综述：NLRP3炎症小体介导的通路在肺纤维化中的新兴作用：当前认知与治疗策略

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Emerging roles of NLRP3 inflammasome-mediated pathways in pulmonary fibrosis: Current knowledge and therapeutic strategies

本综述系统阐述了NLRP3炎症小体在肺纤维化（PF）中的核心作用，聚焦其通过激活caspase-1、促进IL-1β/IL-18成熟及细胞焦亡驱动慢性炎症和纤维化重塑的机制。文章深入探讨了NF-κB/NLRP3、Nrf2/HO-1、内质网应激、mtROS及非编码RNA等多个关键信号通路与NLRP3的交互作用，并综述了MCC950、Betanin等多种靶向NLRP3的潜在抗纤维化药物，为开发PF新型疗法提供了重要见解。

　　

摘要

肺纤维化（Pulmonary Fibrosis, PF）是一种高度致残且致命性的慢性肺部疾病，治疗选择有限。慢性炎症被认为是PF发生和发展的关键病理机制。NLRP3炎症小体在此过程中扮演重要角色，主要通过与其他信号通路相互作用，激活并释放级联促炎介质。在肺微环境中，NLRP3炎症小体通过病原体相关分子模式（PAMPs）触发强烈的炎症反应，导致肺泡上皮细胞（Alveolar Epithelial Cells, AECs）损伤，并促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化。这些病理过程导致细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）成分过度沉积，驱动纤维化重塑。本综述旨在阐述NLRP3炎症小体在PF中的生物学功能，深入探讨NLRP3相关通路调控PF进展的具体机制，并进一步探索调节NLRP3炎症小体活化作为PF潜在治疗策略的最新研究进展。

1. 引言

PF，特别是特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF），其特征是反复的组织损伤和慢性炎症，导致促纤维化因子释放、成纤维细胞增殖和ECM过度积累。过度的持续性炎症被广泛认为是PF进展的关键驱动因素。炎症反应是宿主抵御外来病原微生物入侵的防御机制，炎症小体是细胞内信号复合物，在细胞焦亡启动和炎症调节中起关键作用。在已知的炎症小体中，NLRP3炎症小体因其关键的生物学功能和治疗潜力而被研究得最为深入。越来越多的证据表明，NLRP3炎症小体的组装是细胞焦亡的关键起始事件，并在PF发病机制中起关键作用。

2. PF的病理过程分子洞察

PF源于反复的上皮和内皮损伤，这些损伤未能正常修复，反而演变为适应不良的伤口愈合。多种外源性和内源性损伤破坏了远端气腔的完整性。II型肺泡上皮细胞（AEC-II）损伤会触发警报素和趋化因子的释放，招募先天性和适应性免疫细胞。早期阶段以中性粒细胞流入和单核细胞衍生的巨噬细胞为特征，它们通过蛋白酶、活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）和促炎细胞因子放大组织损伤。随着炎症持续，淋巴细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞积聚并维持间质内的细胞因子和趋化因子梯度。巨噬细胞表型的时间性重编程至关重要：初始的M1极化加剧上皮损伤并传播危险信号，而持续的M2极化则通过分泌如IL-1β、TNF-α、TGF-β和PDGF等促纤维化介质来促进重塑，这些介质促使成纤维细胞增殖并分化为具有收缩功能的肌成纤维细胞。这些肌成纤维细胞表现出高基质重塑活性和强大的ECM成分生物合成能力。同时，内皮功能障碍、毛细血管稀疏和微血管血栓形成会延续缺氧和氧化应激，而细胞衰老、线粒体和内质网应激、胞葬作用缺陷以及上皮再生缺陷将肺部锁定在一个由MMPs和TIMPs失衡驱动的炎症和异常基质沉积的自我维持循环中。

3. NLRP3炎症小体在PF中的功能作用

NLRP3炎症小体由三个关键组分构成：包含核苷酸结合结构域（NACHT）的NLR支架、衔接蛋白ASC和pro-caspase-1。它通过经典和非经典途径被激活。激活后，NLRP3炎症小体触发炎症性caspase的活化，后者切割gasdermin（GSDM）蛋白，促进细胞膜上焦亡孔道的形成，导致IL-1β/IL-18和促纤维化因子的分泌，进而驱动成纤维细胞向肌成纤维细胞分化。

3.1. NLRP3炎症小体激活促进PF进展

NLRP3炎症小体被认为是PF发病机制中的关键调节因子。研究表明，PF小鼠支气管肺泡灌洗液（BALF）中caspase-1和IL-1β水平显著升高。在PF小鼠模型中，NLRP3基因敲除可显著抑制IL-1β和IL-18的分泌，减轻肺部炎症和纤维化。多项研究支持NLRP3炎症小体在二氧化硅诱导和机械拉伸诱导的肺组织损伤和纤维化中的促进作用，表明抑制NLRP3炎症小体的表达和激活可能成为治疗PF的潜在策略。

3.2. NLRP3炎症小体与PF中的代谢重编程

NLRP3炎症小体与代谢重编程之间的相互作用已成为免疫学和代谢研究的关键领域。代谢重编程通过调节关键酶和代谢物（如ATP、ROS、乳酸）影响NLRP3炎症小体的激活。在纤维化过程中，活化的成纤维细胞和免疫细胞经历显著的代谢转变，例如糖酵解增加和线粒体功能障碍，这些都有助于NLRP3炎症小体的激活。代谢变化不仅为活化细胞提供能量，还能启动（prime）NLRP3炎症小体，导致IL-1β等促炎细胞因子的释放。这些细胞因子进一步加剧炎症并促进成纤维细胞的活化，驱动其向肌成纤维细胞分化。此外，线粒体功能障碍和氧化应激有助于NLRP3的持续激活，放大炎症反应并促进纤维化。

3.3. NLRP3炎症小体在PF中的细胞类型特异性作用

NLRP3炎症小体激活在PF的不同细胞类型中扮演着不同的角色。在肺泡上皮细胞中，NLRP3激活导致细胞损伤，引发强烈炎症反应，招募免疫细胞并促进成纤维细胞分化，导致ECM过度沉积。在巨噬细胞中，NLRP3炎症小体激活是PF炎症阶段的关键驱动因素。初期M1巨噬细胞释放促炎细胞因子放大炎症，后期M2巨噬细胞通过分泌促纤维化细胞因子驱动成纤维细胞分化和ECM积累。在成纤维细胞中，NLRP3炎症小体激活增强ECM产生和肌成纤维细胞分化，使纤维化持续。这种细胞类型特异性的激活凸显了NLRP3炎症小体在PF不同细胞群中启动和维持炎症以及促进纤维化重塑的关键作用。

4. 抑制NLRP3炎症小体激活的潜在抗PF药物

鉴于NLRP3炎症小体激活在PF中的关键作用，用药物抑制剂靶向其活性具有改善治疗结果的潜力。例如，MCC950是一种选择性的NLRP3炎症小体抑制剂，可防止NLRP3组装。Betanin通过靶向NLRP3炎症小体抑制上皮间质转化（EMT）。Mirtazapine通过抑制NLRP3炎症小体发挥抗纤维化作用。Lycorine通过靶向ASC的PYD结构域抑制NLRP3炎症小体激活和巨噬细胞焦亡。Elamipretide（SS-31）通过清除线粒体ROS抑制M1巨噬细胞极化。Iguratimod通过抑制NLRP3炎症小体激活、减少ROS产生和抑制EMT过程来缓解PF。其他如NecroX-5、Pemafibrate、Liraglutide、CY-09、β-羟基丁酸（BHB）、Glyburide、Parthenolide、OLT1177、Tranilast、Oridonin等也被证实能通过不同机制抑制NLRP3炎症小体，展现出抗PF潜力。

5. 靶向NLRP3炎症小体相关信号通路治疗PF

NLRP3炎症小体与调控PF进展的信号通路之间存在广泛交叉对话。

5.1. NF-κB/NLRP3信号通路

NF-κB是协调炎症和免疫反应的关键转录因子。NLRP3基因直接受NF-κB调控。NF-κB通过两个步骤参与NLRP3炎症小体的激活：启动阶段，LPS与TLR4结合激活TLR4/Myd88/NF-κB通路，产生pro-IL-1β/IL-18和NLRP3蛋白；激活阶段，ATP等第二信号诱导NLRP3炎症小体组装和IL-1β/IL-18成熟。该通路在博来霉素诱导的PF进展中发挥作用，多种化合物（如scutellarin, vincamine）可通过调节此通路缓解PF。

5.2. Nrf2/HO-1信号通路

Nrf2是细胞抗氧化反应、调节炎症和恢复氧化还原稳态的关键调节因子。HO-1是Nrf2调控的经典基因之一。Nrf2主要通过减少ROS诱导的NLRP3激活来抑制NLRP3炎症小体。Nrf2/HO-1防御通路在PF进展中发挥显著的抗炎作用。例如，雷公藤甲素、芥子酸、川陈皮素等可通过激活Nrf2/HO-1通路，减少ROS生成，抑制NLRP3炎症小体激活，从而缓解PF。

5.3. 内质网（ER）应激通路

内质网应激是通过未折叠蛋白反应（UPR）恢复蛋白质稳态的保护机制。持续的ER应激可导致细胞死亡。IRE1α可激活UPR并启动TXNIP/NLRP3通路，促进GSDMD切割和促炎细胞因子释放。ERS还能激活PERK、ATF6和eIF2α通路促进CHOP表达，进而促进NLRP3炎症小体产生，触发焦亡。ER应激影响成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，并调节巨噬细胞极化，在PF发病机制中起作用。研究表明ER应激可能激活NLRP3炎症小体，触发PF小鼠模型中AEC-II的焦亡。

5.4. mtROS/NLRP3信号通路

线粒体是通过细胞呼吸产生ATP的中心细胞器。mtROS主要由位于线粒体内膜的电子传递链通过氧化磷酸化产生。mtROS的产生有助于NLRP3炎症小体的激活。GSDMD-NT破坏线粒体膜，促进mtDNA和mtROS释放，进一步激活mtROS/NLRP3信号通路，形成自我放大的反馈循环。在IPF肺部和肺纤维化小鼠模型中，AECs、成纤维细胞和巨噬细胞内的mtROS显著上调。mtROS可启动PF患者气道巨噬细胞中NLRP3炎症小体的激活，驱动IL-1β释放，产生促炎和促纤维化作用。

5.5. 非编码RNA介导的信号轴

非编码RNA，如miRNA、circRNA、lncRNA，与NLRP3炎症小体的激活和PF的发病机制密切相关。例如，miR-223通过特异性靶向NLRP3炎症小体调节肺部炎症病理。miR-96过表达可通过靶向FOXO3a抑制NLRP3炎症小体表达。外泌体circRNA可通过吸附miR-30b-5p加剧NLRP3炎症小体介导的巨噬细胞焦亡。这些研究深化了非编码RNA在分子水平调控NLRP3炎症小体激活的理解。

5.6. 其他信号机制

Wnt/β-catenin通路的激活与PF的发病机制相关，并参与NLRP3炎症小体介导的气道上皮结构和功能异常。Hippo-YAP/TAZ通路在肺部炎症和纤维化中具有双向调节作用，能显著增强纤维化相关基因的转录并促进PF成纤维细胞的增殖和分化。研究表明，Trigonelline可通过靶向NLRP3炎症小体通路，进一步抑制SPHK1/S1P轴及其下游的Hippo靶点YAP-1和TAZ，从而缓解PF。

6. 结论与展望

尽管PF是肺组织进行性瘢痕形成和功能丧失的标志和关键因素，但其当前治疗方法主要提供疾病进展的症状管理，而非有效逆转纤维化。这促使人们越来越关注导致PF的其他因素，特别是损伤后的炎症反应。大量证据强调了NLRP3炎症小体通路在PF发病机制和恶化中的关键作用。NLRP3炎症小体的激活和调节是复杂的，涉及多个调节因子和信号通路。虽然研究表明靶向NLRP3炎症小体可能是PF治疗的一种有前景的策略，但其激活和调节的潜在机制仍未完全明了。需要进一步研究以探索共调节通路之间复杂的相互作用。此外，利用细胞特异性转基因和条件性基因敲除动物模型研究NLRP3炎症小体激活至关重要。对NLRP3炎症小体在巨噬细胞焦亡、铁死亡、极化、线粒体自噬、内质网应激以及PF关键蛋白调节中的作用的研究，可能成为重要的研究方向，为开发PF新型有效治疗策略提供科学依据。