痛风性关节炎(goutyarthritis,GA)是一种常见的慢性炎症性关节炎疾病,主要表现为关节红肿热痛,尤其以第一趾指关节较为常见｡调查显示,全球约有3.9%的人罹患痛风,而我国患病率为总人口的0.03%~10.47%,且表现为发病年龄趋于年轻化,沿海地域的患病率高于内陆地域并逐年上升,为此,探索新的作用靶点和治疗方式已迫在眉睫[1⁃2]｡然而从目前临床上对于GA的治疗方式来说,尽管西药中一线用药如依托考昔､塞来昔布等联合秋水仙碱取得了较好疗效｡但这些药的使用也让患者产生胃肠道不适､疾病缠绵难愈等问题[3]｡因此,探索副作用小､治疗效果佳的治疗方式显得十分重要｡同西药相比,中医药在治疗GA上具有安全性强､疗效明确､毒副作用小､容易被患者接受等诸多优点[4]｡运用中医药治疗GA已成为治疗痛风性关节炎的重要手段之一[5]｡但中药有效成分在防治GA的潜在机制仍需进一步挖掘｡当前研究发现,中医药主要通过NLRP3信号通路､Toll样受体(toll⁃likereceptor,TLRs)/核因子⁃κB(nuclearfactorkappa⁃B,NF⁃κB)信号通路等多条信号通路发挥治疗作用[6],其中与NLRP3信号通路的关系十分密切,同时细胞焦亡(pyroptosis)主要由该通路介导[7]｡细胞焦亡是一种以Caspase⁃1为核心的细胞程序性死亡,其过程常伴有大量炎症因子释放,研究表明焦亡与GA的疾病发展过程息息相关[8]｡因此,本文收集整理相关文献进行综述,旨在为未来治疗GA提供新文献依据｡

1、NLRP3炎症小体

1.1NLRP3炎症小体的结构

NOD样受体蛋白3作为NOD受体家族中的一员,其主要由3部分组成,其一是与细胞凋亡相关的小斑点状蛋白(apoptosis⁃associatedspeck⁃likeprotein,ASC),其二是半胱天冬酶⁃1(Caspase⁃1),其三为识别分子NLRP3[9]｡其发挥作用主要依赖以下3个结构域:以核苷酸寡居化结构域为中心,首先是C端的亮氨酸重复序列(leucinerichrepeatdomain,LRR),其主要作用就类似警示器一般去识别外来信号进而启动NLRP3炎症小体;其次是热蛋白结构域(pyrindomain,PYD),它的作用就像是一条传递履带去介导下游信号的传导;最后是核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide⁃bindingandoligomerizationdomain,NACHT),它主要在受体蛋白的结合上起到非常重要的作用[10]｡当外界刺激产生时,ASC会同PYD结合,募集pro⁃caspase⁃1进而聚集成NLRP3炎性小体,其中pro⁃caspase⁃1会进行自我切割形成有活性的Caspase⁃1蛋白,之后Caspase⁃1蛋白如同一把剪刀去剪切pro⁃IL⁃1β以及proIL⁃18可分别形成IL⁃1β､IL⁃18,最终IL⁃1β､IL⁃18由于细胞焦亡产生膜孔洞,于是炎症因子在细胞外募集中性粒细胞等炎症细胞,炎症由此产生[11]｡

1.2NLRP3炎症小体的激活

NLRP3炎症小体的激活需要先经过内源性细胞因子或微生物成分作为第一信号启动NLRP3炎症小体,而单独使用NLRP3激动剂则无法激活炎症小体,如toll样受体(TLR)､nlr(如NOD1和NOD2)或细胞因子受体的配体,它们激活转录因子NF⁃κB[12],之后NF⁃κB会上调NLRP3的表达,并调节ASC与NLRP3蛋白结合[13]｡启动信号在这一过程中主要作用是促进pro⁃IL⁃1β､pro⁃IL⁃18的表达水平[14]｡此外,当细胞遭遇外界刺激时,不仅是细胞外的ATP(三磷酸腺苷)､K+离子载体等分子信号参与调控,而且血红素､微粒物质等也发挥作用,这些物质能够作为“信使”传递给其他细胞或组织｡更为重要的是,病原体相关RNA也会成为激活炎症反应的关键因素,它们在体内被识别后,通过特定的受体激活一系列信号传导途径,最终导致NLRP3炎性小体的活化,促进NLRP3炎症小体的组装[15]｡在此过程中,NLRP3中心核苷酸酶可将寡聚区寡聚化,NLRP3N末端PYD结构域与ASC的PYD结合,ASC蛋白C端的CARD与pro⁃Caspase⁃1CARD结合,最终形成NLRP3炎症小体｡从而促进pro⁃Caspase⁃1二聚体经自身剪切,转化为活化的Caspase⁃1成熟体,随后,pro⁃IL⁃18和pro⁃IL⁃1β生成活化的IL⁃1β､IL⁃18,参与炎性反应[16]｡最新研究表明,有丝分裂Ser/Thr激酶NIMA相关激酶7(NEK7)对NLRP3与ASC的寡聚化是通过NLRP3⁃NEK7相互作用,进而促进NLRP3炎症小体的激活[17]｡

2、细胞焦亡

细胞焦亡是炎性小体启动的一种裂解性程序性死亡方式,属于细胞程序性死亡中的一种,NLRP3炎性小体活化可诱发细胞焦亡｡细胞程序性死亡是指在特定情况下,细胞为了维持内环境稳定,受基因调控作用,细胞进行自主死亡的过程｡焦亡发生时,细胞炎性坏死并释放大量的炎症因子[18]｡细胞焦亡最早于1996年在福氏志贺菌感染的巨噬细胞中被发现,并最终于2001年以“焦亡”命名这一细胞炎性死亡过程[19⁃20]｡细胞焦亡通常由炎症小体触发并由gasdermi蛋白执行｡焦亡的主要特征是细胞肿胀､膜穿孔和细胞内容物的释放[21]｡炎症小体因胞质污染或扰动而激活时,则会驱动Caspase⁃1或Caspase⁃11/4/5的激活,然后切割gasderm⁃inD,使得N端的成孔结构域(PFD)与C端阻遏蛋白结构域(RD)发生了分离｡PFD寡聚化后,在膜上形成大孔,导致溶胀和膜破裂,从而造成细胞焦亡的产生[22]｡

3、NLRP3介导的细胞焦亡与痛风性关节炎的关系

尿酸结晶(MSU)､脂多糖(LPS)等激活NLRP3炎性小体,导致Caspase⁃1过度激活,诱发GA相关的细胞焦亡｡研究表明,在痛风中,高尿酸水平通常会导致高尿酸血症､炎症和其他并发症｡尿酸沉淀到MSU中,触发多个细胞与激活的NLRP3炎性小体组装,并成熟和释放IL⁃1b[23]｡许多生物介体通过各种机制促进了这一过程｡缺乏焦亡关键成分(NLRP3､ASC或caspase1)的实验小鼠经受MSU刺激后,小鼠膝关节中性粒细胞浸润减少,与对照组相比,这些小鼠的巨噬细胞在MSU诱导下,所释放的IL⁃1b相对减少[24]｡此外,对于痛风患者的单核/巨噬细胞亚群,粒细胞⁃巨噬细胞集落刺激因子､G蛋白受体(GPR43和P2Y14)和微生物种群通过不同的机制帮助诱导MSU促进焦亡关键分子的表达,例如抑制环磷酸腺苷的合成､代谢产物的产生或组蛋白脱乙酰基酶活性的抑制,最终造成细胞焦亡,关节炎症产生[25]｡

4、NLRP3炎症小体相关信号通路

4.1ROS/NLRP3信号通路

活性氧(ROS)是NLRP3炎性体活化的重要途径之一｡ROS可通过活化NLRP3炎性小体,进而促进Caspase⁃1的激活｡Caspase⁃1激活后,细胞膜穿孔,DNA断裂,IL⁃1β､IL⁃18等大量分泌,启动炎性反应,促进细胞焦亡,从而促进GA病理进程｡在GA病变中,抑制ROS/NLRP3炎症小体通路可以展现保护性效果｡最新研究发现,没食子酸改善尿酸钠晶体诱导的关节肿胀,减少IL⁃1β的产生,限制巨噬细胞和中性粒细胞向关节囊的迁移[26],提示没食子酸可通过调控ROS/TXNIP/NLRP3信号途径,抑制炎性小体活化及细胞焦亡,并通过抗氧化的方式减轻NLRP3介导的痛风｡此外,高尿酸过程中,尿酸也会直接刺激滑膜细胞,导致ROS释放和NLRP3炎症小体激活｡吴昊等[27]从鹌鹑中提取并鉴定了原代成纤维细胞样滑膜细胞(FLS),研究发现用尿酸刺激FLS会导致ROS释放和NLRP3炎症小体激活｡然而,用XOD抑制剂治疗可防止FLS的所有这些反应,通过解救实验证实了尿酸通过促进ROS释放和NLRP3炎症小体激活从而影响了痛风的产生与发展｡总之,ROS可激活NLRP3,引发细胞焦亡和痛风;部分中药单体化合物例如没食子酸则可以抑制ROS/NLRP3,减轻炎症｡

4.2NF⁃κB/NLRP3信号通路

核因子⁃κB(NF⁃κB)在诸多慢性疾病中扮演着关键角色,作为转录因子,它影响着许多炎症反应,不仅促进了NLRP3相关的mRNA的表达,还参与了NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡[28]｡郑娟娟等[29]研究表明,黄藤素(PAL)作为一种原小檗碱生物碱,可以通过调节NF⁃κB/NLRP3通路来防止MSU诱导的炎症和氧化应激,这为探索治疗GA筛选潜在药物找到了一个方向｡此外,王庆东等[30]研究表明,动力蛋白相关蛋白1(Drp1)通过NF⁃κB通路和NLRP3炎症小体激活诱导GA,并且Drp1通过调节线粒体裂变激活NF⁃κB/NLRP3信号传导｡从机制上进一步阐明,线粒体中一些蛋白泛素化后参与到NF⁃κB/NLRP3信号传导诱导GA｡刘雅茹等[31]通过整理较新研究成果发现,许多研究均表明NLRP3炎症小体的pyrin结构域的激活依赖于NLRP3前体pro⁃caspase⁃1和pro⁃IL⁃1β的核因子κB(NF⁃κB)转录｡上述研究均从不同角度分析和说明了NF⁃κB在NLRP3中的作用,对GA的发病机制､诊断和治疗具有重要意义｡

4.3P2X7R/NLRP3信号通路

NLRP3炎症小体激活是引发痛风发作的核心过程｡ATP结合后P2X7受体(P2X7R)的独特构象重排对于NLRP3炎症小体的激活至关重要｡此外,P2X7R受体是P2X亚族成员之一,参与调控巨噬细胞细胞因子生成过程｡Li等[32]研究表明,Z1456467176(N⁃{3⁃[(2⁃氨基乙基)氨基磺酰基]苯基}⁃2⁃甲基⁃3⁃[3⁃(三氟甲基)苯基]丙酰胺盐酸盐),一种P2X7R拮抗剂,表现出稳定且显著的P2X7R抑制作用,同时作者又在MSU晶体诱导的痛风中,证实了ATP的存在和参与｡最终发现并证明通过该抑制剂阻断了ATP诱导的NLRP3⁃caspase⁃1⁃IL⁃1β通路的激活,并在减少大鼠GA炎症方面发挥了良好的作用｡Dai等[33]研究表明,ATP通过激活P2X7R并通过P2X7R/NLRP3通路加重GA的发生,促进相关炎性细胞因子的分泌,此外还通过影响Tregs/Th17细胞的放电对整个发病过程呈现出从急性发作到缓解的时效趋势｡Li等[34]还通过研究证实,对大鼠局部注射MSU晶体后,通过阻断P2X7R阻止了大鼠GA的发生,携带突变体hP2X7R基因的个体有助于抑制体外MSU晶体和ATP共刺激诱导的NLRP3炎症小体激活｡这些研究表明,ATP和MSU晶体在GA的发病中存在协同作用,而在这过程中,P2X7R起着关键的调节作用,表明靶向调节P2X7R是目前治疗GA的一种非常有吸引力的治疗策略｡综上所述,P2X7R在痛风性关节炎中通过ATP激活NLRP3炎症小体,促进IL⁃1β等细胞因子释放,引发炎症,可通过应用对的拮抗剂,抑制此通路,减轻炎症｡

4.4PI3K/AKT/NLRP3信号通路

PI3K/AKT/mTOR通路是影响自噬的经典通路｡当它被激活时,它可以抑制自噬,从而在调节自噬效应中起关键作用,PI3K是一类重要的细胞内磷脂酰肌醇激酶｡AKT是一种丝/苏氨酸蛋白激酶,通过调节其下游蛋白质进行磷酸化反应,对细胞的增殖､迁移以及生存发挥了重要作用｡Liu等[35]研究表明,通过对麻醉后的大鼠膝关节腔内注射尿酸钠溶液造模成功后,治疗组予以清热化浊姜苏汤,结果表明,该方可显著抑制PI3K/AKT/mTOR通路,并使大鼠滑膜组织的炎症病理状态显著降低｡然而目前国内部分此类研究缺乏细胞毒理实验,以及中药方剂通过多途径影响GA的深度探究｡

4.5Nrf2信号通路

Nrf2信号通路可通过抗氧化､抑制炎症的方式治疗与预防GA｡Dinesh等[36]对尿酸钠(MSU)晶体刺激的RAW264.7巨噬细胞和MSU晶体诱导的大鼠研究后发现,小檗碱(一种异喹啉生物碱)抑制了MSU晶体刺激的RAW264.7巨噬细胞中的促炎细胞因子(白细胞介素⁃1β(IL⁃1β)､肿瘤坏死因子α(TNFα)和细胞内活性氧的水平,同时增加MSU晶体刺激的RAW264.7巨噬细胞中Nrf2的表达,从而改善大鼠大鼠的爪子水肿､疼痛评分｡Lin等[17]研究发现,没食子酸可以通过促进Nrf2的表达来抑制线粒体ROS(mtROS)的产生,同时抑制了细胞焦亡的产生｡因此,部分能抑制Nrf2通路的中药单体成分,对GA具有潜在的治疗作用｡

5、中医药干预

NLRP3炎症小体抗痛风性关节炎中医药可通过干预NLRP3炎症小体介导细胞焦亡治疗GA｡本文通过整理目前与抗GA相关的动物､细胞实验,将中药影响GA的相关通路以及机制作出如下总结,丰富预防GA的理论基础,在一定程度上为有效防止GA病变提供更加系统､安全的治疗方案｡没食子酸是一种广泛分布在植物中的活性酚酸,大量研究表明其具有出色的抗氧化和抗炎作用,然而目前该物质如何调节NLRP3炎症小体以缓解GA的机制尚不清晰,Lin等[17]研究表明,该物质抑制了经脂多糖(LPS)､ATP､尿酸单钠(MSU)晶体刺激后的巨噬细胞所释放的乳酸脱氢酶(LDH)并通过阻断NLRP3炎症小体活化从而抑制焦亡｡此外,没食子酸还通过阻断NLRP3⁃NEK7相互作用和ASC寡聚化来发挥对焦亡的抑制作用,从而限制了炎症小体的组装｡另外没食子酸还促进Nrf2的表达,并减少活性氧(mtROS)的产生｡白藜芦醇(Res)是一种从虎杖中提取的化合物,其本身具有抗氧化和炎症的作用｡为了探究该物质在治疗GA的机制,Fan等[37]通过关节炎大鼠模型､MSU诱导的腹膜炎小鼠模型和小鼠骨髓源性巨噬细胞(BMDM)炎症模型进行机制研究,结果发现,Res显著改善GA大鼠的步态评分和滑膜炎,抑制MSU诱导的腹膜炎症,降低IL⁃1β､IL⁃18和Caspase⁃1的水平以及巨噬细胞的焦亡并抑制NLRP3炎症小体活化,同时提高线粒体膜电位水平,抑制P62和Pink1的表达,增强LC3B⁃II､Parkin和TOMM20的表达,促进线粒体自噬,而线粒体自噬抑制剂逆转Res对NLRP3炎症小体激活的抑制作用｡荔枝素可有效阻止巨噬细胞和树突状细胞中NLRP3炎症小体的激活｡Wang等[38]研究发现,荔枝素可通过直接与ASC蛋白结合来抑制NLRP3活化诱导的细胞因子分泌和细胞焦亡,从而抑制ASC寡聚化｡此外,荔枝素还可降低LPS诱导小鼠急性炎症模型中的血清IL⁃1β和IL⁃18水平,防止MSU晶体诱导的小鼠痛风性关节炎模型并降低踝关节IL⁃1β水平｡总之,荔枝素作为一种新型靶向ASC蛋白的NLRP3抑制剂,其具有潜在对GA的治疗效果｡香叶素是中药香叶草的化学成分,具有抗炎和抗氧化活性｡Zhou等[39]研究发现,香叶素可以抑制ATP或尼日利亚素刺激的骨髓来源的巨噬细胞(BMDMs)的细胞死亡｡同时香叶素减少了乳酸脱氢酶(LDH)和白细胞介素(IL)⁃1β从细胞质到细胞上清液的释放｡此外,香叶素还可抑制细胞上清液中Caspase⁃1､p20､IL⁃1β和GSDMD⁃N端的表达,同时阻断ASC的寡聚化｡最后香叶素可减少活性氧的产生并维持线粒体膜电位,同时阻止ASC和NLRP3蛋白之间的相互作用,从而抑制炎症小体活化､焦亡和IL⁃1β释放｡旋覆花内酯是一种有效的天然NLRP3抑制剂,Shao等[40]研究发现,不同剂量的旋覆花内酯可以呈剂量依赖性地抑制Caspase⁃1和IL⁃1β的分泌,并抑制NLRP3介导的小鼠和人巨噬细胞的焦亡｡此外,旋覆花内酯还可以中断NLRP3炎症小体的组装步骤,特别是NLRP3和NEK7之间的相互作用,特异性抑制BMDM中NLRP3炎症小体的激活步骤｡最后,旋覆花内酯以非依赖ATP酶的方式抑制NLRP3激活,这表明它是设计和开发新型NLRP3抑制剂的先导化合物｡总之,旋覆花内酯作为潜在的先导化合物可开发为靶向抑制NLRP3药物｡综上所述,笔者认为,没食子酸和白藜芦醇通过抑制NLRP3炎性体活化和细胞焦亡缓解痛风｡荔枝素､香叶素和旋覆花内酯也具有抑制NLRP3､抗炎和抗氧化作用,对GA有治疗潜力｡

6、总结与展望

NLRP3炎症小体通过介导焦亡对于GA的发展至关重要,例如巨噬细胞焦亡､滑膜细胞焦亡｡细胞焦亡所产生的影响主要是促进炎性因子释放,扩大炎性因子级联反应,促进炎症发生,通过NLRP3信号通路､Nrf2信号通路､NF⁃κB信号通路影响GA｡中医药干预GA具有独特优势｡目前研究表明中药提取物在治疗GA上具有良好的临床应用前景,其作用机制与NLRP3通路有关｡然而对于GA的防治作用研究的依旧表浅,缺乏对中医传统理论中“防”与“治”微观上､机制上的深入探索,仍需从以下几个方面不断深入研究:(1)各种研究发现多条通路可以影响NLRP3信号通路继而影响GA,然而这些通路综合在一起是如何协同影响GA,缺乏细致的探索与清晰的认识｡(2)基于GA的探索仍是基于传统的动物模型,且造模时间短,造模效果难以维系,而某些中药对于GA的作用需要一定的时间,故对于药物作用于人体的机制研究以及造模方式怎样更能贴近于药物作用于人体可能仍需探索｡(3)目前对于NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡,其他尚未发现与NLRP3炎症小体存在相互作用的通路是否也共同影响焦亡的探索仍不足｡尤其是中药往往通过多条信号通路治疗GA,故还需要结合网络药理学等方式不断深挖多通路之间的相互作用,探索更多与焦亡相关通路,这将为中医药通过干预NLRP3炎症小体介导下的焦亡来治疗GA上打开新思路｡总之,随着学界不断深耕不辍,将不断发现中医药宝库中的宝藏,以及中医药在防治GA中的潜在优势以及临床价值｡

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基金资助:国家自然科学基金地区项目(82160911);2022年甘肃省中医药产业创新联合体项目(22ZD6FA021-4);甘肃省科技厅青年基金项目(21JR7RA585);2023年兰州市第四批科技计划(2023-4-48);

文章来源:李吉东,谢兴文,李鼎鹏,等.NLRP3介导细胞焦亡探讨中医药干预痛风性关节炎研究进展[J].中国骨质疏松杂志,2025,31(04):558-563.