶點和思路。4.1.2雛鵝熱應激實驗在雛鵝熱應激實驗中，實驗設計需充分考慮多個關鍵因素。在分組時，一般將雛鵝隨機分為對照組和熱應激組。對照組雛鵝飼養在適宜的環境溫度下，通常為25-28℃，相對濕度保持在55%-65%，為雛鵝提供一個穩定、舒適的生長環境，作為實驗的參照標準。熱應激組雛鵝則需接受熱應激處理，將其置于溫度為38-40℃、相對濕度65%-75%的環境中，模擬高溫、高濕的熱應激環境。這種環境條件會對雛鵝的生理狀態產生顯著影響，使其面臨熱應激損傷的風險。熱應激處理方式主要采用持續暴露的方法。熱應激組雛鵝在上述高溫環境中持續飼養一段時間，如6-12小時。在熱應激處理過程中，密切觀察雛鵝的行為變化，如采食、飲水、活動量等。雛鵝可能會出現采食減少的情況，這是因為熱應激會影響其消化系統的功能，導致食欲下降。飲水量會顯著增加，這是雛鵝試圖通過飲水來調節體溫，補充因出汗而丟失的水分?；顒恿恳矔黠@減少，表現為精神萎靡、嗜睡，這是由于熱應激對雛鵝的體力和精神狀態造成了負面影響。為了深入探究熱應激對雛鵝組織中NLRP3炎性小體基因表達及下游炎癥因子的影響，采用實時熒光定量PCR（qRT-PCR）技術檢測NLRP3、ASC、Pro-Caspase-1等NLRP3炎性小體相關基因的表達水平。提取雛鵝肝臟、脾臟、腸道等組織的總RNA，反轉錄為cDNA，然后以cDNA為模板，利用特異性引物進行qRT-PCR擴增。在熱應激組雛鵝的組織中，NLRP3、ASC、Pro-Caspase-1等基因的表達水平相較于對照組會顯著上調。這表明熱應激能夠誘導雛鵝組織中NLRP3炎性小體相關基因的表達，促進NLRP3炎性小體的組裝和激活。采用ELISA等方法檢測下游炎癥因子IL-1β、IL-18的含量變化。熱應激組雛鵝組織勻漿或血清中的IL-1β和IL-18含量會明顯升高。這是因為熱應激激活了NLRP3炎性小體，使Pro-Caspase-1活化，進而切割Pro-IL-1β和Pro-IL-18，產生有活性的IL-1β和IL-18并釋放到細胞外，引發炎癥反應。炎癥因子水平的升高會導致雛鵝體內的炎癥反應加劇，影響其生長發育和健康狀況。通過對雛鵝熱應激實驗結果的分析可知，熱應激會顯著影響雛鵝組織中NLRP3炎性小體基因表達及下游炎癥因子的水平。NLRP3炎性小體在熱應激誘導的炎癥反應中發揮著關鍵作用，其激活會導致炎癥因子的大量釋放，引發炎癥反應，對雛鵝的生理功能和健康產生負面影響。這一研究結果為進一步了解熱應激對雛鵝的損傷機制提供了重要的實驗依據，也為在養殖生產中采取有效的抗熱應激措施提供了理論支持。在實際養殖中，可以通過改善養殖環境，如加強通風、降低溫度、提高濕度調控等，減少熱應激對雛鵝的影響；還可以通過營養調控，添加具有抗氧化、抗炎作用的添加劑，調節雛鵝體內的炎癥反應，減輕熱應激損傷，提高雛鵝的養殖效益和健康水平。4.2臨床研究4.2.1熱性驚厥患兒與NLRP3炎癥小體在探究熱性驚厥患兒與NLRP3炎癥小體的關系時，諸多研究采用了科學嚴謹的實驗設計。以某研究為例，選取90例6個月-6歲的熱性驚厥患兒作為熱性驚厥組（FS組），并將同一時間段到醫院正常體檢的25例兒童作為正常對照組。通過采集外周血樣本進行深入檢測分析，為研究提供了有力的數據支持。樣本采集過程嚴格規范，抽取外周血2.5ml后，在2500r/min的轉速下離心15min，以獲取純凈的樣本用于后續檢測。按照酶聯免疫吸附測定（ELISA）的標準說明，對樣品中相關指標的濃度進行精準測定。該研究重點關注了NLRP3炎癥小體相關指標，包括NLRP3、ASC、Caspase-1等蛋白的mRNA表達水平，以及炎癥因子IL-1β的含量。檢測結果顯示，熱性驚厥組細胞上清的IL-1β、ASC、NLRP3、Caspase-1mRNA明顯升高，與正常對照組的數據對比具有顯著統計學差異（P＜0.05）。這一結果表明，在熱性驚厥患兒體內，NLRP3炎癥小體處于激活狀態，相關蛋白的表達和炎癥因子的分泌顯著增加。進一步對熱性驚厥的不同類型進行分析，發現復雜性熱性驚厥患兒的IL-1β含量最高。這提示NLRP3炎癥小體的激活程度可能與熱性驚厥的病情嚴重程度密切相關，復雜性熱性驚厥可能伴隨著更強烈的炎癥反應。為了深入探究NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的作用，構建了FS的動物模型。選擇20只SPF級2周齡的正常SD大鼠作為研究對象，通過熱水浴誘導驚厥動物模型進行建模。取腦組織RIPA裂解液進行蛋白裂解，在4℃環境下，以12000g離心15min，取上清液借助BCA法進行定量分析。將大鼠分為FS組和FS+NLRP3炎癥小體抑制劑組，以研究NLRP3炎癥小體抑制劑對熱應激損傷的影響。經過PCR檢測，FS組的ASC、NLRP3、Caspase-1mRNA、IL-1β基因表達水平相較于對照組明顯升高。在動物保護實驗中，FS組相較于對照組，IL-1β的分泌水平增加，且具有統計學差異（P＜0.05）。這表明抑制NLRP3炎癥小體的活性，可以在一定程度上減輕熱應激損傷，進一步證實了NLRP3炎癥小體在熱應激損傷中的重要作用。另一項研究選取90例FS兒童作為研究對象（FS組），其中52例單純性熱性驚厥患兒（SPS組），38例復雜性熱性驚厥患兒（CFS組）。另選取同期在醫院因上呼吸道感染導致發熱的25例患兒作為發熱對照組及25名健康兒童體檢者作為健康對照組。使用熒光定量PCR法檢測各組外周血NLRP3炎癥小體（NLRP3、ASC、Caspase-1）mRNA表達水平。結果顯示，FS組外周血NLRP3、ASC、Caspase-1mRNA表達水平高于發熱對照組和健康對照組（P＜0.05），且CFS組高于SPS組（P＜0.05）。這進一步驗證了NLRP3炎癥小體在熱性驚厥患兒中的激活情況，以及其與病情嚴重程度的相關性。通過Pearson相關分析法探討NLRP3mRNA表達水平與FS患兒血清白細胞介素1β（IL-1β）、IL-6、腫瘤壞死因子α（TNF-α）等指標的相關性，發現FS患兒外周血NLRP3mRNA表達水平與FS患兒血清IL-1β（r=0.351）、IL-6（r=0.339）、TNF-α（r=0.342）水平均呈正相關關系（P＜0.05）。這表明NLRP3炎癥小體的激活與多種炎癥因子的表達密切相關，在熱性驚厥的炎癥反應中發揮著核心作用。使用受試者工作特征（ROC）曲線評價NLRP3mRNA表達水平對FS的診斷價值和預后判斷效能，結果顯示，NLRP3mRNA表達水平診斷FS的曲線下面積（AUC）為0.724（95％CI：0.617～0.814），預測預后的AUC為0.715（95％CI：0.611～0.809）。這說明NLRP3mRNA表達水平對熱性驚厥的診斷和預后判斷具有重要的參考價值。4.2.2其他熱應激相關臨床案例分析在中暑患者的臨床案例研究中，有研究對中暑患者的外周血單個核細胞（PBMCs）進行了檢測。選取了一定數量的中暑患者作為研究對象，同時設置健康人群作為對照組。通過密度梯度離心法分離出PBMCs，采用實時熒光定量PCR技術檢測NLRP3、ASC、Pro-Caspase-1等基因的表達水平，運用ELISA方法檢測血清中IL-1β、IL-18等炎癥因子的含量。結果顯示，中暑患者PBMCs中NLRP3、ASC、Pro-Caspase-1基因的表達水平顯著高于健康對照組。血清中IL-1β和IL-18的含量也明顯升高。這表明在中暑患者體內，NLRP3炎癥小體被激活，引發了炎癥反應，炎癥因子的大量釋放可能導致組織器官的損傷，進一步加重中暑的病情。對于高溫作業工人的研究，有研究對長期從事高溫作業的工人進行了調查。選取了不同工齡的高溫作業工人，以及從事常溫作業的工人作為對照。采集工人的血液樣本，檢測NLRP3炎癥小體相關指標和炎癥因子水平。結果發現，高溫作業工人外周血中NLRP3、ASC、Caspase-1蛋白的表達水平隨著工齡的增加而升高。血清中的IL-1β、IL-18等炎癥因子含量也顯著高于常溫作業工人。這說明長期暴露在高溫環境中，會持續激活NLRP3炎癥小體，隨著時間的積累，炎癥反應逐漸加劇。工齡較長的高溫作業工人可能面臨更高的健康風險，容易出現疲勞、免疫力下降、心血管疾病等問題，這些都與NLRP3炎癥小體激活引發的炎癥反應密切相關。還有研究關注了運動性熱應激相關案例。選取了進行高強度運動的運動員作為研究對象，在運動前后采集血液樣本。檢測結果表明，運動后運動員外周血中NLRP3炎癥小體相關蛋白的表達增加，IL-1β、IL-18等炎癥因子水平升高。這表明高強度運動引發的熱應激能夠激活NLRP3炎癥小體，導致炎癥反應。雖然適度的運動對身體健康有益，但過度運動引發的熱應激可能會對機體造成損傷，NLRP3炎癥小體在其中起到了重要的介導作用。在運動訓練中，需要合理控制運動強度和時間，避免過度熱應激對運動員身體健康的不良影響。4.3NLRP3炎癥小體與熱應激損傷的關聯機制熱應激對細胞內環境的影響是激活NLRP3炎癥小體的重要因素。在熱應激條件下，細胞內的離子濃度會發生顯著變化。以鉀離子為例，細胞外高濃度的鉀離子是維持細胞正常生理功能的重要條件之一。當細胞受到熱應激時，細胞膜的離子轉運功能受到干擾，導致細胞內鉀離子外流。這種鉀離子外流現象被認為是激活NLRP3炎癥小體的關鍵信號之一。細胞外ATP濃度在熱應激時也會發生改變。熱應激導致細胞損傷，使細胞內的ATP釋放到細胞外，細胞外ATP濃度升高。升高的細胞外ATP與細胞膜上的P2X7受體結合，進而引起離子通道開放，進一步促進鉀離子外流。研究表明，在熱應激處理的細胞中，加入P2X7受體拮抗劑，可抑制鉀離子外流，同時NLRP3炎癥小體的激活也受到抑制，這表明細胞外ATP通過P2X7受體介導的鉀離子外流在NLRP3炎癥小體激活中發揮著重要作用。氧化應激水平在熱應激過程中也會顯著升高。熱應激促使細胞內產生大量的活性氧（ROS），如超氧陰離子（O2??）、過氧化氫（H2O2）和羥自由基（?OH）等。這些ROS具有很強的氧化活性，能夠對細胞內的生物大分子，如蛋白質、脂質和核酸等造成損傷。在熱應激條件下，細胞內的抗氧化酶系統，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）等的活性可能會受到抑制，導致ROS的清除能力下降，從而使ROS在細胞內大量積累。大量積累的ROS可通過多種途徑激活NLRP3炎癥小體。ROS可以氧化修飾NLRP3蛋白，改變其結構和功能，使其更容易發生寡聚化，從而激活NLRP3炎癥小體。ROS還可導致線粒體損傷，線粒體是細胞內產生能量的重要細胞器，也是ROS的主要來源之一。熱應激引起的ROS積累會破壞線粒體膜電位，導致線粒體功能障礙，線粒體釋放出線粒體DNA（mtDNA）等物質，這些物質可作為損傷相關分子模式（DAMPs）激活NLRP3炎癥小體。研究發現，在熱應激誘導的細胞損傷模型中，加入抗氧化劑可以降低細胞內ROS水平，抑制NLRP3炎癥小體的激活，減少炎癥因子的釋放，表明氧化應激在NLRP3炎癥小體激活中起到了關鍵作用。NLRP3炎癥小體激活后，對熱應激損傷進程產生多方面影響。炎癥反應的加劇是其重要影響之一。激活的NLRP3炎癥小體促使Caspase-1活化，活化的Caspase-1切割無活性的白細胞介素-1β（IL-1β）和白細胞介素-18（IL-18）前體，使其轉化為有活性的IL-1β和IL-18并釋放到細胞外。IL-1β和IL-18是重要的炎癥因子，它們能夠招募和激活免疫細胞，如巨噬細胞、T淋巴細胞和中性粒細胞等。這些免疫細胞被激活后，會釋放更多的炎癥介質，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）等，形成炎癥級聯反應，導致炎癥反應不斷加劇。在熱應激損傷的組織中，大量炎癥細胞浸潤，炎癥因子濃度升高，引發局部炎癥反應，進一步損傷組織細胞，破壞組織的正常結構和功能。細胞焦亡也是NLRP3炎癥小體激活后的重要影響?；罨腃aspase-1可切割GasderminD蛋白，形成具有膜打孔活性的N端片段。這些N端片段插入細胞膜，形成孔道，導致細胞膜的通透性增加，細胞內的離子平衡失調，水分子大量涌入細胞內，使細胞發生腫脹。隨著腫脹的加劇，細胞膜最終破裂，細胞內容物釋放到細胞外。細胞焦亡過程中釋放的細胞內容物包含多種炎癥介質，如IL-1β、IL-18、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）等，這些炎癥介質會吸引更多的免疫細胞聚集到炎癥部位，進一步放大炎癥反應。細胞焦亡還會導致組織損傷的擴大，因為細胞焦亡不僅使受損細胞死亡，還會對周圍的正常細胞產生影響，引發炎癥反應的擴散，加重熱應激損傷的程度。在熱應激誘導的組織損傷模型中，抑制NLRP3炎癥小體的激活可減少細胞焦亡的發生，減輕組織損傷，表明細胞焦亡在NLRP3炎癥小體介導的熱應激損傷中起到了重要的推動作用。五、抑制NLRP3炎癥小體對熱應激損傷的影響5.1抑制NLRP3炎癥小體的方法使用NLRP3炎癥小體抑制劑是抑制其活性的常用手段。例如，MCC950是一種高效且特異性的NLRP3炎癥小體抑制劑，它能夠直接與NLRP3蛋白的NACHT結構域結合，從而阻斷NLRP3的寡聚化，抑制炎癥小體的組裝和激活。在細胞實驗中，用脂多糖（LPS）和ATP刺激巨噬細胞，誘導NLRP3炎癥小體激活，加入MCC950預處理后，發現巨噬細胞中IL-1β的分泌顯著減少，ASC斑點的形成也受到明顯抑制，表明MCC950能夠有效抑制NLRP3炎癥小體的活性。在動物實驗中，將小鼠暴露于高溫環境構建熱應激模型，給予MCC950干預后，小鼠血清中的IL-1β和IL-18水平降低，組織病理損傷減輕，證實了MCC950在體內也能發揮抑制NLRP3炎癥小體、減輕熱應激損傷的作用。格列本脲也是一種被廣泛研究的NLRP3炎癥小體抑制劑。它主要通過抑制P2X7受體來發揮作用。P2X7受體是NLRP3炎癥小體激活的重要上游信號分子，細胞外ATP與P2X7受體結合后，可引起鉀離子外流等一系列反應，