引用本文： 王文連, 林欣, 胡俊鋒. 炎性小體在肺部疾病中的作用. 中國呼吸與危重監護雜志, 2019, 18(4): 404-408. doi: 10.7507/1671-6205.201805056 復制
炎癥反應是機體的自我保護機制之一，適度的炎癥反應可以保護機體免受外來侵害，但過度的炎癥反應會引起機體損傷引發疾病。炎性小體（inflammasome）與炎癥反應的發生發展密切相關，成為近年的研究熱點。目前報道通過形成炎性小體發揮功能的主要分子有 4 種，即介導固有免疫的核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白（NACHT，LRR and PYD domains-containing protein，NLRP）1、NLRP3、NLR 家族 CARD 域蛋白 4（NLR family CARD domain-containing protein 4，NLRC4）和黑素瘤缺乏因子 2（absent in melanoma 2 protein，AIM2），NLRP2、NLRP6、NLRP7 及 NLRP12 等亦有報道，皆從屬于 NLR（nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat containing）家族。其中研究較為深入的是 NLRP3 炎性小體。炎性小體可以參與多種感染性及非感染性疾病，本文主要針對炎性小體參與的肺部疾病進行綜述。
1 炎性小體
炎性小體，也稱免疫小體，由 Martinon 等[1]于 2002 年首次提出，是由模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）參與組裝的多蛋白復合物，可識別病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）或宿主來源的損傷相關分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP），分子量約 700 kDa，是固有免疫的重要效應因子。目前研究表明炎性小體發揮功能的分子主要有 4 種，即 NLRP1、NLRP3、NLRC4 和 AIM2 炎性小體。其激活方式主要依賴兩步信號：（1）核因子 κB 的激活導致 pro-caspase-1 與 pro-IL-1、pro-IL-18 的表達；（2）形成炎性小體復合物，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）-1 的激活導致白細胞介素（interleukin，IL）-1、IL-18 的成熟與分泌，引起炎癥反應的放大與擴散，加速細胞壞死及焦亡的發生。作為參與并誘導炎癥反應的重要細胞內大分子，炎性小體高表達于中性粒細胞、淋巴細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞等髓系細胞。而作為固有免疫過程的重要組成成分，炎性小體同樣表達于上皮細胞、角質形成細胞等構成屏障系統的細胞。近年來研究發現炎性小體在調控細胞生存、遷移、焦亡及凋亡方面等均發揮顯著作用，它在肺部疾病的發生和發展中亦發揮非常重要的作用。
1.1 NLRP1 炎性小體
NLRP1 炎性小體是首個被確定的炎性小體，包括 N 端的 PYD 結構域（pyrin domain）、C 端的 FIIND（domain with function to find）結構域和 CARD（caspase activating and caspase recruitment domain）結構域。是目前發現的唯一含有 PYD 和 CARD 結構域的 NLR 家族成員。Martinon 等[1]利用淋巴瘤細胞粗提物實驗表明，NLRP1 能形成一種 IL-1β 加工活性的多蛋白復合物，包括凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）、CARD8、caspase-5 和 caspase-1。在 NLRP1 炎性小體形成過程中，NLRP1 可不依賴 ASC，而是直接通過 CARD-CARD 相互作用募集 pro-caspase-1，介導 caspase-1 激活后導致細胞焦亡的發生。NLRP1 基因的表達呈多樣性，人源性和大部分靈長類動物 NLRP1 基因只表達 NLRP1，而鼠源性 NLRP1 基因有 3 個串聯同源基因，表達 3 種同系物 NLRP1a、NLRP1b 和 NLRP1c，其中 NLRP1b 是小鼠巨噬細胞識別致死毒素的重要 PRR[2]。
1.2 NLRP3 炎性小體
NLRP3 炎性小體是目前研究最多且最為深入的炎性小體，也是迄今為止發現配體數最多、最復雜的一種炎性小體。目前其結構和功能最為明確，由 NLRP3 蛋白、銜接蛋白 ASC 及 pro-caspase-1 三種蛋白組成，包含一個 N 末端 PYD 結構域、一個中央 NACHT 結構域（NACHT-associated domain，NAD）和一個 C 末端 LRR 結構域。NLRP3 可被細菌、病毒、石棉、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、內源性核酸、β 淀粉樣多肽等多種內源性或外源性因素激活[3]。NLRP3 炎性小體的激活方式還存在很多爭議。目前報道較多的激活方式有兩種，即經典的 NLRP3 激活方式和非經典的 NLRP3 激活方式。經典的 NLRP3 激活過程分為兩個階段，即 Toll 樣受體 4（Toll-like receptor 4，TLR4）信號通路介導的 NLRP3 和 pro-IL-1β 轉錄水平升高的預激活階段以及 NLRP3 轉錄后修飾激活的第二階段[4]。非經典的 NLRP3 激活過程不依賴 TLR4 信號的預激活，而是由 caspase-11 直接識別細菌脂多糖的過程。NLRP3 一方面參與宿主免疫防御過程，另一方面，過度炎癥反應及細胞焦亡的發生對機體造成不可逆性損傷[5]。骨髓增生異常綜合征、糖尿病腎病及阿爾茲海默癥等多種疾病與 NLRP3 的激活及其介導的細胞焦亡密切相關。有證據表明，腫瘤發展與慢性炎癥有關，炎性小體作為炎癥反應的重要組成部分，其激活過程參與多種腫瘤的發生和發展[6]。Zhou 等[7]研究發現 NLRP3 炎性小體活化的同時，線粒體形態和功能也會隨之發生異常，線粒體出現聚集、斷裂并產生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），抑制線粒體活性氧的產生可抑制 NLRP3 炎性小體的活化。到目前為止，研究發現 NLRP3 的配體幾乎都能通過誘導產生 ROS 來激活 NLRP3 炎性小體，ROS 抑制劑或清除劑均能抑制 NLRP3 炎性小體的激活。
1.3 NLRC4 炎性小體
NLRC4 炎性小體，也稱 IPAF 或 CARD12，由 IPAF、ASC、caspase-1 和 NAIP5 四個部分組成，含 N 端 CARD 結構域、中間 NOD 結構域和 C 端 LRR 結構域。NLRC4 炎性體激活主要介導體內自身炎癥性疾病[8]。Qu 等[9]發現各類炎性小體在炎癥反應中可相互作用共同調控細胞焦亡，NLRC4 活化后可招募 NLRP3，激活 caspase-1，啟動細胞焦亡。
1.4 AIM2 炎性小體
1997 年，美國和澳大利亞研究小組采用消減 cDNA 雜交的方法首次在黑色素瘤細胞中鑒定了 AIM2，由于 AIM2 在黑色素瘤中缺失，故命名為黑素瘤缺乏因子 2[10]。AIM2 隸屬于 HIN-200 家族，主要表達于細胞質中，由 N 端的 PYD 結構域和 C 端的 HIN 結構域組成。當病原體入侵機體，AIM2 可經銜接蛋白 ASC 活化 caspase-1，促進 IL-1β 和 IL-18 的成熟并釋放，引起細胞焦亡。AIM2 可直接結合多種病毒和細菌 DNA，在細菌和病毒感染以及觸發先天免疫中發揮重要作用[11]。
2 炎性小體與肺部疾病的關系
肺臟作為氣體交換場所，易攝入各種過敏原、塵埃和微生物等，從而引起組織炎癥或者損傷。早期的研究發現炎性小體與穆-韋綜合征相關[12]。近些年，它與肺部病患的關系也日益受到關注。
2.1 炎性小體與肺部感染
在全球范圍內，肺炎造成巨大的醫療負擔，影響人數超過 1.5 億人，每年可造成 200 多萬人死亡，以 5 歲以下兒童為主。抵抗肺炎感染主要依賴于固有免疫機制，炎性小體主要用來感知有害刺激，驅動固有免疫及促炎性細胞因子的活化。炎性小體的激活及調節對于清除病原體至關重要。近年關于炎性小體及其信號級聯在微生物感染中的研究較多[13]。肺炎球菌可以通過激活 NLRP3 保持肺屏障完整性從而產生對肺炎球菌肺炎的保護性免疫[14]。NLRP3 表達缺陷的 57BL/6 小鼠在支原體急性感染期間，氣道中不能產生 IL-1β，缺乏這種炎癥反應導致的免疫細胞活化和細菌清除延遲[15]。此外，炎性小體之間存在相互作用，NLRC4 活化可招募 NLRP3，從而共同啟動細胞焦亡[9]。炎性小體不同成分與 NLR 家族的不同成員可共同驅動宿主防御沙門菌感染期間的炎癥反應[16]。細胞因子 IL-1 可誘導小鼠巨噬細胞壞死，缺乏 NLRP3 的小鼠的肺炎克雷伯菌感染相對于對照組肺部炎癥減少，存活率降低，提示炎性小體在肺部發揮保護性作用[17]。以上結果提示適度炎癥反應引起炎性小體在一定范圍內增加，可抵抗各種感染，發揮保護作用。
適當炎癥反應可以保護機體免受外來侵害，但過度活化的炎癥反應超越了宿主的調節范圍，可引起病理性炎癥反應并導致宿主廣泛的組織損傷。直徑在 2.5 μm 以下的細顆粒物（PM2.5）誘導的小鼠肺炎中，肺組織 NLRP3 mRNA 表達升高及肺 IL-1β 水平升高；隨著劑量的改變炎性小體在肺部發揮作用也發生改變，小劑量誘導可增加機體抗病能力，促進受損組織修復；隨著劑量次數增加過度的炎細胞及炎性因子分泌增加，也可引發組織細胞損壞[18]。根據宿主的免疫狀態以及細菌的毒力不同，炎性小體通路可能在鮑曼不動桿菌感染中發揮雙重作用[19]。在炎癥小體活化機制的研究中，ATP 常用于誘導巨噬細胞分泌 IL-1β，P2X7 受體（P2X7R）是巨噬細胞和其他免疫細胞中 ATP 的細胞表面受體，表面受體 P2X7 基因的缺失導致小鼠存活率更高，這表明 NLRP3 炎性小體的過度活化可能不利于抵抗腺病毒感染[20]。與 C57BL/6J 野生型小鼠相比，NLRP3 缺陷小鼠（NLRP3–/–）對盲腸結扎穿孔術誘導的敗血癥模型的致死性更具有抵抗性[21]。
2.2 炎性小體與肺癌
炎性小體與腫瘤的發生和發展密切相關。多種肺癌細胞系（如 A459、SK-MES-1、95C、95D、NCI-H446 等）及肺癌組織中均可檢測到大量的炎性蛋白質[22]。炎性小體亞型及表達水平在不同肺癌細胞系中有所不同，但它在肺癌組織內表達及活化水平均高于癌旁正常組織[22]。同時，肺癌組織的特異性炎性小體亞型在肺癌組織化療耐藥、腫瘤分級和耐藥程度之間存在差異[22]。NLRP3 可通過自分泌或旁分泌的方式釋放 IL-1β 和 IL-18 加速 A549 細胞的增殖和遷移[23]。IL-1β 可通過 COX2-HIF1α 途徑抑制 microRNA-101 的表達，從而促進人非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）細胞的增殖和遷移[24]。分離并培養小鼠細胞肺癌灌洗液中巨噬細胞，發現 NLRP3 炎性小體活化、調節巨噬細胞，以依賴 caspase-11/caspase-1 方式釋放 IL-1α 和 IL-1β 實現其促進肺癌發生的作用[25]。IL-1β 介導的腫瘤微環境中，炎癥被認為在癌癥侵襲、進展和轉移中發揮主要作用[26]；IL-18 與 Th1 細胞驅動的細胞因子共同參與了 NSCLC 腫瘤微環境中促炎環境的形成[27]。研究發現 NSCLC 患者血清中 IL-1β 水平明顯高于健康對照組[24]。此外，超聲波霧化器誘導肺癌患者痰液中 IL-18 水平顯著高于健康對照組[28]。
2.3 炎性小體與慢性阻塞性肺疾病
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）的發病亦與炎性小體的激活和釋放有關。香煙煙霧是最常見的慢阻肺病因之一，目前炎性小體與慢阻肺之間的關系多報道于香煙煙霧模型研究。當人氣道暴露于香煙煙霧時，香煙煙霧引起呼吸道上皮細胞廣泛死亡，激活包括 NLRP3 炎性小體在內的固有免疫反應[29]。與未暴露于香煙煙霧的人支氣管上皮（BEAS-2B）細胞相比，暴露于香煙煙霧的細胞釋放的 IL-1β 水平增加，直接導致炎性小體的激活等[30]。Pauwels 等[31]發現與不吸煙和無慢阻肺的吸煙者比較，慢阻肺患者誘導痰標本中 IL-1β 蛋白水平明顯升高。此外，小鼠動物實驗證實香煙煙霧也可通過 ATP 和 P2X7R 激活 NLRP3 炎性小體[32]。
慢阻肺患者血清檢測顯示患者 IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、TNF-β、干擾素（interferon，IFN）-α、IFN-γ 水平均高于正常值上限，其中合并肺部感染的患者血清因子水平比非感染患者變化更明顯，表明炎性小體參與慢阻肺的發生，并且可能參與其急性加重[33]。何子凡等[34]收集選取 80 例臨床樣本（其中 40 例慢阻肺患者，40 例健康體檢者），發現急性加重期慢阻肺患者的 NLRP3 mRNA、IL-18 和 IL-1β 水平均顯著高于穩定期組和健康組，表明 NLRP3 炎性小體及下游因子參與慢阻肺患者機體的炎癥反應，且可能參與慢阻肺急性加重。
2.4 炎性小體與急性呼吸窘迫綜合征
急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrom，ARDS）是臨床常見的危重癥之一。炎癥通路及其下游細胞因子在 ARDS 發展中起關鍵角色。研究發現 ARDS 發展中 IL-1β 的激活激發炎癥活性[35]。通過鹽酸誘導小鼠吸入性肺炎所致 ARDS 模型中，與對照生理鹽水組比較，動脈血 pH 和氧分壓明顯降低，IL-1β 水平明顯升高[36]。ARDS 患者血漿 IL-18 水平較正常升高，且在 ARDS 小鼠模型中支氣管肺泡灌洗液、血清和肺水腫液的 IL-18 水平均增加，表明炎性小體的產生在某種程度上是一種損傷刺激所致，炎性小體可以反映病情的嚴重性[37]。NLRP3 可能通過影響巨噬細胞和中性粒細胞功能調節高氧誘導的急性肺損傷[38]。抑制 NLRP3 炎性小體的活性可以減輕線粒體 DAMP 誘導的急性肺損傷[39]。
2.5 炎性小體與肺動脈高壓
炎性小體參與肺動脈高壓的發病機制。缺氧誘導的肺動脈高壓模型中，小鼠肺組織 caspase-1、IL-1β 和 IL-18 水平升高[40]。缺氧誘導的肺動脈高壓模型中，與野生型小鼠相比，NLRP3 和 ASC 缺陷小鼠心室壓力升高以及心臟重構不明顯，表明炎性小體參與心血管壓力的形成[41]。胡志等[42]采用低氧誘導人肺動脈內皮細胞損傷，發現細胞內 ROS 生成顯著增多，NLRP3 和 caspase-1 表達相應上調。劉瑩等[43]利用野百合堿誘導大鼠肺動脈高壓模型，發現粉防己堿可通過抑制 NLRP3 炎性小體的活化減輕肺動脈高壓大鼠肺組織的炎性浸潤，對肺動脈高壓具有一定的逆轉作用，表明抑制部分炎性小體活性一定程度上可減輕甚至逆轉肺動脈重塑作用。
2.6 炎性小體與肺纖維化
肺間質纖維化是呼吸系統的嚴重疾病之一。吸入石棉、二氧化硅結晶和大氣顆粒污染物等可致肺纖維化，激活炎性小體，刺激各種趨化因子與細胞因子調節組織修復和炎癥反應[44]。特發性間質性肺炎患者的支氣管肺泡灌洗液中 IL-1β 增加[45]。研究表明，肺纖維化與年齡相關，與年輕小鼠比較，老年野生型小鼠更易發生肺纖維化，并且在博來霉素誘導的肺損傷中，肺纖維化發生率和病死率增加更明顯，老齡小鼠的骨髓衍生細胞和肺泡巨噬細胞中顯示更高水平的 NLRP3 炎性小體激活以及 caspase-1 依賴性產生的 IL-1β 和 IL-18[46]。越來越多的研究證明 NLRP3 在器官纖維化過程中發生重要作用，主要機制是 NLRP3 炎性小體被激活后進一步激活 caspase-1 并成熟，caspase-1 通過蛋白水解作用切割、加工促炎細胞因子 pro-IL-1β 和 pro-IL-18 并促進其成熟和分泌。成熟的 IL-1β 和 IL-18 會引起一系列炎癥反應，參與肺纖維化的形成過程[47]。NLRP3 炎性復合體不僅在纖維化早期炎癥中起重要作用，也參與纖維化中晚期成纖維細胞的活化及細胞外基質沉積過程，作用方式呈多樣化[48]。
2.7 炎性小體與支氣管哮喘
支氣管哮喘是由多種細胞和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病。作為炎癥反應中心，炎性小體和炎性小體相關細胞因子參與哮喘的發生[49-50]。研究顯示，NLRP3 和 NLRC5 是人鼻病毒感染的 IL-1β 調節因子[51]。離體實驗表明，鼻病毒 RV16 感染僅在哮喘患者的支氣管上皮細胞中有明顯的 caspase-1 表達；動物實驗表明，與野生型小鼠比較，房塵螨刺激后，caspase-1 缺陷小鼠嗜酸性粒細胞增多[52]。研究發現哮喘患者離體巨噬細胞中 NLRP3、ASC 和 caspase-1 的表達顯著高于正常對照組；哮喘患者促炎細胞因子 IL-1β 水平也明顯升高[53]。與正常組小鼠比較，哮喘小鼠肺組織中 IL-1β、NLRP3 mRNA 表達水平均升高[50]。以上結果表明 NLRP3 炎性小體參與哮喘的炎癥反應。
3 展望
炎性小體作為炎癥反應的中心，參與肺臟各種感染性及非感染性疾病的發生和發展。作為一把雙刃劍，適當活化的炎性小體可作為宿主防御機體內源性或外源性入侵的重要組成部分，然而過度炎癥反應會引起肺部損傷。國內研究多集中于其有害刺激，關于這二者界限尚未有較好的解釋，針對炎性小體下游分子治療藥物的研發等仍存在很多問題，其具體機制還有賴于未來更深入的研究。對炎性小體在肺部疾病的各種病理、藥理等作用機制的不斷研究，將為肺部疾病的診斷及治療提供更多的思路和手段。
炎癥反應是機體的自我保護機制之一，適度的炎癥反應可以保護機體免受外來侵害，但過度的炎癥反應會引起機體損傷引發疾病。炎性小體（inflammasome）與炎癥反應的發生發展密切相關，成為近年的研究熱點。目前報道通過形成炎性小體發揮功能的主要分子有 4 種，即介導固有免疫的核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白（NACHT，LRR and PYD domains-containing protein，NLRP）1、NLRP3、NLR 家族 CARD 域蛋白 4（NLR family CARD domain-containing protein 4，NLRC4）和黑素瘤缺乏因子 2（absent in melanoma 2 protein，AIM2），NLRP2、NLRP6、NLRP7 及 NLRP12 等亦有報道，皆從屬于 NLR（nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat containing）家族。其中研究較為深入的是 NLRP3 炎性小體。炎性小體可以參與多種感染性及非感染性疾病，本文主要針對炎性小體參與的肺部疾病進行綜述。
1 炎性小體
炎性小體，也稱免疫小體，由 Martinon 等[1]于 2002 年首次提出，是由模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）參與組裝的多蛋白復合物，可識別病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）或宿主來源的損傷相關分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP），分子量約 700 kDa，是固有免疫的重要效應因子。目前研究表明炎性小體發揮功能的分子主要有 4 種，即 NLRP1、NLRP3、NLRC4 和 AIM2 炎性小體。其激活方式主要依賴兩步信號：（1）核因子 κB 的激活導致 pro-caspase-1 與 pro-IL-1、pro-IL-18 的表達；（2）形成炎性小體復合物，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspase）-1 的激活導致白細胞介素（interleukin，IL）-1、IL-18 的成熟與分泌，引起炎癥反應的放大與擴散，加速細胞壞死及焦亡的發生。作為參與并誘導炎癥反應的重要細胞內大分子，炎性小體高表達于中性粒細胞、淋巴細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞等髓系細胞。而作為固有免疫過程的重要組成成分，炎性小體同樣表達于上皮細胞、角質形成細胞等構成屏障系統的細胞。近年來研究發現炎性小體在調控細胞生存、遷移、焦亡及凋亡方面等均發揮顯著作用，它在肺部疾病的發生和發展中亦發揮非常重要的作用。
1.1 NLRP1 炎性小體
NLRP1 炎性小體是首個被確定的炎性小體，包括 N 端的 PYD 結構域（pyrin domain）、C 端的 FIIND（domain with function to find）結構域和 CARD（caspase activating and caspase recruitment domain）結構域。是目前發現的唯一含有 PYD 和 CARD 結構域的 NLR 家族成員。Martinon 等[1]利用淋巴瘤細胞粗提物實驗表明，NLRP1 能形成一種 IL-1β 加工活性的多蛋白復合物，包括凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）、CARD8、caspase-5 和 caspase-1。在 NLRP1 炎性小體形成過程中，NLRP1 可不依賴 ASC，而是直接通過 CARD-CARD 相互作用募集 pro-caspase-1，介導 caspase-1 激活后導致細胞焦亡的發生。NLRP1 基因的表達呈多樣性，人源性和大部分靈長類動物 NLRP1 基因只表達 NLRP1，而鼠源性 NLRP1 基因有 3 個串聯同源基因，表達 3 種同系物 NLRP1a、NLRP1b 和 NLRP1c，其中 NLRP1b 是小鼠巨噬細胞識別致死毒素的重要 PRR[2]。
1.2 NLRP3 炎性小體
NLRP3 炎性小體是目前研究最多且最為深入的炎性小體，也是迄今為止發現配體數最多、最復雜的一種炎性小體。目前其結構和功能最為明確，由 NLRP3 蛋白、銜接蛋白 ASC 及 pro-caspase-1 三種蛋白組成，包含一個 N 末端 PYD 結構域、一個中央 NACHT 結構域（NACHT-associated domain，NAD）和一個 C 末端 LRR 結構域。NLRP3 可被細菌、病毒、石棉、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、內源性核酸、β 淀粉樣多肽等多種內源性或外源性因素激活[3]。NLRP3 炎性小體的激活方式還存在很多爭議。目前報道較多的激活方式有兩種，即經典的 NLRP3 激活方式和非經典的 NLRP3 激活方式。經典的 NLRP3 激活過程分為兩個階段，即 Toll 樣受體 4（Toll-like receptor 4，TLR4）信號通路介導的 NLRP3 和 pro-IL-1β 轉錄水平升高的預激活階段以及 NLRP3 轉錄后修飾激活的第二階段[4]。非經典的 NLRP3 激活過程不依賴 TLR4 信號的預激活，而是由 caspase-11 直接識別細菌脂多糖的過程。NLRP3 一方面參與宿主免疫防御過程，另一方面，過度炎癥反應及細胞焦亡的發生對機體造成不可逆性損傷[5]。骨髓增生異常綜合征、糖尿病腎病及阿爾茲海默癥等多種疾病與 NLRP3 的激活及其介導的細胞焦亡密切相關。有證據表明，腫瘤發展與慢性炎癥有關，炎性小體作為炎癥反應的重要組成部分，其激活過程參與多種腫瘤的發生和發展[6]。Zhou 等[7]研究發現 NLRP3 炎性小體活化的同時，線粒體形態和功能也會隨之發生異常，線粒體出現聚集、斷裂并產生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS），抑制線粒體活性氧的產生可抑制 NLRP3 炎性小體的活化。到目前為止，研究發現 NLRP3 的配體幾乎都能通過誘導產生 ROS 來激活 NLRP3 炎性小體，ROS 抑制劑或清除劑均能抑制 NLRP3 炎性小體的激活。
1.3 NLRC4 炎性小體
NLRC4 炎性小體，也稱 IPAF 或 CARD12，由 IPAF、ASC、caspase-1 和 NAIP5 四個部分組成，含 N 端 CARD 結構域、中間 NOD 結構域和 C 端 LRR 結構域。NLRC4 炎性體激活主要介導體內自身炎癥性疾病[8]。Qu 等[9]發現各類炎性小體在炎癥反應中可相互作用共同調控細胞焦亡，NLRC4 活化后可招募 NLRP3，激活 caspase-1，啟動細胞焦亡。
1.4 AIM2 炎性小體
1997 年，美國和澳大利亞研究小組采用消減 cDNA 雜交的方法首次在黑色素瘤細胞中鑒定了 AIM2，由于 AIM2 在黑色素瘤中缺失，故命名為黑素瘤缺乏因子 2[10]。AIM2 隸屬于 HIN-200 家族，主要表達于細胞質中，由 N 端的 PYD 結構域和 C 端的 HIN 結構域組成。當病原體入侵機體，AIM2 可經銜接蛋白 ASC 活化 caspase-1，促進 IL-1β 和 IL-18 的成熟并釋放，引起細胞焦亡。AIM2 可直接結合多種病毒和細菌 DNA，在細菌和病毒感染以及觸發先天免疫中發揮重要作用[11]。
2 炎性小體與肺部疾病的關系
肺臟作為氣體交換場所，易攝入各種過敏原、塵埃和微生物等，從而引起組織炎癥或者損傷。早期的研究發現炎性小體與穆-韋綜合征相關[12]。近些年，它與肺部病患的關系也日益受到關注。
2.1 炎性小體與肺部感染
在全球范圍內，肺炎造成巨大的醫療負擔，影響人數超過 1.5 億人，每年可造成 200 多萬人死亡，以 5 歲以下兒童為主。抵抗肺炎感染主要依賴于固有免疫機制，炎性小體主要用來感知有害刺激，驅動固有免疫及促炎性細胞因子的活化。炎性小體的激活及調節對于清除病原體至關重要。近年關于炎性小體及其信號級聯在微生物感染中的研究較多[13]。肺炎球菌可以通過激活 NLRP3 保持肺屏障完整性從而產生對肺炎球菌肺炎的保護性免疫[14]。NLRP3 表達缺陷的 57BL/6 小鼠在支原體急性感染期間，氣道中不能產生 IL-1β，缺乏這種炎癥反應導致的免疫細胞活化和細菌清除延遲[15]。此外，炎性小體之間存在相互作用，NLRC4 活化可招募 NLRP3，從而共同啟動細胞焦亡[9]。炎性小體不同成分與 NLR 家族的不同成員可共同驅動宿主防御沙門菌感染期間的炎癥反應[16]。細胞因子 IL-1 可誘導小鼠巨噬細胞壞死，缺乏 NLRP3 的小鼠的肺炎克雷伯菌感染相對于對照組肺部炎癥減少，存活率降低，提示炎性小體在肺部發揮保護性作用[17]。以上結果提示適度炎癥反應引起炎性小體在一定范圍內增加，可抵抗各種感染，發揮保護作用。
適當炎癥反應可以保護機體免受外來侵害，但過度活化的炎癥反應超越了宿主的調節范圍，可引起病理性炎癥反應并導致宿主廣泛的組織損傷。直徑在 2.5 μm 以下的細顆粒物（PM2.5）誘導的小鼠肺炎中，肺組織 NLRP3 mRNA 表達升高及肺 IL-1β 水平升高；隨著劑量的改變炎性小體在肺部發揮作用也發生改變，小劑量誘導可增加機體抗病能力，促進受損組織修復；隨著劑量次數增加過度的炎細胞及炎性因子分泌增加，也可引發組織細胞損壞[18]。根據宿主的免疫狀態以及細菌的毒力不同，炎性小體通路可能在鮑曼不動桿菌感染中發揮雙重作用[19]。在炎癥小體活化機制的研究中，ATP 常用于誘導巨噬細胞分泌 IL-1β，P2X7 受體（P2X7R）是巨噬細胞和其他免疫細胞中 ATP 的細胞表面受體，表面受體 P2X7 基因的缺失導致小鼠存活率更高，這表明 NLRP3 炎性小體的過度活化可能不利于抵抗腺病毒感染[20]。與 C57BL/6J 野生型小鼠相比，NLRP3 缺陷小鼠（NLRP3–/–）對盲腸結扎穿孔術誘導的敗血癥模型的致死性更具有抵抗性[21]。
2.2 炎性小體與肺癌
炎性小體與腫瘤的發生和發展密切相關。多種肺癌細胞系（如 A459、SK-MES-1、95C、95D、NCI-H446 等）及肺癌組織中均可檢測到大量的炎性蛋白質[22]。炎性小體亞型及表達水平在不同肺癌細胞系中有所不同，但它在肺癌組織內表達及活化水平均高于癌旁正常組織[22]。同時，肺癌組織的特異性炎性小體亞型在肺癌組織化療耐藥、腫瘤分級和耐藥程度之間存在差異[22]。NLRP3 可通過自分泌或旁分泌的方式釋放 IL-1β 和 IL-18 加速 A549 細胞的增殖和遷移[23]。IL-1β 可通過 COX2-HIF1α 途徑抑制 microRNA-101 的表達，從而促進人非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）細胞的增殖和遷移[24]。分離并培養小鼠細胞肺癌灌洗液中巨噬細胞，發現 NLRP3 炎性小體活化、調節巨噬細胞，以依賴 caspase-11/caspase-1 方式釋放 IL-1α 和 IL-1β 實現其促進肺癌發生的作用[25]。IL-1β 介導的腫瘤微環境中，炎癥被認為在癌癥侵襲、進展和轉移中發揮主要作用[26]；IL-18 與 Th1 細胞驅動的細胞因子共同參與了 NSCLC 腫瘤微環境中促炎環境的形成[27]。研究發現 NSCLC 患者血清中 IL-1β 水平明顯高于健康對照組[24]。此外，超聲波霧化器誘導肺癌患者痰液中 IL-18 水平顯著高于健康對照組[28]。
2.3 炎性小體與慢性阻塞性肺疾病
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）的發病亦與炎性小體的激活和釋放有關。香煙煙霧是最常見的慢阻肺病因之一，目前炎性小體與慢阻肺之間的關系多報道于香煙煙霧模型研究。當人氣道暴露于香煙煙霧時，香煙煙霧引起呼吸道上皮細胞廣泛死亡，激活包括 NLRP3 炎性小體在內的固有免疫反應[29]。與未暴露于香煙煙霧的人支氣管上皮（BEAS-2B）細胞相比，暴露于香煙煙霧的細胞釋放的 IL-1β 水平增加，直接導致炎性小體的激活等[30]。Pauwels 等[31]發現與不吸煙和無慢阻肺的吸煙者比較，慢阻肺患者誘導痰標本中 IL-1β 蛋白水平明顯升高。此外，小鼠動物實驗證實香煙煙霧也可通過 ATP 和 P2X7R 激活 NLRP3 炎性小體[32]。
慢阻肺患者血清檢測顯示患者 IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、TNF-β、干擾素（interferon，IFN）-α、IFN-γ 水平均高于正常值上限，其中合并肺部感染的患者血清因子水平比非感染患者變化更明顯，表明炎性小體參與慢阻肺的發生，并且可能參與其急性加重[33]。何子凡等[34]收集選取 80 例臨床樣本（其中 40 例慢阻肺患者，40 例健康體檢者），發現急性加重期慢阻肺患者的 NLRP3 mRNA、IL-18 和 IL-1β 水平均顯著高于穩定期組和健康組，表明 NLRP3 炎性小體及下游因子參與慢阻肺患者機體的炎癥反應，且可能參與慢阻肺急性加重。
2.4 炎性小體與急性呼吸窘迫綜合征
急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrom，ARDS）是臨床常見的危重癥之一。炎癥通路及其下游細胞因子在 ARDS 發展中起關鍵角色。研究發現 ARDS 發展中 IL-1β 的激活激發炎癥活性[35]。通過鹽酸誘導小鼠吸入性肺炎所致 ARDS 模型中，與對照生理鹽水組比較，動脈血 pH 和氧分壓明顯降低，IL-1β 水平明顯升高[36]。ARDS 患者血漿 IL-18 水平較正常升高，且在 ARDS 小鼠模型中支氣管肺泡灌洗液、血清和肺水腫液的 IL-18 水平均增加，表明炎性小體的產生在某種程度上是一種損傷刺激所致，炎性小體可以反映病情的嚴重性[37]。NLRP3 可能通過影響巨噬細胞和中性粒細胞功能調節高氧誘導的急性肺損傷[38]。抑制 NLRP3 炎性小體的活性可以減輕線粒體 DAMP 誘導的急性肺損傷[39]。
2.5 炎性小體與肺動脈高壓
炎性小體參與肺動脈高壓的發病機制。缺氧誘導的肺動脈高壓模型中，小鼠肺組織 caspase-1、IL-1β 和 IL-18 水平升高[40]。缺氧誘導的肺動脈高壓模型中，與野生型小鼠相比，NLRP3 和 ASC 缺陷小鼠心室壓力升高以及心臟重構不明顯，表明炎性小體參與心血管壓力的形成[41]。胡志等[42]采用低氧誘導人肺動脈內皮細胞損傷，發現細胞內 ROS 生成顯著增多，NLRP3 和 caspase-1 表達相應上調。劉瑩等[43]利用野百合堿誘導大鼠肺動脈高壓模型，發現粉防己堿可通過抑制 NLRP3 炎性小體的活化減輕肺動脈高壓大鼠肺組織的炎性浸潤，對肺動脈高壓具有一定的逆轉作用，表明抑制部分炎性小體活性一定程度上可減輕甚至逆轉肺動脈重塑作用。
2.6 炎性小體與肺纖維化
肺間質纖維化是呼吸系統的嚴重疾病之一。吸入石棉、二氧化硅結晶和大氣顆粒污染物等可致肺纖維化，激活炎性小體，刺激各種趨化因子與細胞因子調節組織修復和炎癥反應[44]。特發性間質性肺炎患者的支氣管肺泡灌洗液中 IL-1β 增加[45]。研究表明，肺纖維化與年齡相關，與年輕小鼠比較，老年野生型小鼠更易發生肺纖維化，并且在博來霉素誘導的肺損傷中，肺纖維化發生率和病死率增加更明顯，老齡小鼠的骨髓衍生細胞和肺泡巨噬細胞中顯示更高水平的 NLRP3 炎性小體激活以及 caspase-1 依賴性產生的 IL-1β 和 IL-18[46]。越來越多的研究證明 NLRP3 在器官纖維化過程中發生重要作用，主要機制是 NLRP3 炎性小體被激活后進一步激活 caspase-1 并成熟，caspase-1 通過蛋白水解作用切割、加工促炎細胞因子 pro-IL-1β 和 pro-IL-18 并促進其成熟和分泌。成熟的 IL-1β 和 IL-18 會引起一系列炎癥反應，參與肺纖維化的形成過程[47]。NLRP3 炎性復合體不僅在纖維化早期炎癥中起重要作用，也參與纖維化中晚期成纖維細胞的活化及細胞外基質沉積過程，作用方式呈多樣化[48]。
2.7 炎性小體與支氣管哮喘
支氣管哮喘是由多種細胞和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病。作為炎癥反應中心，炎性小體和炎性小體相關細胞因子參與哮喘的發生[49-50]。研究顯示，NLRP3 和 NLRC5 是人鼻病毒感染的 IL-1β 調節因子[51]。離體實驗表明，鼻病毒 RV16 感染僅在哮喘患者的支氣管上皮細胞中有明顯的 caspase-1 表達；動物實驗表明，與野生型小鼠比較，房塵螨刺激后，caspase-1 缺陷小鼠嗜酸性粒細胞增多[52]。研究發現哮喘患者離體巨噬細胞中 NLRP3、ASC 和 caspase-1 的表達顯著高于正常對照組；哮喘患者促炎細胞因子 IL-1β 水平也明顯升高[53]。與正常組小鼠比較，哮喘小鼠肺組織中 IL-1β、NLRP3 mRNA 表達水平均升高[50]。以上結果表明 NLRP3 炎性小體參與哮喘的炎癥反應。
3 展望
炎性小體作為炎癥反應的中心，參與肺臟各種感染性及非感染性疾病的發生和發展。作為一把雙刃劍，適當活化的炎性小體可作為宿主防御機體內源性或外源性入侵的重要組成部分，然而過度炎癥反應會引起肺部損傷。國內研究多集中于其有害刺激，關于這二者界限尚未有較好的解釋，針對炎性小體下游分子治療藥物的研發等仍存在很多問題，其具體機制還有賴于未來更深入的研究。對炎性小體在肺部疾病的各種病理、藥理等作用機制的不斷研究，將為肺部疾病的診斷及治療提供更多的思路和手段。