《Frontiers in Aging Neuroscience》:The role of NLRP3 inflammasome in age-related macular degeneration: mechanisms and therapeutic prospects
年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration, AMD)是一种进行性损害患者中心视力的眼底疾病。迄今为止,其发病机制尚未完全阐明,且干性AMD的治疗选择仍十分有限。近年来,慢性低度炎症已被证实是包括AMD在内的多种神经退行性疾病的重要致病因素。NLRP3炎症小体作为先天免疫系统的关键组分,已成为视网膜应激信号的核心整合者。本综述首先系统阐述NLRP3炎症小体的分子结构与激活模式,涵盖经典、非经典及替代激活通路,及其下游细胞死亡程序,重点关注细胞焦亡(pyroptosis)与PANoptosis。研究人员描述了AMD相关危险信号如何在特定视网膜细胞群内汇聚并激活NLRP3炎症小体,并探讨细胞类型特异性的NLRP3应答如何差异化调控视网膜稳态、退行性变及新生血管形成。进一步总结了现有证据表明,NLRP3激活的病理后果随AMD进展阶段而变化:在早期及中期AMD中放大慢性炎症,在地理萎缩(geographic atrophy, GA)中促进视网膜萎缩,在新生血管性AMD(neovascular AMD, nAMD)中驱动血管生成信号。最后,评估了靶向NLRP3通路的新兴治疗策略,并讨论了与细胞类型及疾病阶段特异性、视网膜递送及长期安全性相关的主要转化挑战。通过将视网膜触发因素、细胞应答、衰老相关炎症、炎性细胞死亡、疾病表型及治疗机遇整合至统一框架,本综述为理解NLRP3炎症小体信号在AMD发病与治疗中的作用提供了全面视角。
1 Introduction
年龄相关性黄斑变性(AMD)是一种进行性损害中心视力的眼部疾病,是发达国家50岁以上人群失明的主要原因。预计到2040年全球AMD患者数量将增至2.88亿。在中国,受人口老龄化影响,AMD患病人数持续增长,70岁以上人群患病率已达20.2%。AMD的确切病因与机制尚不清楚,可能涉及遗传因素、环境影响、慢性光损伤、营养障碍及代谢紊乱等。早期与中期AMD的特征是视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium, RPE)层与Bruch膜间沉积的玻璃膜疣,或视网膜下间隙存在的弥漫性沉积物——视网膜下玻璃膜疣样沉积物(subretinal drusenoid deposits, SDDs)。玻璃膜疣主要由脂质、蛋白质及矿物质组成,其中脂质占比至少40%,以胆固醇与磷脂酰胆碱为主;蛋白质成分包括玻连蛋白、血清白蛋白、载脂蛋白E与B、补体蛋白(如C3、C5及C5b-9)、凝血因子X、β淀粉样蛋白(Aβ)肽段,以及碳水化合物与锌等矿物质。随着疾病进展,玻璃膜疣体积增大、数量增多,伴随RPE层病理改变,包括RPE细胞脱落与向神经视网膜迁移。晚期AMD分为两种表型:地理萎缩(GA),即AMD的晚期萎缩型表现;以及新生血管性AMD(nAMD,又称湿性AMD)。GA以光感受器、RPE及脉络膜毛细血管因细胞死亡而发生萎缩为特征,病灶可随时间扩大并导致中心视力丧失。nAMD由血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)刺激异常新生血管生长所致,新生血管侵入视网膜下间隙与RPE下间隙,形成黄斑新生血管(macular neovascularization, MNV);渗出期血管渗漏或破裂导致视网膜下液积聚,伴随光感受器、RPE及脉络膜毛细血管破坏,最终形成纤维化瘢痕,同样损害中心视力。目前,玻璃体内注射抗VEGF药物(如雷珠单抗、贝伐珠单抗、阿柏西普)是湿性AMD的一线治疗方案,可有效降低致盲率,但约半数接受治疗的患者在5–7年后仍出现视力丧失;而干性AMD尤其是其晚期阶段GA的治疗选择仍极为有限。因此亟需探索新的AMD治疗策略。鉴于慢性低水平炎症是包括AMD在内的多种神经退行性疾病的致病因素,靶向先天免疫系统的治疗手段受到关注。在AMD相关的先天免疫通路中,NLRP3炎症小体作为关键的炎症平台,可被视网膜内多种致病刺激激活,并通过放大视网膜炎症加剧眼部病理改变。越来越多的实验与临床证据表明,NLRP3炎症小体异常激活参与干性与湿性AMD的进展,凸显其作为潜在治疗靶点的价值。本综述系统阐述NLRP3炎症小体激活的分子机制,明确其在AMD中的致病作用,并评估该通路的候选治疗策略。
2 NLRP3 inflammasome
为充分理解NLRP3如何驱动AMD的多方面病理改变,首先需解析其精确分子结构与激活模式。尽管NLRP3的研究最初集中于巨噬细胞等标准免疫细胞,但证据表明视网膜微环境存在独特的内源性应激源,可在细胞特异性层面利用这些多样通路。本节提供NLRP3激活的全面结构与机制框架,为理解其在AMD中的多样病理作用奠定基础。
2.1 Pattern recognition receptors (PRRs) and the structure of NLRP3
炎症小体是一类细胞内多聚蛋白复合物,作为先天免疫系统中半胱天冬酶(caspase)家族尤其是caspase-1的激活平台。经典炎症小体通常由三个核心组分构成:传感器、衔接蛋白与效应蛋白。在此框架中,NLRP3蛋白作为模式识别受体(pattern recognition receptors, PRRs)成员,是有害刺激的传感器,也是NLRP3炎症小体组装的起始点。PRRs是种系编码的先天免疫传感器,识别源自入侵病原体的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)与来自应激、损伤或衰老细胞释放的损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)。一旦被激活,PRRs启动下游细胞内信号转导,进而诱导炎症反应以协调宿主防御与组织稳态。在主要PRR家族中,NOD样受体(NOD-like receptors, NLRs)在无菌炎症疾病中尤为重要,因其主要作为内源性危险信号的胞质传感器,这一特征与AMD高度相关——AMD的慢性视网膜退行性变主要由无菌炎症而非外源性感染驱动。NOD-、LRR-及pyrin结构域 containing蛋白3(NLRP3)属于NLR蛋白家族,结构上主要由三个结构域组成:N端pyrin结构域(PYD),负责招募衔接蛋白凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein, ASC);中央核苷酸结合寡聚化(NACHT)结构域,介导ATP水解;C端亮氨酸富集重复结构域(LRR),参与自身抑制。近期结构研究表明,小鼠NLRP3单体可通过LRR相互作用自发形成笼状寡聚体,遮蔽PYD与NACHT结构域以避免与下游信号伙伴结合;鱼类特有的NACHT关联结构域(FISNA)可作为构象开关感知离子流,并将寡聚体释放为活性单环结构。这种构象可塑性是NLRP3激活严格调控的基础,确保炎症小体仅在适当刺激下组装;该激活开关的失调可能导致慢性视网膜炎症状态下的持续性炎症小体活性。更重要的是,失活态与激活态之间的动态转换,为设计稳定笼状构象的小分子抑制剂提供了结构依据。
2.2 The activation of the NLRP3 inflammasome
NLRP3炎症小体激活可通过经典、非经典及替代通路进行。经典通路通常需要两步级联反应:启动与激活。启动步骤较为复杂,多种配体可触发Toll样受体(尤其是TLR2与TLR4)、细胞因子受体(如IL-1受体、TNF-α受体)及NLRs(如NLR1与NLR2)。在AMD中,这一启动过程可被衰老视网膜内持续存在的低度炎症刺激慢性维持,包括氧化应激、玻璃膜疣成分及衰老相关分泌因子。这些局部刺激通过激活转录因子NF-κB并促进其核转位,上调NLRP3、pro-IL-18与pro-IL-1β的表达;此外,TLR下游衔接蛋白MyD88与IL-1R相关激酶1(IRAK-1)可直接调控NLRP3激活。翻译后修饰(如泛素化、去泛素化、磷酸化、去磷酸化及SUMO化)也可调控NLRP3炎症小体的启动步骤。尽管已在RPE细胞中探索NLRP3泛素化,但这些翻译后修饰模式是否在视网膜衰老过程中发生病理性转变并参与疾病进展,仍是AMD研究中未解决的重要问题。启动步骤后,多种PAMPs与DAMPs可触发激活步骤,这些刺激诱导多种分子与细胞事件,包括离子流(K+/Cl–外流、Na+内流及Ca2+动员)、线粒体功能障碍、活性氧(reactive oxygen species, ROS)与线粒体DNA(mtDNA)释放、溶酶体损伤及内质网应激。值得注意的是,许多此类激活信号在衰老视网膜与退变RPE细胞中显著富集。此外,自噬通过清除DAMPs、受损蛋白与细胞器限制NLRP3激活;反之,NLRP3炎症小体通过caspase-1依赖通路负调控自噬过程。鉴于自噬受损与溶酶体功能障碍是AMD病理的明确特征,细胞内清除功能缺陷可能是RPE衰老与持续性NLRP3炎症小体激活之间的机制联系。近期研究进一步表明,NLRP3炎症小体激活不仅是生化信号级联,更是涉及生物分子凝聚体与液-液相分离(liquid–liquid phase separation, LLPS)样事件的时空组织生物物理过程。LLPS模型为理解结构多样的AMD相关应激源(包括氧化应激、线粒体功能障碍、溶酶体损伤及细胞外危险信号)如何汇聚为共同的NLRP3激活通路提供了概念框架,但LLPS样动态是否发生在AMD进展过程中的视网膜细胞中仍有待验证。在近期结构模型中,分散的跨高尔基体网络(dTGN)通过磷脂酰肌醇-4-磷酸(PtdIns4P)招募NLRP3,随后dTGN作为支架,NACHT结构域结合NIMA相关激酶7(NEK7),从而稳定复合物并促进后续ASC招募。ASC通过同源PYD–PYD与CARD–CARD相互作用桥接NLRP3与procaspase-1,形成NLRP3炎症小体复合物;procaspase-1随后发生自剪切形成活性caspase-1,后者将pro-IL-18与pro-IL-1β蛋白酶解为成熟形式IL-18与IL-1β。Caspase-1还可特异性切割gasdermin D(GSDMD)并释放其N端片段(GSDMD-NT),该片段作为成孔蛋白执行细胞焦亡。非经典通路依赖于小鼠caspase-11及其人同源物caspase-4与caspase-5,这些caspase同样可切割GSDMD诱导小分子渗漏与细胞焦亡;这种GSDMD介导的膜透化反过来触发K+外流,作为次级信号促进经典NLRP3炎症小体组装与激活。此外,孤儿受体Nur77可结合mtDNA与LPS,是非经典NLRP3炎症小体激活所必需的。非经典炎症小体通路对AMD的贡献也已得到证实:Kerur等研究显示,AMD中的RPE退行性变由cGAS依赖的非经典炎症小体通路驱动,且在人类GA眼组织中证实caspase-4与cGAS水平升高。替代通路缺乏经典炎症小体的典型特征,其通过TLR4-TRIF-RIPK1-FADD-CASP8信号级联在NLRP3上游激活。此外,载脂蛋白C3可通过促进TLR2与TLR4异二聚化并在人单核细胞中激活caspase-8诱导替代炎症小体激活。鉴于载脂蛋白(包括Apo E与Apo C)是RPE下玻璃膜疣沉积物的主要结构成分,这些发现提出了脂类蓄积可能参与RPE细胞或视网膜下间隙替代炎症小体信号传导的有趣可能性,为AMD中脂代谢失调与慢性NLRP3介导炎症之间的机制联系提供了潜在解释,尽管在视网膜细胞中的直接证据仍有限。
2.3 The NLRP3 inflammasome in pyroptosis and beyond
除细胞因子成熟与炎症信号传导外,NLRP3炎症小体激活还可通过多种形式调控程序性细胞死亡,这一点与AMD高度相关——进行性RPE退行性变与光感受器丢失是晚期萎缩型AMD的核心病理特征。因此,理解NLRP3激活如何将炎症与细胞死亡联系起来,为阐释AMD中视网膜退行性变提供了重要的机制基础。
2.3.1 Classical pyroptosis: the caspase-1/GSDMD axis
经典细胞焦亡通常由经典炎症小体(包括NLRP3、NLRC4、AIM2等)介导,其中NLRP3在AMD背景下研究最为深入。细胞焦亡是一种以细胞肿胀、孔道形成、膜破裂及内容物释放为特征的程序性细胞死亡形式,在病原体清除与炎症传播中发挥重要作用。NLRP3炎症小体通路中形成的GSDMD-NT是细胞焦亡的关键执行蛋白,切割后GSDMD-NT寡聚并插入质膜,形成内径10–14 nm的孔道,允许小分子(如促炎细胞因子IL-18与IL-1β、离子K+外流及小分子量胞质蛋白)通过孔道释放。随着GSDMD-NT孔道破坏质膜完整性并提高通透性,近期研究表明ninjurin-1(NINJ1)主动介导随后的质膜破裂,导致大分子(包括DAMPs、高迁移率族 box 1蛋白(HMGB1)及乳酸脱氢酶(LDH))释放,进而进一步传播并加剧炎症。
2.3.2 GSDME-mediated pyroptosis
此外,在caspase-1功能缺陷或刺激时机延长/异常的条件下,NLRP3炎症小体激活也可交替启动caspase-8、caspase-3及GSDME切割的蛋白酶解级联。GSDME是gasdermin家族的另一关键成员,已成为凋亡与细胞焦亡之间的分子开关:被caspase-3激活后,GSDME发生切割释放成孔N端片段,从而将非炎症性凋亡转化为炎症性细胞焦亡。
2.3.3 Caspase-8 links NLRP3 inflammasome activation to multiple cell death pathways
在NLRP3炎症小体激活背景下,caspase-8不仅在替代通路中发挥关键作用,还作为调控因子发挥作用:研究显示caspase-8及其衔接蛋白FADD是经典与非经典NLRP3炎症小体转录启动与激活不可或缺的上游介质;此外,在TLR3介导的NLRP3炎症小体激活中,caspase-8作为非酶支架蛋白促进TRIF–RIPK1–FADD–caspase-8复合物组装,进而驱动NLRP3的翻译后启动。Caspase-8传统上被认为是外源性凋亡起始因子,现被视为连接NLRP3炎症小体与凋亡、细胞焦亡及坏死性凋亡的核心信号枢纽。通常NLRP3/ASC复合物优先招募caspase-1而非caspase-8,但在触发信号延迟(如尼日利亚菌素)或caspase-1缺陷条件下,招募转向caspase-8,将细胞焦亡转换为凋亡与继发性坏死;此外,在特定条件下,caspase-8可直接切割GSDMD或通过前述caspase-3间接激活GSDME,实现凋亡向细胞焦亡的转换;同时,caspase-8还可抑制RIPK3-MLKL依赖的坏死性凋亡,将细胞命运转向凋亡。
2.3.4 PANoptosis: integration of multiple cell death pathways
传统观点认为凋亡、细胞焦亡与坏死性凋亡是平行、互斥的通路,但caspase-8的多面性打破了这一范式。正是这种由caspase-8连接的相互关联的细胞死亡三位一体定义了PANoptosis现象。PANoptosis是一种先天免疫介导的、溶解性、炎症性细胞死亡,由caspase与受体相互作用蛋白激酶(RIPKs)通过PANoptosome复合物组装驱动。在该协调信号网络下游,各自执行蛋白的激活——凋亡执行蛋白caspase-3/7、细胞焦亡执行蛋白gasdermin(GSDMD/E)及坏死性凋亡执行蛋白磷酸化MLKL——导致不同的形态学结局。NLRP3作为传感器分子,通过两种主要机制调控PANoptosis:直接触发细胞焦亡并促进促炎细胞因子成熟,同时参与PANoptosome组装以协调PANoptotic细胞死亡。这一框架有助于解释AMD模型与患者组织中日益报道的凋亡、细胞焦亡与坏死性凋亡特征同时激活的现象。综上,这些发现表明NLRP3激活可协调除细胞因子成熟外的多种炎性细胞死亡形式;在AMD背景下,此类机制为理解慢性视网膜应激如何转化为视网膜细胞进行性退行性变提供了框架。
3 The role of the NLRP3 inflammasome in AMD
为理解NLRP3如何促进AMD进展,需整合AMD特异性危险信号、响应这些刺激的视网膜细胞群、其激活的下游炎症与细胞死亡通路,以及由此产生的疾病表型。本节从四个相互关联的视角讨论NLRP3信号传导:细胞类型特异性、视网膜DAMPs、炎症放大效应及阶段特异性疾病结局。NLRP3炎症小体参与AMD的机制最早由2012年两项独立研究确立:Doyle等发现AMD患者眼部的玻璃膜疣可激活NLRP3炎症小体并增强IL-1β产生,后续分析鉴定出玻璃膜疣中的特异性成分羧乙基吡咯(CEP)蛋白加合物——该物质由含二十二碳六烯酸脂质氧化生成,在AMD供体的血清与玻璃膜疣中含量显著高于非患病供体;基于此建立的干性AMD样小鼠模型中,视网膜激活的巨噬细胞中存在NLRP3与caspase-1。Tarallo等则证实,GA患者RPE细胞中因DICER1缺陷导致的Alu RNA蓄积可激活NLRP3炎症小体并诱导RPE细胞死亡。2022年的一项病例报告显示,一名38岁NLRP3相关自身炎症性疾病(NLRP3-AID)患者出现早发性玻璃膜疣形成与RPE功能障碍。尽管迄今尚无遗传风险研究证实NLRP3多态性与AMD风险相关,但上述证据均将NLRP3炎症小体激活与AMD的机制及发展联系起来。
3.1 Cell-type-specific roles of the NLRP3 inflammasome across AMD progression
视网膜中多种细胞类型(如RPE、小胶质细胞、巨噬细胞及内皮细胞)均可表达NLRP3,其中RPE细胞在维持正常视网膜结构与功能中起关键作用,包括吞噬光感受器外节(POS)、形成外层血-视网膜屏障(BRB)、转运营养物质与离子及支持视觉循环,同时还通过协调先天与适应性免疫发挥免疫调节作用。因此,RPE细胞功能障碍可能启动AMD病理进程。生理条件下,RPE细胞仅低水平表达NLRP3、IL-18与IL-1β;但在衰老过程中,当RPE细胞暴露于氧化应激、溶酶体失稳及其他炎症刺激时,会诱导NLRP3炎症小体持续性慢性激活。随着AMD进展至晚期,RPE细胞不可避免地发生细胞死亡,进一步加剧氧化应激与炎症,因此RPE细胞既是NLRP3介导炎症的主要来源,也是其主要靶点,处于AMD发病机制的核心。视网膜小胶质细胞是视网膜常驻巨噬细胞,主要功能为清除细胞碎片与衰老突触;在AMD发病机制中,小胶质细胞响应视网膜神经元原发性死亡并向正在发生的视网膜病变部位迁移,通过NLRP3炎症小体激活释放IL-1β与IL-18等促炎细胞因子,放大炎症反应、RPE退行性变及AMD进展。敲除C–C基序趋化因子受体2(Ccr2)可抑制视网膜小胶质细胞迁移并阻断其NLRP3炎症小体激活,从而减轻慢性蓝光诱导的视网膜病变。此外,激活的巨噬细胞与视网膜小胶质细胞(而非RPE细胞)中的NLRP3炎症小体激活,可通过分泌IL-1β促进VEGF-A诱导的脉络膜新生血管(CNV)形成。这些发现表明,小胶质细胞NLRP3激活并非仅是视网膜损伤的下游结果,还可能作为主动驱动因素,连接初始视网膜损伤与持续性炎症及后续的病理性新生血管形成。Müller胶质细胞是视网膜主要的大胶质细胞,为视网膜稳态提供基本结构与功能支持;在早期AMD中,Müller细胞以代偿方式维持应激下的视网膜稳态,随着疾病进展,其转向适应不良性重塑并促进结构崩解;在晚期AMD中,Müller细胞形成胶质封闭并进入衰老样状态,标志着从神经保护向 containment 与退行性变的转变。越来越多证据表明激活的Müller细胞也参与视网膜神经炎症:体外研究显示,受小胶质细胞来源的IL-1β刺激时,Müller胶质细胞的趋化因子表达上调。然而,Müller细胞反应性与NLRP3激活之间的确切关系仍未完全阐明;重要的是,在R345W Efemp1突变模型中,NLRP3缺失可阻止基底膜玻璃膜疣(BLamD)形成,但不抑制Müller细胞胶质增生,表明Müller细胞反应性独立于NLRP3。脉络膜毛细血管是单层有窗毛细血管,为RPE与光感受器供氧供能并清除废物;脉络膜内皮细胞退行性变被认为是AMD的早期致病事件,甚至可能早于RPE功能障碍。衰老脉络膜毛细血管中膜攻击复合物蓄积可导致细胞裂解及存活细胞中促血管生成因子上调,这是AMD进展的主要触发因素。缺氧RPE细胞分泌的ANXA1可通过FPR2/SHP2通路抑制脉络膜内皮细胞(CECs)中NLRP3炎症小体激活及随后的细胞焦亡;此外,ANXA1还可促进存活CECs的增殖、迁移与管形成,从而导致CNV形成。这一发现凸显了炎症小体信号在新生血管性AMD中的复杂性:抑制CECs中NLRP3介导的细胞焦亡可能意外增强内皮细胞存活与血管生成活性,从而促进CNV形成。综上,数据表明NLRP3激活在视网膜微环境中具有高度细胞类型依赖性:RPE细胞与小胶质细胞中的激活主要促进退行性变与炎症,其在Müller细胞中的作用仍未完全明确,而内皮细胞炎症小体信号可能对血管生成产生矛盾效应。
3.2 Retinal DAMPs and microenvironmental triggers of NLRP3 activation
视网膜持续暴露于源自应激细胞或玻璃膜疣成分的多种刺激中,常见危险信号包括ROS、溶酶体损伤及细胞外ATP触发的离子流;此外,玻璃膜疣成分(如Aβ寡聚物与补体蛋白)、RPE细胞中蓄积的Alu RNA与脂褐素也是可强力激活NLRP3炎症小体的DAMPs。
3.2.1 Reactive oxygen species (ROS) and oxidative stress
如前所述,ROS是NLRP3炎症小体组装的关键启动因子。ROS水平升高导致细胞损伤已证实与多种疾病(尤其是年龄相关疾病)密切相关。视网膜为ROS生成提供了理想条件:首先,视网膜持续暴露于累积的光氧化应激(光照);其次,RPE细胞代谢需求高,需要高脉络膜血流与丰富的线粒体支持高耗氧量;第三,RPE细胞吞噬POS过程中,光感受器外节膜中多不饱和脂肪酸易发生脂质过氧化,引发细胞毒性连锁反应。因此,黄斑区尤其是RPE细胞长期处于慢性氧化微环境,有利于ROS持续性蓄积,从而为NLRP3炎症小体持续激活提供适宜条件。
3.2.2 Drusen-associated components
补体蛋白是玻璃膜疣的主要炎症成分之一。玻璃膜疣成分C1Q作为补体通路的主要起始组分,可通过改变吞噬溶酶体活性及诱导组织蛋白酶B泄漏激活NLRP3炎症小体,升高IL-18与IL-1β水平。在正常人血清处理的RPE细胞模型中,血清可通过C5或C5a受体介导的启动效应促进炎症小体启动,该效应可被C5缺失或C5a受体阻断所抑制。另一项RPE细胞培养模型显示,高渗应激、缺氧及氧化应激下NLRP3表达上调,而C9 siRNA介导的基因敲低可抑制该上调,提示C9可能参与NLRP3炎症小体激活。此外,由视网膜巨噬细胞与小胶质细胞局部表达的补体因子H相关蛋白3(FHR-3)可被RPE细胞内化,上调补体及补体受体表达,从而启动NLRP3炎症小体。综上,补体激活参与NLRP3炎症小体启动与激活的双重调控,为玻璃膜疣蓄积与AMD慢性视网膜炎症之间提供了机制桥梁。Aβ寡聚物不仅在脑内蓄积,也在视网膜中蓄积,其中Aβ1–40是AMD玻璃膜疣的组成成分。动物模型玻璃体内注射Aβ1–40可显著上调NLRP3、caspase-1、IL-18与IL-1β表达,表明Aβ1–40可能参与AMD发病中的NLRP3炎症小体激活;研究还显示,Aβ可通过NADPH氧化酶与线粒体依赖的ROS生成诱导LPS启动的ARPE-19细胞中NLRP3炎症小体激活,最终导致RPE退行性变;此外,P2X7受体也被确定为Aβ诱导RPE退行性变的关键介质。这些观察结果表明,Aβ可通过ROS生成与P2X7受体激活等多条上游信号驱动NLRP3炎症小体信号并促进RPE退行性变,支持AMD与其他以蛋白聚集为特征的年龄相关神经退行性疾病共享炎症机制的假说。
3.2.3 Lipofuscin and A2E
脂褐素是一种随时间在全身各类细胞溶酶体中蓄积的自荧光物质,既往认为RPE细胞内脂褐素的存在是外层视网膜衰老的最早指标。与其他细胞类型中脂褐素主要来自细胞内细胞器自噬降解不同,RPE细胞中的脂褐素主要源自POS吞噬。蓝光照射诱导的光氧化应激可通过溶酶体失稳激活炎症小体,而脂褐素蓄积可放大这一过程;但单纯脂褐素蓄积不足以解释该效应,其双视黄醇衍生物N-视黄基-N-视黄基乙醇胺(A2E)作为主要成分可直接激活NLRP3炎症小体。此外,A2E通过分泌IL-1β及抑制前列腺素E2(PGE2)干扰RPE细胞抑制Th1的调控功能,提示A2E可能参与AMD的免疫发病机制。
3.2.4 Nucleic acid stress and innate immune sensing
Alu RNA是由人类基因组中小重复Alu元件编码的双链RNA,其高水平表达与多种人类疾病相关。如前所述,GA样本中RPE细胞因DICER1缺陷发生Alu RNA蓄积;机制上,Alu RNA可通过NF-κB通路以P2X7受体依赖、TLR信号非依赖的方式启动NLRP3炎症小体。此外,胞质DNA传感器环GMP–AMP合酶(cGAS)在介导Alu诱导的RPE细胞死亡中起关键作用:RPE细胞中Alu RNA蓄积或DICER1敲低可导致线粒体破坏,线粒体通透性转换孔(mPTP)开放使mtDNA释放至胞质,cGAS结合mtDNA后通过cGAS-STING信号通路激活NLRP3炎症小体的非经典通路。
3.2.5 ATP signaling and purinergic pathways
细胞应激状态下,ATP与UTP等细胞内核苷酸作为危险信号释放至细胞外间隙,其释放主要通过connexin 43半通道介导——该通道在细胞损伤时开放,广泛表达于小胶质细胞、Müller细胞及RPE等视网膜细胞,参与炎症传播。高浓度细胞外ATP可激活嘌呤受体亚型P2X7受体,进而触发K+外流与Na+内流,驱动NLRP3炎症小体组装。
3.2.6 Nuclear proteins
高迁移率族蛋白(HMGB)是调控DNA复制、转录与修复等基因组维护过程的DNA结合蛋白;细胞应激条件下,这些核蛋白转位至胞质并在膜破裂时释放,其中胞外HMGB家族蛋白(尤其是HMGB1)被视为可启动NLRP3炎症小体信号通路及后续炎症反应的DAMPs。A2E诱导的HMGB1与caveolin-1上调及随后的HMGB1释放可能与RPE细胞衰老及AMD发病机制相关。此外,另一HMGB家族成员HMGB2也被证实可通过上调NF-κB/NLRP3及同时下调Nrf2/HO-1信号通路介导氧化应激下光感受器死亡,敲低HMGB2可挽救光氧化应激诱导的视网膜退行性变,提示HMGB2可作为AMD治疗靶点。综上,这些多样的视网膜DAMPs尽管起源与作用机制各异,却协同驱动NLRP3炎症小体信号;这一核心作用使NLRP3处于AMD炎症网络的枢纽,其持续性激活破坏视网膜稳态,促进不同AMD阶段与表型的疾病进展。
3.3 Crosstalk between NLRP3 inflammasome and SASP in AMD
衰老相关分泌表型(SASP)是指衰老细胞分泌多种生物活性分子(包括细胞因子、趋化因子、生长因子及其他因子)的现象。鉴于AMD是一种衰老性疾病,SASP日益被认为是其发病机制的重要贡献者,因为SASP似乎可部分解释组织内的低水平慢性炎症。响应氧化应激、DNA损伤、cGAS-STING激活及Aβ蓄积等多种应激源,衰老视网膜细胞(尤其是RPE