毕业论文吧
打造论文第一网站!
毕业论文吧 > 生命毕业论文 > > 炎症体NLRP3发挥作用的相关调控机制
生命毕业论文

炎症体NLRP3发挥作用的相关调控机制

摘要:氧化应激反应与NLRP3炎症体的激活氧化应激是指机体遭受各种刺激时体内氧化与抗氧化作用失衡,大量氧化产物堆积,导致机体损伤的一种病理过程,下面是小编搜集整理的一篇探究炎症体NLRP3发挥作用的相关调控机制的 论文范文 ,供大家阅读参考。 炎症体的概念最
关键词:炎症,NLRP3,发挥,用的,相关,调控,机制,氧化,应激反

  氧化应激反应与NLRP3炎症体的激活氧化应激是指机体遭受各种刺激时体内氧化与抗氧化作用失衡,大量氧化产物堆积,导致机体损伤的一种病理过程,下面是小编搜集整理的一篇探究炎症体NLRP3发挥作用的相关调控机制的论文范文,供大家阅读参考。

  炎症体的概念最早由Martinon等[1]提出,其来源主要是模式识别受体(patternrecognitionreceptors,PRRs)中的核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD)样受体(NOD-likereceptors,NLRs)在活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶1(caspase-1)过程中形成的大分子蛋白复合体,而该过程对白细胞介素(interleukin,IL)-1β等促炎因子的成熟、分泌起到重要作用。目前发现的炎症体包括NLRP1、NLRP3、细胞质DNA传感器黑色素瘤缺乏因子(absentinmelanoma,AIM)、白细胞介素转换酶激活因子(interleukin-1βconvertingenzymepro-tease-activatingfactor,IPAF)等,其中以NLRP3研究最为深入。

  NLRP3炎症体的组成与激活

  NLRP3炎症体的组成NLRP3炎症体主要由NL-RP3蛋白、caspase-1、凋亡相关点样蛋白(apoptosis-associatedspeck-likeproteincontainingaCARD,ASC)组成。NLRP3蛋白的主要结构为核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-bindingoligomerizationdomain,NOD/NACHT)及其C-端的亮氨酸重复序列(leucinerichrepeat,LRR)和N-端的胱天蛋白酶募集结构域(caspase-activatingandrecruitmentdomain,CARD)或热蛋白结构域(pyrindomain,PYD)[2].caspase家族主要与细胞凋亡和炎症反应相关,作为caspase家族的一员,caspase-1主要参与炎症反应,其与促炎细胞因子IL-1β和IL-18前体的成熟、分泌密切相关,在NLRP3炎症体促炎作用中发挥核心作用。ASC主要结构包括与NLRP3蛋白连接的PYD和与caspase-1连接的CARD.作为衔接蛋白的ASC,其磷酸化在炎症体激活过程中尤为重要,并且酪氨酸激酶(spleentyro-sinekinase,SYK)、c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-ter-minalkinase,JNK)能上调ASC的磷酸化[3].

  NLRP3炎症体的激活与Toll样受体(Toll-likereceptor,TLR)不同,NLRP3主要在细胞内感受刺激呈递信号[4].研究发现,多种外源性和内源性刺激物可激活NLRP3炎症体,如脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)[1]、尿酸结晶(monosodiumurate,MSU)[5]、ATP[6]、胆固醇结晶[7]、氧化低密度脂蛋白(oxidizedlow-densitylipoprotein,ox-LDL)[8]等。关于其激活过程,目前认为可能与钾离子流出机制[6]、活性氧(re-activeoxygenspecies,ROS)产生机制[9]和溶酶体损伤机制[10]有关。此外,NLRP3炎症体的激活还涉及TLRs和核因子κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)的相关通路[11].

  NLRP3炎症体发挥作用的相关调控机制

  氧化应激反应与NLRP3炎症体的激活氧化应激是指机体遭受各种刺激时体内氧化与抗氧化作用失衡,大量氧化产物堆积,导致机体损伤的一种病理过程,其中线粒体产生的ROS在氧化应激中发挥重要作用。近来研究发现,线粒体与NLRP3炎症体的激活关系密切。多数研究认为,NLRP3炎症体激活是由线粒体与溶酶体相关作用介导的,且该过程主要与ROS的产生有关[12].如ox-LDL不仅在动脉粥样硬化(ather-osclerosis,AS)的发病过程中起到重要作用,而且能够刺激NLRP3炎症体的激活,该过程需依赖ROS[13-14].在高半胱氨酸存在的肾小球损伤及硬化过程中,内源性的超氧化物(O2-)、过氧化氢(H2O2)在NLRP3炎症体的形成和激活中有重要作用[15].

  Zhou等[16]通过阻断呼吸链上的关键酶ComplexI和ComplexⅢ的方法促进ROS的生成,并在人单核细胞型淋巴瘤THP1细胞培养上清液中观察到ROS的产生与IL-1β的生成相关,而在敲除NLRP3或caspase-1基因的THP1细胞中应用呼吸链酶抑制剂后并未观测到IL-1β的分泌。为了更直接地确定线粒体在NLRP3炎症体激活中的作用,其在随后的研究中采用阻断与ROS产生关系更为密切的电压依赖型阴离子通道(voltage-dependentanionchannels,VDAC)的方式,通过短发夹RNA(shorthairpinRNA,shRNA)沉默VDAC基因,再应用MSU等刺激物后,炎症体的激活受到明显抑制。在人骨髓间充质干细胞(humanmar-rowmesenchymalstemcells,hMSCs)与巨噬细胞共培养的过程中,应用LPS或者ATP刺激巨噬细胞观察NLRP3炎症体的激活情况,结果发现hMSCs可以分泌一种被称为斯钙素(stanniocalcin,STC)-1的抗凋亡蛋白,它可以通过抑制ROS产生来阻止NLRP3炎症体激活及IL-1β分泌[17].此外,吞噬细胞表达的两种蛋白S100A8和S100A9可以通过ROS产生过程参与NLRP3蛋白和IL-1β前体的表达[18].

  另有不同观点认为,NLRP3炎症体的激活并不一定依赖ROS的产生。恶唑烷酮类抗生素利奈唑胺可以不依赖ROS而激活NLRP3炎症体,ROS可能并不是直接在NLRP3炎症体激活中发挥作用,而是对成熟后的IL-1β的外排过程起作用。但无论是否依赖ROS,激活NLRP3的通路都与线粒体功能障碍相关,特别是与线粒体脂质双磷脂酰甘油相关,其可能机制为线粒体脂质双磷脂酰甘油可以直接与NLRP3结合组成聚合物来抑制NLRP3炎症体的激活[19-20].因而有学者提出,线粒体参与NLRP3炎症体激活的过程不仅是从ROS产生途径,还依赖于线粒体的整体功能[21].

  内质网应激反应与NLRP3炎症体的激活内质网应激(endoplasmicreticulumstress,ERS)在慢性炎症类疾病的发生发展中起到重要作用,而其与炎症相关性的具体机制仍不清楚。多种ERS诱导剂可以引起IL-1β的分泌,其主要机制可能是ERS通过作用于NF-κB信号通路,促进IL-1β前体物质的释放并激活NLRP3实现的[22].有研究显示,在烫伤小鼠模型中注射LPS后,其肝脏组织中NLRP3炎症体相关基因和ERS相关基因蛋白表达量明显增加[23].应用牛血清白蛋白刺激肾脏上皮细胞(NRK-52E)可导致NLRP3炎症体的激活,同时表达的还有内质网标志物钙网蛋白,而应用牛磺熊去氧胆酸(taurine-conjugatedur-sodeoxycholicacid,TUDCA)使细胞对ERS适应性增加后可以抑制炎症体激活,表明ERS在炎症体的激活过程中发挥作用,增强细胞对ERS的适应性可以抑制炎症体的激活,进而改善蛋白尿对肾上皮细胞的炎性损伤[24].X盒结合蛋白1(X-box-bindingprotein1,XBP1)是ERS反应的重要转录调控因子,是多种疾病的潜在治疗靶点,相关研究显示其可能通过内质网相关瞬时感受器电位钙离子通道蛋白1(transientre-ceptorpotentialcalciumchannelprotein1,TRPC1)分泌的一种新的信号肽参与NLRP3炎症体调节的IL-1β/IL-18的成熟及下游免疫反应过程[25].未折叠蛋白反应(unfoldedproteinresponse,UPR)是ERS中的一条重要信号通路。有研究认为,硫氧还原蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interactingprotein,TXNIP)在UPR中起重要作用,且TXNIP的产生依赖需肌醇酶1α(inositolrequiringkinase1α,IRE1α),上调TXNIP表达水平有助于NLRP3炎症体的激活[26].ERS之所以能够引起NLRP3炎症体激活并促进促炎因子IL-1β释放,可能与通过内质网起作用的促炎信号和NLRP3炎症体激活的相关机制如ROS产生、钾离子外流等过程关系密切,在发生ERS的细胞内,NLRP3炎症体可以感知并响应ERS下游信号,最终通过不同于UPR的不典型ERS反应,使得ERS与慢性炎症相联系[27].

  另有相反的观点认为,促炎因子IL-1β的成熟、分泌与ERS相关,但与NLRP3炎症体无关。应用LPS刺激巨噬细胞使其发生ERS,发现IL-1β前体物质的成熟在ASC蛋白缺失的情况下发生,该过程中caspase-8起到重要作用,而caspase-8的激活又依赖TLR4及其招募的β干扰素TIR结构域衔接蛋白(TIR-domain-containingadaptorinducinginterferon-β,TRIF)信号分子,故认为IL-1β的成熟分泌与NLRP3无关,而是通过TLR4-ERS相关通路调控[28].

  自噬反应与炎症体激活的相互调控自噬在疾病中的作用越来越受到人们的关注,新近研究发现,NLRP3炎症体与自噬能够相互调控。自噬可以双向调控NLRP3炎症体的激活。在大鼠胰岛瘤细胞系(insu-linomacellline,INS-1)中,棕榈酸(palmiticacid,PA)可以诱导自噬,将含有自噬相关基因7(autoph-agy-related7,Atg7)片段的质粒转染入INS-1后,与对照组相比组织蛋白酶B(cathepsinB,CTSB)、促炎因子表达均明显增加;在应用siRNA沉默CTSB后,IL-1β等促炎因子表达减少;沉默NLRP3基因后,与对照组相比IL-1β等促炎因子明显减少,表明在INS-1内自噬反应可以促进NLRP3炎症体的激活,且该过程是通过过表达CTSB实现的[29].与此相反,在巨噬细胞离体实验中,抑制自噬蛋白LC3B和Beclin1的表达后,在LPS或ATP刺激下caspase-1、IL-1β/IL-18的表达反而增加,进一步实验证明适度自噬反应可以维持线粒体的完整性,进而抑制NLRP3炎症体的激活[30].以上研究表明,自噬反应发生后对炎症体激活是促进还是抑制似乎与自噬程度相关。此外,炎症体激活后也可以促进或抑制自噬反应,但这种双向调控的具体机制还不明确。通过激活炎症体,尤其是NLRP3炎症体,可以抑制线粒体自噬,影响线粒体的自我清除,进而对AS等疾病进展起到促进作用[31].

  也有相反的研究显示,NLRP3炎症体的激活可以促进自噬,应用MSU刺激骨母细胞(osteoblasts,OBs)可以激活NLRP3炎症体并诱导NLRP3依赖的自噬反应,同时NLRP3炎症体还参与调控OBs内尿酸结晶-自噬体(MSU-autophagosomes)的形成[32].

  总结与展望

  模式识别受体在先天性免疫中发挥重要作用,其参与的无菌炎症等反应在多种代谢性疾病中的作用越来越受到人们的重视。AS等代谢性疾病的发生是以炎症反应为主要改变的复杂病理过程,而炎症体作为纽带将炎症与氧化应激、ERS、自噬等病理过程相联系,为更深入研究相关疾病的发病机制并发现可能的有效治疗靶点提供了方向。但目前相关研究还有很大局限性,如线粒体与NLRP3炎症体的激活关系是否通过ROS产生过程实现有待证实;虽然多数研究肯定NLRP3炎症体的激活与自噬作用相关,但炎症体激活与自噬反应之间的双向调控作用还有待进一步探讨。总之,炎症体相关调控机制可能为AS、糖尿病等代谢性疾病的防治提供新的方向,需要更为深入的研究。

  参考文献

  [1]MartinonF,BurnsK,TschopPJ.Theinflammasome:amo-lecularplatformtriggeringactivationofinflammatorycaspasesandprocessingofproIL-β[J].MolCell,2002,10(2):417-446.

  [2]SchroderK,TschopPJ.Theinflammasomes[J].Cell,2010,140(6):821-832.

  [3]HaraH,TsuchiyaK,KawamuraI,etal.PhosphorylationoftheadaptorASCactsasamolecularswitchthatcontrolstheformationofspeck-likeaggregatesandinflammasomeactivity[J].NatImmunol,2013,14(12):1247-1255.

  [4]FranchiL,McDonaldC,KannegantiTD,etal.Nucleotide-bindingoligomerizationdomain-likereceptors:intracellularpatternrecognitionmoleculesforpathogendetectionandhostdefense[J].JImmunol,2006,177(6):3507-3513.

  [5]ShiY,EvansJE,RockKL.Molecularidentificationofadangersignalthatalertstheimmunesystemtodyingcells[J].Nature,2003,425(6957):516-521.

关闭
14705193098 工作日:8:00-24:00
周 日:9:00-24:00