NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用機制及研究進展一、引言1.1研究背景與意義缺血性疾病是一類嚴重威脅人類健康的疾病，其發病機制復雜，涉及多個生理病理過程。常見的缺血性疾病包括缺血性心臟病、缺血性腦血管病和缺血性腎病等。缺血性心臟病如冠心病，是由于冠狀動脈粥樣硬化、血栓形成等原因，導致冠狀動脈狹窄或阻塞，心肌供血不足，進而引發心絞痛、心肌梗死等嚴重后果。據世界衛生組織統計，心血管疾病每年導致全球約1790萬人死亡，其中缺血性心臟病占比頗高。缺血性腦血管病如腦梗死，是因腦部血液循環障礙、缺血缺氧，致使局限性腦組織缺血性壞死或軟化，患者常遺留偏癱、失語等嚴重后遺癥，給家庭和社會帶來沉重負擔。缺血性腎病則主要由腎動脈狹窄、膽固醇結晶栓塞等原因引起，可導致腎功能進行性減退，最終發展為終末期腎病。炎癥在缺血性疾病的發生發展中扮演著關鍵角色。炎癥反應可引發血管內皮損傷、血小板聚集、血栓形成以及組織損傷等一系列病理變化。近年來，NLRP3炎癥復合體作為炎癥反應的重要調節因子，受到了廣泛關注。NLRP3炎癥復合體是一種胞內多蛋白復合體，由NOD樣受體（NLR）家族成員NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白（ASC）和caspase-1組成。當機體遭遇有害因子刺激時，NLRP3炎癥復合體被激活，誘導pro-caspase1裂解成具有活性的caspase1，進而促進IL-1β、IL-18等促炎因子的成熟和釋放，引發炎癥反應。研究NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用及機制具有重要的理論和實踐意義。在理論方面，深入探究NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用機制，有助于揭示缺血性疾病的發病機制，豐富對炎癥與缺血性疾病關系的認識。在實踐方面，NLRP3炎癥復合體有望成為缺血性疾病治療的新靶點。通過干預NLRP3炎癥復合體的激活，可能為缺血性疾病的治療提供新的策略和方法，改善患者的預后，降低發病率和死亡率，具有廣闊的臨床應用前景。1.2缺血性疾病概述1.2.1常見類型缺血性疾病涵蓋多種類型，對人體健康造成嚴重威脅。缺血性腦卒中是其中常見的一類，主要包括腦梗死和短暫性腦缺血發作（TIA）。腦梗死又依據病因分為大動脈粥樣硬化型、心源性栓塞型、小動脈閉塞型、其它明確病因或不明病因型，其中大動脈粥樣硬化型和心源性栓塞型最為常見。心肌缺血再灌注損傷則是指心肌在缺血一段時間后恢復血液灌注，卻反而加重心肌損傷的現象，常見于急性心肌梗死溶栓治療、經皮冠狀動脈介入治療（PCI）等恢復血流的過程中。此外，缺血性腎病也是不可忽視的缺血性疾病，主要由腎動脈狹窄、膽固醇結晶栓塞、腎動脈血栓形成等原因引發，動脈粥樣硬化是西方國家腎動脈狹窄的最常見原因，在我國，以往大動脈炎發病率最高，隨著人口平均壽命的延長，動脈粥樣硬化性腎動脈狹窄逐漸成為缺血性腎病的主要病因。缺血性心肌病作為冠心病的一種特殊類型或晚期階段，是由于冠狀動脈血管嚴重狹窄，尤其是多處狹窄，致使心肌細胞壞死、變性纖維化，心肌細胞功能下降，進而出現整體心腔結構擴大。1.2.2發病機制及危害缺血性疾病的發病機制主要是由于血管阻塞，導致相應組織器官的血液供應減少，進而引發缺血缺氧。以缺血性腦卒中為例，腦部血管因動脈粥樣硬化、血栓形成、栓塞等原因發生阻塞，致使腦組織無法獲得充足的血液和氧氣供應，從而引發局部腦組織的缺血性壞死或軟化。心肌缺血再灌注損傷的發病機制更為復雜，除了缺血期導致的心肌細胞能量代謝障礙、細胞膜損傷等，再灌注時還會引發炎癥反應、氧化應激損傷等，大量炎癥細胞浸潤，產生大量氧自由基，進一步加重心肌細胞損傷。缺血性腎病的發病與持續的腎臟灌注不足密切相關，同時腎素-血管緊張素系統激活、內皮素活性激活因子（如內皮素-1）產生增多、一氧化氮合成不足、血栓素A2水平上調、超氧陰離子產生過多以及腎臟對外源性氧自由基的清除能力下降等因素，共同作用導致腎功能進行性減退。缺血性心肌病則主要由冠狀動脈粥樣硬化、血栓形成以及血管炎等因素，引起冠狀動脈狹窄或阻塞，造成心肌長期缺血缺氧，最終導致心肌細胞壞死、心肌纖維化。缺血性疾病對人體健康危害極大。缺血性腦卒中患者往往會遺留嚴重的神經功能缺損癥狀，如偏癱、失語、認知障礙等，不僅嚴重影響患者的生活質量，還給家庭和社會帶來沉重的經濟負擔。心肌缺血再灌注損傷可導致心肌梗死面積擴大、心律失常、心力衰竭等嚴重后果，甚至危及生命。缺血性腎病若未能及時診治，會逐漸發展為終末期腎病，患者需要依靠透析或腎移植維持生命。缺血性心肌病患者心功能嚴重受損，常出現心力衰竭、心律失常等并發癥，反復住院，生活質量急劇下降，且發生惡性心律失常、室速、室顫的風險較高，嚴重威脅生命健康。二、NLRP3炎癥復合體2.1結構組成NLRP3炎癥復合體是一種存在于細胞質內的多蛋白復合體，主要由NLRP3蛋白、銜接蛋白ASC和半胱天冬酶-1（caspase-1）組成。NLRP3蛋白屬于NOD樣受體（NLR）家族，其結構包含三個主要結構域：N端的吡啶結構域（PYD）、中間的核苷酸結合寡聚化結構域（NACHT）和C端的富含亮氨酸重復序列結構域（LRR）。PYD結構域主要介導蛋白質-蛋白質相互作用，在NLRP3炎癥復合體的組裝過程中發揮關鍵作用，它能夠與ASC蛋白的PYD結構域相互作用，促進炎癥復合體的形成。NACHT結構域具有ATP酶活性，參與NLRP3蛋白的激活和寡聚化過程，當NLRP3蛋白識別到危險信號后，NACHT結構域結合ATP并發生構象變化，進而啟動炎癥復合體的組裝。LRR結構域則主要負責識別病原體相關分子模式（PAMPs）和損傷相關分子模式（DAMPs），如細菌的脂多糖、尿酸結晶、二氧化硅顆粒等，通過LRR結構域與這些危險信號的特異性結合，NLRP3蛋白被激活，從而引發后續的炎癥反應。銜接蛋白ASC又稱為凋亡相關斑點樣蛋白，它包含兩個結構域：N端的PYD結構域和C端的半胱天冬酶募集結構域（CARD）。ASC在NLRP3炎癥復合體中起到橋梁作用，其PYD結構域與NLRP3蛋白的PYD結構域相互作用，而CARD結構域則與caspase-1的CARD結構域相互作用，通過這種方式，ASC將NLRP3蛋白和caspase-1連接在一起，促進caspase-1的招募和激活。半胱天冬酶-1（caspase-1）在NLRP3炎癥復合體中扮演著核心角色，它是一種半胱氨酸蛋白酶，以無活性的酶原形式（pro-caspase-1）存在于細胞中。在NLRP3炎癥復合體激活過程中，pro-caspase-1被招募到復合體中，通過與ASC的CARD結構域相互作用，pro-caspase-1發生自我切割，形成具有活性的caspase-1。活化的caspase-1能夠特異性地切割促炎細胞因子前體，如pro-IL-1β和pro-IL-18，使其轉化為具有生物活性的IL-1β和IL-18，進而釋放到細胞外，引發炎癥反應。此外，caspase-1還可以切割gasderminD（GSDMD），產生具有膜打孔活性的N端結構域，導致細胞發生焦亡，進一步促進炎癥介質的釋放和炎癥反應的擴大。2.2激活機制2.2.1經典激活途徑NLRP3炎癥復合體的經典激活途徑涉及多個關鍵的觸發因素。鉀離子外流是其中重要的觸發因素之一。當細胞受到病原體相關分子模式（PAMPs）或損傷相關分子模式（DAMPs）刺激時，細胞膜上的離子通道發生改變，導致鉀離子外流。例如，在細菌感染過程中，細菌釋放的毒素可以作用于細胞膜上的離子通道，使鉀離子外流增加。研究表明，通過抑制鉀離子外流通道，能夠顯著抑制NLRP3炎癥復合體的激活，減少IL-1β等炎癥因子的釋放。這說明鉀離子外流在NLRP3炎癥復合體激活過程中起到關鍵的啟動作用，它可能通過改變細胞內的離子環境，影響NLRP3蛋白的構象，進而啟動炎癥復合體的組裝。活性氧（ROS）產生也是經典激活途徑中的關鍵環節。在細胞受到刺激時，線粒體呼吸鏈功能異常，NADPH氧化酶被激活，導致ROS大量產生。ROS可以通過多種方式激活NLRP3炎癥復合體。一方面，ROS能夠氧化修飾NLRP3蛋白上的半胱氨酸殘基，使其發生構象變化，從而促進NLRP3與銜接蛋白ASC的相互作用，加速炎癥復合體的組裝。另一方面，ROS可以開放細胞內的敏感離子通道，建立有利于NLRP3炎癥復合體組裝的離子環境，進一步損傷健康線粒體，促進線粒體ROS產生，形成惡性循環，持續激活NLRP3炎癥復合體。例如，在氧化應激模型中，給予抗氧化劑可以有效抑制ROS的產生，進而顯著降低NLRP3炎癥復合體的激活水平，減少炎癥因子的釋放。溶酶體破裂同樣在NLRP3炎癥復合體的經典激活途徑中發揮重要作用。當細胞受到二氧化硅顆粒、石棉纖維等刺激時，溶酶體膜穩定性下降，導致溶酶體破裂，釋放出組織蛋白酶B等水解酶。組織蛋白酶B可以直接切割NLRP3蛋白，使其激活，或者通過切割其他相關蛋白，間接促進NLRP3炎癥復合體的組裝。研究發現，在二氧化硅顆粒刺激的細胞模型中，抑制組織蛋白酶B的活性，能夠有效抑制NLRP3炎癥復合體的激活，減輕炎癥反應。這表明溶酶體破裂及組織蛋白酶B的釋放是NLRP3炎癥復合體經典激活途徑中的重要步驟。2.2.2其他相關激活因素線粒體功能障礙對NLRP3炎癥復合體的激活具有重要影響。線粒體作為細胞的能量工廠，不僅參與能量代謝，還在細胞凋亡、信號傳導等過程中發揮關鍵作用。當線粒體受到損傷時，其膜電位下降，呼吸鏈功能受損，導致ATP生成減少，同時產生大量ROS。這些變化會引發線粒體自噬，若線粒體自噬功能異常，受損線粒體不能及時被清除，就會釋放線粒體DNA（mtDNA）、線粒體ROS等損傷相關分子模式（DAMPs）。mtDNA可以與NLRP3蛋白直接相互作用，激活NLRP3炎癥復合體。線粒體ROS則可以通過前面提到的氧化修飾NLRP3蛋白等方式，促進炎癥復合體的激活。在心肌缺血再灌注損傷模型中，線粒體功能障礙明顯，NLRP3炎癥復合體激活水平顯著升高，給予線粒體保護劑后，線粒體功能得到改善，NLRP3炎癥復合體的激活受到抑制，炎癥反應減輕。鈣離子濃度變化也與NLRP3炎癥復合體的激活密切相關。細胞內鈣離子作為重要的第二信使，參與多種細胞生理過程。當細胞受到刺激時，細胞膜上的鈣離子通道開放，細胞外鈣離子內流，同時細胞內鈣庫（如內質網）釋放鈣離子，導致細胞內鈣離子濃度升高。一方面，鈣離子濃度升高可以激活鈣依賴的蛋白酶，這些蛋白酶可能通過切割相關蛋白，影響NLRP3炎癥復合體的組裝和激活。另一方面，鈣離子可以與NLRP3蛋白上的特定結構域相互作用，調節NLRP3的活性。例如，在一些炎癥模型中，通過使用鈣離子螯合劑降低細胞內鈣離子濃度，能夠顯著抑制NLRP3炎癥復合體的激活，減少炎癥因子的釋放。此外，鈣離子還可以通過影響其他信號通路，間接調控NLRP3炎癥復合體的激活。2.3在炎癥反應中的作用當NLRP3炎癥復合體被激活后，其核心成員caspase-1發生活化，這一過程引發了一系列關鍵的炎癥反應。caspase-1能夠特異性地切割無活性的pro-IL-1β和pro-IL-18，使其轉化為具有生物活性的IL-1β和IL-18。IL-1β是一種強效的促炎細胞因子，它可以激活血管內皮細胞，使其表達黏附分子，促進白細胞的黏附和滲出，從而加劇炎癥部位的免疫細胞浸潤。IL-1β還能刺激單核細胞、巨噬細胞等釋放其他炎癥介質，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）等，進一步放大炎癥反應。例如，在關節炎模型中，IL-1β的大量釋放導致關節滑膜炎癥，引發關節腫脹、疼痛和功能障礙。IL-18同樣具有重要的促炎作用，它可以協同干擾素-γ（IFN-γ）增強自然殺傷細胞（NK細胞）和T細胞的細胞毒活性，促進Th1細胞的分化和增殖，從而增強機體的免疫應答，但在過度激活的情況下，也會加重炎癥損傷。在膿毒癥模型中，IL-18水平升高與病情的嚴重程度密切相關，抑制IL-18的活性可以減輕炎癥損傷，改善生存率。除了促進炎癥因子的成熟和釋放，NLRP3炎癥復合體激活還會導致細胞焦亡的發生。caspase-1可以切割gasderminD（GSDMD），產生具有膜打孔活性的N端結構域。GSDMD的N端結構域能夠在細胞膜上形成孔道，導致細胞內容物釋放，細胞膜破裂，最終引發細胞焦亡。細胞焦亡是一種程序性壞死，與炎癥反應緊密相連。在細胞焦亡過程中，細胞釋放出大量的炎癥介質，如IL-1β、IL-18、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）等，這些炎癥介質進一步吸引和激活免疫細胞，擴大炎癥反應的范圍和強度。在肺炎鏈球菌感染模型中，NLRP3炎癥復合體介導的細胞焦亡促進了炎癥細胞的募集和炎癥因子的釋放，加劇了肺部炎癥。三、NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用3.1在缺血性腦卒中的作用3.1.1加重神經損傷缺血性腦卒中發生后，NLRP3炎癥復合體被激活，通過誘導神經細胞焦亡和炎癥反應，對神經組織造成嚴重損傷。在缺血缺氧條件下，神經元、星形膠質細胞和小膠質細胞等腦內細胞產生大量損傷相關分子模式（DAMPs），如ATP、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）、尿酸等。這些DAMPs作為危險信號，與細胞表面或胞內的模式識別受體結合，激活NLRP3炎癥復合體。以ATP為例，細胞外高濃度的ATP可與細胞膜上的P2X7受體結合，促使P2X7受體介導的pannexin-1膜孔開放，導致鉀離子外流，進而激活NLRP3炎癥復合體。激活后的NLRP3炎癥復合體促使caspase-1活化，活化的caspase-1切割gasderminD（GSDMD），產生具有膜打孔活性的N端結構域。GSDMD的N端結構域在細胞膜上形成孔道，導致細胞膜破裂，細胞內容物釋放，引發神經細胞焦亡。在腦缺血再灌注損傷模型中，觀察到NLRP3炎癥復合體激活后，神經細胞中GSDMD的切割增加，細胞焦亡明顯增多，導致神經功能進一步惡化。同時，NLRP3炎癥復合體激活還會引發炎癥反應，促進炎癥因子的釋放。caspase-1切割pro-IL-1β和pro-IL-18，使其轉化為具有生物活性的IL-1β和IL-18并釋放到細胞外。IL-1β和IL-18可以激活血管內皮細胞，使其表達黏附分子，如細胞間黏附分子-1（ICAM-1）、血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）等，促進白細胞的黏附和滲出，導致炎癥細胞在缺血腦組織中大量浸潤。這些炎癥細胞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，進一步加重神經組織損傷。研究表明，在缺血性腦卒中患者的腦脊液和腦組織中，IL-1β、IL-18等炎癥因子水平顯著升高，且與神經功能缺損程度密切相關。3.1.2影響疾病進程NLRP3炎癥復合體對缺血性腦卒中的疾病進程產生多方面的影響，其中對缺血半暗帶演變和血腦屏障破壞的作用尤為關鍵。缺血半暗帶是指圍繞在腦梗死核心區周圍的低灌注腦組織，這部分腦組織處于缺血但尚未發生不可逆損傷的狀態，其神經元的存活和功能恢復對患者的預后至關重要。NLRP3炎癥復合體的激活會影響缺血半暗帶的演變。激活的NLRP3炎癥復合體通過釋放炎癥因子，如IL-1β、IL-18等，引發炎癥反應，導致缺血半暗帶內的微血管痙攣、血栓形成，進一步減少局部腦血流量。炎癥因子還可以激活基質金屬蛋白酶（MMPs），降解細胞外基質，破壞血管基底膜，導致血管通透性增加，加重組織水腫，使缺血半暗帶的范圍擴大，更多的神經元由可逆性損傷發展為不可逆損傷，最終梗死面積增大。在動物實驗中，抑制NLRP3炎癥復合體的激活，可以減少缺血半暗帶內炎癥因子的釋放，減輕微血管損傷和組織水腫，縮小梗死面積，改善神經功能。血腦屏障是維持腦組織內環境穩定的重要結構，由腦微血管內皮細胞、基底膜、周細胞和星形膠質細胞等組成。缺血性腦卒中發生后，NLRP3炎癥復合體的激活會破壞血腦屏障的完整性。炎癥因子如IL-1β、TNF-α等可以上調內皮細胞間緊密連接蛋白的磷酸化水平，使其表達下降，破壞緊密連接結構。這些炎癥因子還能誘導內皮細胞產生一氧化氮（NO）和超氧陰離子，兩者反應生成過氧亞硝基陰離子，導致氧化應激損傷，進一步破壞血腦屏障。血腦屏障破壞后，血漿中的大分子物質和炎癥細胞進入腦組織，引發腦水腫和炎癥反應，加重腦組織損傷。臨床研究發現，缺血性腦卒中患者血清中NLRP3炎癥復合體相關炎癥因子水平與血腦屏障損傷標志物水平呈正相關，表明NLRP3炎癥復合體的激活與血腦屏障破壞密切相關。3.2在心肌缺血再灌注損傷的作用3.2.1心肌細胞損傷在心肌缺血再灌注損傷過程中，NLRP3炎癥復合體的激活對心肌細胞造成了多方面的損傷，其中細胞凋亡和壞死是導致心肌細胞死亡的重要形式。缺血期，心肌細胞因血液供應不足，發生能量代謝障礙，ATP生成減少，細胞內離子穩態失衡。再灌注時，大量氧自由基生成，線粒體功能受損，這些因素共同作用，激活了NLRP3炎癥復合體。激活后的NLRP3炎癥復合體促使caspase-1活化，活化的caspase-1一方面切割gasderminD（GSDMD），引發細胞焦亡，另一方面通過激活下游的凋亡相關信號通路，誘導心肌細胞凋亡。研究表明，在心肌缺血再灌注損傷模型中，抑制NLRP3炎癥復合體的激活，可以顯著減少心肌細胞凋亡和焦亡的發生，減輕心肌損傷。例如，通過基因敲除技術敲低NLRP3基因的表達，或使用NLRP3炎癥復合體抑制劑，能夠降低caspase-1的活性，減少GSDMD的切割，從而抑制心肌細胞的焦亡和凋亡。NLRP3炎癥復合體激活還會導致心肌細胞功能障礙，損害心臟整體功能。炎癥復合體激活后釋放的炎癥因子，如IL-1β、IL-18等，會干擾心肌細胞的正常電生理活動，導致心律失常的發生。這些炎癥因子還可以抑制心肌細胞的收縮功能，使心肌收縮力下降，心輸出量減少，最終導致心力衰竭。在臨床研究中，發現心肌缺血再灌注損傷患者血清中IL-1β、IL-18等炎癥因子水平升高，且與心律失常、心力衰竭的發生密切相關。動物實驗也證實，給予NLRP3炎癥復合體抑制劑，可以降低炎癥因子水平，改善心肌細胞的電生理活動和收縮功能，減少心律失常和心力衰竭的發生。3.2.2炎癥細胞浸潤心肌缺血再灌注損傷時，NLRP3炎癥復合體的激活在炎癥細胞浸潤過程中發揮關鍵作用。缺血再灌注損傷導致心肌細胞產生大量損傷相關分子模式（DAMPs），如高遷移率族蛋白B1（HMGB1）、ATP等，這些DAMPs作為危險信號，激活心肌細胞、血管內皮細胞和巨噬細胞等細胞內的NLRP3炎癥復合體。激活的NLRP3炎癥復合體促使caspase-1活化，進而促進IL-1β、IL-18等促炎因子的成熟和釋放。IL-1β具有強大的趨化作用，它可以與炎癥細胞表面的受體結合，引導中性粒細胞、單核細胞等炎癥細胞向缺血心肌組織遷移。在遷移過程中，IL-1β還可以激活血管內皮細胞，使其表達黏附分子，如P-選擇素、E-選擇素、細胞間黏附分子-1（ICAM-1）等，增強炎癥細胞與血管內皮細胞的黏附，促進炎癥細胞穿越血管壁進入心肌組織。IL-18則可以協同其他細胞因子，如干擾素-γ（IFN-γ）等，增強炎癥細胞的活性和功能，使其釋放更多的炎癥介質，進一步加劇炎癥反應。大量炎癥細胞浸潤到缺血心肌組織后，會釋放多種炎癥介質和細胞毒性物質，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）、活性氧（ROS）等，這些物質會對心肌細胞造成直接損傷。TNF-α可以誘導心肌細胞凋亡，抑制心肌細胞的收縮功能；IL-6則可以促進炎癥細胞的活化和增殖，加重炎癥反應；ROS會攻擊心肌細胞的細胞膜、蛋白質和核酸，導致細胞結構和功能受損。此外，炎癥細胞還可以通過釋放蛋白酶，降解細胞外基質，破壞心肌組織的結構完整性，進一步影響心臟功能。研究發現，在心肌缺血再灌注損傷模型中，抑制NLRP3炎癥復合體的激活，可以減少炎癥細胞的浸潤，降低炎癥介質的水平，減輕心肌組織的損傷，改善心臟功能。3.3在其他缺血性疾病的作用在下肢動脈缺血性疾病中，NLRP3炎癥復合體同樣發揮著關鍵作用。當下肢動脈因粥樣硬化、血栓形成等原因發生狹窄或阻塞時，局部組織會出現缺血缺氧。缺血缺氧狀態下，血管內皮細胞、平滑肌細胞和巨噬細胞等會產生大量損傷相關分子模式（DAMPs），如ATP、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）等，這些DAMPs激活NLRP3炎癥復合體。激活的NLRP3炎癥復合體促使caspase-1活化，進而促進IL-1β、IL-18等促炎因子的釋放。這些炎癥因子會導致血管內皮細胞損傷，使其通透性增加，促進炎癥細胞浸潤。炎癥細胞釋放的炎癥介質和蛋白水解酶，會進一步破壞血管壁的結構和功能，加重下肢動脈狹窄和阻塞，影響側支循環的建立。研究表明，在下肢動脈硬化閉塞癥患者的病變血管組織中，NLRP3炎癥復合體相關蛋白的表達顯著升高，且與病情的嚴重程度相關。抑制NLRP3炎癥復合體的激活，可以減輕炎癥反應，改善下肢血管的血液灌注，促進側支循環的形成。視網膜缺血性疾病，如視網膜中央動脈阻塞、糖尿病視網膜病變等，也與NLRP3炎癥復合體密切相關。在視網膜缺血時，視網膜神經節細胞、視網膜色素上皮細胞等會受到損傷，產生DAMPs，激活NLRP3炎癥復合體。激活的NLRP3炎癥復合體誘導caspase-1活化，促進IL-1β、IL-18等炎癥因子的釋放，引發炎癥反應。炎癥反應會導致視網膜血管內皮細胞損傷，血管通透性增加，引起視網膜水腫、滲出等病變。炎癥因子還可以促進新生血管的形成，在糖尿病視網膜病變中，新生血管往往脆弱易破，容易導致視網膜出血、增殖性玻璃體視網膜病變等嚴重并發癥，最終影響視力。研究發現，在糖尿病視網膜病變動物模型中，抑制NLRP3炎癥復合體的激活，可以減少炎癥因子的釋放，減輕視網膜血管損傷和炎癥反應，延緩糖尿病視網膜病變的進展。四、NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用機制4.1細胞焦亡途徑4.1.1焦亡的發生過程細胞焦亡是一種程序性壞死，由NLRP3炎癥復合體激活后，通過caspase-1介導的一系列反應所引發。在正常生理狀態下，細胞內的gasdermin-D（GSDMD）以全長形式存在，保持相對穩定。當細胞受到病原體感染、損傷相關分子模式（DAMPs）或其他危險信號刺激時，NLRP3炎癥復合體被激活。NLRP3蛋白首先識別這些危險信號，通過其N端的吡啶結構域（PYD）與銜接蛋白ASC的PYD結構域相互作用，形成NLRP3-ASC復合物。ASC再通過其C端的半胱天冬酶募集結構域（CARD）與pro-caspase-1的CARD結構域相互作用，招募并激活pro-caspase-1。激活后的caspase-1具有強大的蛋白酶活性，能夠特異性地切割GSDMD。caspase-1在GSDMD的特定氨基酸位點進行切割，將其分為N端結構域（GSDMD-N）和C端結構域（GSDMD-C）。GSDMD-N具有膜打孔活性，它能夠從細胞質轉位到細胞膜上。在細胞膜上，GSDMD-N發生寡聚化，形成直徑約10-15nm的膜孔道。這些膜孔道的形成導致細胞膜的通透性顯著增加，細胞內的離子和小分子物質外流，同時細胞外的水分大量涌入細胞內，使得細胞迅速腫脹。隨著細胞腫脹程度的加劇，細胞膜最終無法承受壓力而破裂，細胞內容物釋放到細胞外環境中。細胞內容物中包含多種炎癥介質，如白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-18（IL-18）、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）等，這些炎癥介質的釋放進一步引發和放大炎癥反應，吸引免疫細胞向炎癥部位聚集，導致炎癥級聯反應的發生。4.1.2與缺血性疾病的關聯在缺血性疾病中，細胞焦亡發揮著重要作用，尤其是在組織損傷和炎癥擴散方面。以缺血性腦卒中為例，當腦部血管發生阻塞導致腦組織缺血缺氧時，神經元、星形膠質細胞和小膠質細胞等腦內細胞會受到損傷，產生大量DAMPs，如ATP、高遷移率族蛋白B1（HMGB1）、尿酸等。這些DAMPs激活NLRP3炎癥復合體，引發細胞焦亡。在缺血半暗帶區域，細胞焦亡導致大量神經元死亡，使得原本處于可逆損傷狀態的腦組織進一步發展為不可逆損傷，梗死面積擴大。同時，細胞焦亡釋放的炎癥介質吸引大量炎癥細胞浸潤，如中性粒細胞、單核細胞等，這些炎癥細胞釋放更多的炎癥因子，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）等，加重炎癥反應，進一步破壞血腦屏障，導致腦水腫加劇，神經功能缺損癥狀惡化。在心肌缺血再灌注損傷中，細胞焦亡同樣扮演著關鍵角色。缺血期心肌細胞因血液供應不足，能量代謝障礙，產生大量DAMPs。再灌注時，大量氧自由基生成，進一步損傷心肌細胞，激活NLRP3炎癥復合體，引發細胞焦亡。心肌細胞焦亡導致心肌細胞死亡，心肌收縮功能受損，心輸出量減少。炎癥介質的釋放吸引炎癥細胞浸潤，炎癥細胞釋放的炎癥因子和活性氧等物質，進一步損傷心肌細胞，導致心肌纖維化、心律失常等并發癥的發生，嚴重影響心臟功能。研究表明，在心肌缺血再灌注損傷模型中，抑制NLRP3炎癥復合體的激活，減少細胞焦亡的發生，可以顯著減輕心肌損傷，改善心臟功能。四、NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用機制4.2炎癥因子釋放途徑4.2.1主要炎癥因子的作用IL-1β作為一種關鍵的促炎細胞因子，在缺血性疾病中發揮著重要作用。在缺血性腦卒中發生后，腦組織中的小膠質細胞、星形膠質細胞等在NLRP3炎癥復合體激活的刺激下，釋放大量IL-1β。IL-1β能夠與血管內皮細胞表面的受體結合，激活內皮細胞，促使其表達細胞間黏附分子-1（ICAM-1）、血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）等黏附分子。這些黏附分子能夠增強白細胞與血管內皮細胞的黏附，引導中性粒細胞、單核細胞等炎癥細胞向缺血腦組織遷移。在遷移過程中，IL-1β還可以作為趨化因子，進一步引導炎癥細胞到達炎癥部位，促進炎癥細胞的浸潤。此外，IL-1β還能刺激單核細胞、巨噬細胞等釋放其他炎癥介質，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，放大炎癥效應，加重腦組織損傷。IL-18同樣在缺血性疾病的炎癥反應中扮演著關鍵角色。在心肌缺血再灌注損傷時，心肌細胞、巨噬細胞等激活NLRP3炎癥復合體，促使IL-18的釋放。IL-18可以協同干擾素-γ（IFN-γ）增強自然殺傷細胞（NK細胞）和T細胞的細胞毒活性，促進Th1細胞的分化和增殖。Th1細胞能夠分泌多種細胞因子，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、干擾素-γ（IFN-γ）等，進一步激活免疫細胞，增強免疫應答。然而，在缺血性疾病中，過度激活的IL-18會導致炎癥反應失控，加重心肌組織損傷。研究表明，在心肌缺血再灌注損傷模型中，抑制IL-18的活性，可以減少心肌細胞凋亡，減輕心肌組織的炎癥損傷，改善心臟功能。4.2.2對缺血組織微環境的影響在缺血性疾病中，NLRP3炎癥復合體激活后釋放的炎癥因子對缺血組織微環境產生顯著影響，進而影響組織修復和再生。以缺血性腦卒中為例，IL-1β、IL-18等炎癥因子的大量釋放改變了缺血腦組織的微環境。炎癥因子可以激活基質金屬蛋白酶（MMPs），如MMP-2、MMP-9等。MMPs能夠降解細胞外基質，包括膠原蛋白、層粘連蛋白等，破壞血管基底膜和神經細胞外基質的結構完整性。這導致血管通透性增加，血漿中的大分子物質和炎癥細胞更容易進入腦組織，引發腦水腫。腦水腫進一步壓迫周圍腦組織，導致局部血液循環障礙，加重神經細胞的缺血缺氧損傷，影響神經功能的恢復。在心肌缺血再灌注損傷中，炎癥因子對缺血心肌組織微環境的改變也十分明顯。炎癥因子促使炎癥細胞浸潤，這些炎癥細胞在心肌組織中釋放大量活性氧（ROS）和炎癥介質。ROS會攻擊心肌細胞的細胞膜、蛋白質和核酸，導致細胞結構和功能受損。炎癥介質如TNF-α、IL-6等會干擾心肌細胞的正常代謝和電生理活動，抑制心肌細胞的收縮功能。此外，炎癥因子還會激活成纖維細胞，使其增殖并分泌大量膠原蛋白，導致心肌纖維化。心肌纖維化使心肌組織變硬，順應性降低，影響心臟的舒張和收縮功能，最終導致心力衰竭。4.3信號通路調控4.3.1TLR4/NF-κB/NLRP3信號通路Toll樣受體4（TLR4）在缺血性疾病中，對NLRP3炎癥復合體的激活發揮著關鍵作用。以缺血性腦卒中為例，當腦組織發生缺血缺氧時，腦內細胞會產生大量損傷相關分子模式（DAMPs），如高遷移率族蛋白B1（HMGB1）、脂多糖（LPS）等。這些DAMPs可作為配體與TLR4結合，啟動TLR4信號通路。TLR4與配體結合后，會招募髓樣分化因子88（MyD88），MyD88再通過其死亡結構域與IL-1受體相關激酶（IRAK）相互作用，激活IRAK。激活后的IRAK會進一步激活腫瘤壞死因子受體相關因子6（TRAF6），TRAF6通過泛素化修飾激活轉化生長因子β激活激酶1（TAK1）。TAK1能夠磷酸化并激活IκB激酶（IKK），IKK使IκBα磷酸化，導致IκBα與核因子κB（NF-κB）解離。NF-κB得以進入細胞核，與NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18等基因的啟動子區域結合，促進它們的轉錄和表達。在心肌缺血再灌注損傷中，同樣存在類似的激活過程。缺血再灌注損傷導致心肌細胞釋放DAMPs，激活TLR4信號通路，促進NF-κB的活化，進而上調NLRP3等炎癥相關蛋白的表達。研究表明，在心肌缺血再灌注損傷模型中，使用TLR4拮抗劑或NF-κB抑制劑，能夠顯著降低NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18的表達水平，減輕炎癥反應和心肌損傷。這充分說明了TLR4/NF-κB信號通路在激活NLRP3炎癥復合體中的重要作用。4.3.2其他相關信號通路活性氧（ROS）/Toll相互作用蛋白（TGNIP）/NLRP3信號通路在缺血性疾病中也具有重要的調控作用。在缺血性腦卒中發生時，腦組織缺血缺氧會導致線粒體功能障礙，NADPH氧化酶被激活，從而產生大量ROS。ROS可氧化修飾Toll相互作用蛋白（TGNIP），使其與NLRP3的結合能力增強。TGNIP與NLRP3結合后，能夠促進NLRP3的寡聚化和炎癥復合體的組裝，進而激活NLRP3炎癥復合體。在動物實驗中，給予抗氧化劑抑制ROS的產生，能夠減少TGNIP與NLRP3的結合，降低NLRP3炎癥復合體的激活水平，減輕神經損傷。此外，研究還發現，TGNIP基因敲除小鼠在缺血性腦卒中模型中，NLRP3炎癥復合體的激活明顯受到抑制，神經功能缺損癥狀減輕，這進一步證實了ROS/TGNIP/NLRP3信號通路在缺血性腦卒中中的重要作用。AMP激活的蛋白激酶（AMPK）/核因子E2相關因子2（Nrf2）/NLRP3信號通路在調控NLRP3炎癥復合體方面也發揮著關鍵作用。在心肌缺血再灌注損傷中，缺血期心肌細胞能量代謝障礙，AMP/ATP比值升高，激活AMPK。激活的AMPK可以磷酸化并激活Nrf2，使Nrf2從細胞質轉移到細胞核中。在細胞核內，Nrf2與抗氧化反應元件（ARE）結合，啟動抗氧化酶基因的轉錄，如血紅素加氧酶-1（HO-1）、超氧化物歧化酶（SOD）等，從而增強細胞的抗氧化能力。同時，Nrf2還可以通過抑制NF-κB的活性，減少NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18等炎癥相關蛋白的表達，進而抑制NLRP3炎癥復合體的激活。研究表明，使用AMPK激動劑可以激活AMPK/Nrf2信號通路，降低NLRP3炎癥復合體的激活水平，減輕心肌缺血再灌注損傷。相反，使用AMPK抑制劑則會抑制AMPK/Nrf2信號通路，導致NLRP3炎癥復合體激活增強，心肌損傷加重。五、基于NLRP3炎癥復合體的缺血性疾病治療策略5.1藥物治療5.1.1西藥研發進展針對NLRP3炎癥復合體的抑制劑研發是當前缺血性疾病治療領域的研究熱點。格列本脲作為一種傳統的磺脲類降糖藥物，近年來被發現具有抑制NLRP3炎癥復合體的作用。在實驗性腦出血小鼠模型中，格列本脲可通過抑制NLRP3炎性小體，減少神經炎癥和相關的血腦屏障損傷。研究表明，格列本脲能夠抑制NLRP3炎癥復合體的激活，減少促炎細胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α的釋放，從而減輕炎癥反應。其作用機制可能是格列本脲通過與NLRP3蛋白上的特定結構域結合，阻止NLRP3的寡聚化和炎癥復合體的組裝。在心肌缺血再灌注損傷模型中，給予格列本脲處理后，NLRP3炎癥復合體的激活受到抑制，心肌細胞凋亡減少，心臟功能得到改善。這為缺血性心臟病的治療提供了新的思路，提示格列本脲可能成為一種潛在的治療心肌缺血再灌注損傷的藥物。MCC950是一種特異性的NLRP3炎癥復合體抑制劑，它能夠直接作用于NLRP3蛋白，阻斷其與銜接蛋白ASC的相互作用，從而抑制炎癥復合體的激活。在缺血性腦卒中模型中，MCC950能夠顯著降低腦梗死體積，減輕神經功能缺損癥狀。研究發現，MCC950可以抑制缺血腦組織中NLRP3炎癥復合體的激活，減少IL-1β、IL-18等炎癥因子的釋放，減輕炎癥反應對神經組織的損傷。此外，MCC950還能夠抑制神經細胞焦亡，保護神經細胞的存活。在臨床前研究中，MCC950展現出了良好的治療效果和安全性，為缺血性腦卒中的治療帶來了新的希望。5.1.2中藥的干預作用中藥在調節NLRP3炎癥復合體方面具有獨特的優勢，通過多靶點、多途徑發揮作用。芍藥苷是中藥白芍的主要活性成分，具有廣泛的藥理作用。研究表明，芍藥苷能夠抑制NLRP3炎癥復合體的激活，減輕缺血性疾病中的炎癥反應。在腦缺血再灌注損傷模型中，使用含芍藥苷成分的藥物，可有效抑制缺血腦組織中NLRP3、Caspase-1等的表達，并且能夠下調NLRP3信號通路下游的炎性因子IL-6、TNF-α、IL-1β的表達。這說明芍藥苷能通過抑制NLRP3信號通路的激活，從而發揮減輕腦缺血再灌注損傷的作用。其作用機制可能與芍藥苷調節細胞內的氧化還原狀態，減少活性氧（ROS）的產生有關。ROS是NLRP3炎癥復合體激活的重要觸發因素之一，芍藥苷通過抗氧化作用，降低ROS水平，進而抑制NLRP3炎癥復合體的激活。腦心通膠囊是由黃芪、水蛭、川芎、丹參等16味傳統中藥組成的復方制劑，臨床廣泛用于冠心病、腦卒中等疾病的治療。研究證實，腦心通膠囊可以通過抑制NLRP3炎癥體激活，進而改善小鼠心肌缺血再灌注損傷。在心肌缺血再灌注損傷模型中，腦心通組超聲心動圖檢測的心功能情況較對照組顯著改善，腦心通對心臟保護效應主要體現在阻滯NLRP3炎癥小體的激活，減少心肌缺血再灌注損傷后炎性巨噬細胞（M1巨噬細胞）和中性粒細胞的浸潤。此外，腦心通膠囊還能降低心肌缺血再灌注損傷后IL-1β的血清水平。其作用機制可能涉及多個方面，一方面，腦心通膠囊中的多種中藥成分具有抗氧化、抗炎作用，能夠減少損傷相關分子模式（DAMPs）的產生，從而減少NLRP3炎癥復合體的激活信號；另一方面，腦心通膠囊可能通過調節相關信號通路，如NF-κB信號通路，抑制NLRP3、pro-IL-1β和pro-IL-18等炎癥相關蛋白的表達，進而抑制NLRP3炎癥復合體的激活。5.2基因治療策略基因治療策略為缺血性疾病的治療帶來了新的希望，通過RNA干擾、基因編輯等技術抑制NLRP3基因表達，已成為當前研究的熱點。RNA干擾（RNAi）技術是一種高效的基因沉默技術，通過將小干擾RNA（siRNA）導入細胞，使其與目標基因的mRNA互補配對，從而降解mRNA，抑制基因的表達。在缺血性疾病研究中，RNAi技術被廣泛應用于抑制NLRP3基因表達。有研究針對NLRP3基因設計特異性的siRNA，并將其通過脂質體轉染等方式導入缺血性腦卒中模型小鼠的腦組織中。結果發現，與對照組相比，導入NLRP3-siRNA的小鼠腦組織中NLRP3蛋白表達顯著降低，NLRP3炎癥復合體的激活受到抑制，IL-1β、IL-18等炎癥因子的釋放減少，腦梗死體積明顯縮小，神經功能缺損癥狀得到改善。這表明RNAi技術能夠有效抑制NLRP3基因表達，減輕缺血性腦卒中后的炎癥反應和神經損傷。在心肌缺血再灌注損傷模型中，運用RNAi技術抑制NLRP3基因表達，同樣能夠減少心肌細胞凋亡和焦亡，改善心臟功能。基因編輯技術如CRISPR/Cas9系統，為抑制NLRP3基因表達提供了更為精準的手段。CRISPR/Cas9系統由Cas9核酸酶和引導RNA（gRNA）組成，gRNA可以引導Cas9核酸酶識別并切割特定的DNA序列，實現對基因的敲除、插入或替換。浙江大學藥學院平淵課題組設計了一種可溶性微針貼片，通過透皮給藥及胞內遞送的分級遞藥策略，實現CRISPR/Cas9基因編輯系統對皮下免疫細胞和角質形成細胞內NLRP3基因的高效編輯，有效提高了銀屑病和特異性皮炎的糖皮質激素療法。在缺血性疾病研究中，有研究利用CRISPR/Cas9系統對缺血心肌細胞中的NLRP3基因進行編輯。將攜帶CRISPR/Cas9系統的腺相關病毒載體注射到心肌缺血再灌注損傷模型小鼠的心肌組織中，gRNA引導Cas9核酸酶特異性地切割NLRP3基因的關鍵區域，實現NLRP3基因的敲除。實驗結果顯示，基因編輯后的小鼠心肌組織中NLRP3蛋白表達缺失，NLRP3炎癥復合體無法激活，炎癥因子釋放顯著減少，心肌細胞損傷減輕，心臟功能得到明顯改善。這一研究表明，CRISPR/Cas9基因編輯技術能夠精準地抑制NLRP3基因表達，為心肌缺血再灌注損傷的治療提供了新的策略。六、研究現狀與展望6.1研究現狀總結當前，NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的作用及機制研究已取得了顯著進展。在作用方面，大量研究表明，NLRP3炎癥復合體在缺血性腦卒中、心肌缺血再灌注損傷以及其他多種缺血性疾病中均扮演著關鍵角色。在缺血性腦卒中中，它通過誘導神經細胞焦亡和炎癥反應，加重神經損傷，同時影響缺血半暗帶演變和血腦屏障破壞，對疾病進程產生不良影響。在心肌缺血再灌注損傷中，NLRP3炎癥復合體的激活不僅導致心肌細胞凋亡、壞死和功能障礙，還促進炎癥細胞浸潤，進一步加重心肌組織損傷。在下肢動脈缺血性疾病和視網膜缺血性疾病等其他缺血性疾病中，NLRP3炎癥復合體同樣通過引發炎癥反應，導致組織損傷和功能障礙。在作用機制研究方面，已明確細胞焦亡途徑、炎癥因子釋放途徑以及信號通路調控在NLRP3炎癥復合體介導的缺血性疾病損傷中發揮重要作用。細胞焦亡途徑中，NLRP3炎癥復合體激活后，caspase-1介導gasderminD切割，形成膜孔道，導致細胞腫脹破裂，釋放炎癥介質，加重組織損傷。炎癥因子釋放途徑中，IL-1β、IL-18等主要炎癥因子被激活釋放，引發炎癥級聯反應，改變缺血組織微環境，影響組織修復和再生。信號通路調控方面，TLR4/NF-κB/NLRP3、ROS/TGNIP/NLRP3、AMPK/Nrf2/NLRP3等信號通路參與NLRP3炎癥復合體的激活過程，通過調節相關信號分子的表達和活性，影響NLRP3炎癥復合體的組裝和功能。基于NLRP3炎癥復合體的缺血性疾病治療策略研究也取得了一定成果。藥物治療方面，西藥研發不斷推進，格列本脲、MCC950等抑制劑展現出抑制NLRP3炎癥復合體的潛力；中藥則憑借多靶點、多途徑的作用優勢，如芍藥苷、腦心通膠囊等，通過調節NLRP3炎癥復合體，減輕缺血性疾病的炎癥反應和組織損傷。基因治療策略中，RNA干擾和基因編輯等技術被用于抑制NLRP3基因表達，為缺血性疾病的治療提供了新的思路和方法。6.2存在問題與挑戰盡管NLRP3炎癥復合體在缺血性疾病中的研究已取得顯著進展，但仍存在諸多問題與挑戰。在作用機制研究方面，雖然已經明確了細胞焦亡途徑、炎癥因子釋放途徑以及信號通路調控等主要機制，但這些機制的具體細節尚未完全闡明。例如，在細胞焦亡途徑中，除了已知的caspase-1介導的gasderminD切割引發細胞焦亡外，是否還存在其他未知的分子參與這一過程，目前尚不清楚。在炎癥因子釋放途徑中，IL-1β、IL-18等炎癥因子的釋放如何精準調控，以及它們在不同缺血性疾病中的作用是否存在差異，仍有待進一步研究。對于信號通路調控，雖然已經發現了TLR4/NF-κB/NLRP3等多條信號通路參與NLRP3炎癥復合體的激活，但這些信號通路之間的相互作用關系以及在不同細胞類型和缺血條件下的激活模式，還需要深入探究。在治療策略方面，當前的藥物治療和基因治療策略均存在一定局限性。藥物治療中，雖然已經研發出一些針對NLRP3炎癥復合體的抑制劑，如格列本脲、MCC950等，但這些藥物的特異性和安全性仍有待提高。格列本脲作為一種傳統降糖藥物，其對NLRP3炎癥復合體的抑制作用可能會帶來血糖波動等不良反應，影響其在缺血性疾病治療中的應用。MCC950雖然特異性較高，但在臨床試驗中可能出現免疫抑制等潛在風險，限制了其臨床推廣。中藥在調節NLRP3炎癥復合體方面具有多靶點、多途徑的優勢，但中藥成分復雜，其作用機制難以明確，質量控制也存在一定困難，這給中藥的臨床