深度解析，自身免疫疾病藥物探索進(jìn)展

來(lái)源：生物谷作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2015-03-09 08:48:00【大中小】

吡啉相關(guān)周期熱綜合征（CAPS）是一類(lèi)嚴(yán)重的自身免疫性疾病，它的病因是調(diào)控先天免疫反應(yīng)的重要原件-炎癥小體-一個(gè)蛋白質(zhì)成分NLRP3發(fā)生了獲得性病變。不僅如此，NLRP3的突變對(duì)于2型糖尿病、多發(fā)性硬化，阿茲海默癥，痛風(fēng)，動(dòng)脈粥樣硬化等復(fù)雜的疾病也有負(fù)面的影響。

大約在十年之前，NLRP3炎癥小體作為一類(lèi)先天免疫系統(tǒng)中的重要調(diào)節(jié)元件被科學(xué)家們鑒定出來(lái)。這個(gè)蛋白質(zhì)復(fù)合體由NOD Like Receptor家族蛋白NLRP3，接口蛋白ASC以及caspase1三類(lèi)蛋白組成，主要在髓系淋巴細(xì)胞中發(fā)揮功能。NLRP3炎癥小體能夠被一系列不同的外刺激激活，包括細(xì)菌穿孔素以及細(xì)胞壞死產(chǎn)生的毒性物質(zhì)（例如MHGB1）。NLRP3首先受到感應(yīng)，之后與其它兩類(lèi)蛋白質(zhì)發(fā)生聚合，最終切割proIL-1 beta形成成熟的，有功能的炎性因子IL-1 beta進(jìn)而分泌到胞外。后續(xù)的大量研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體還能夠被一些非感染性刺激激活，例如ATP，固態(tài)晶體顆粒（二氧化硅，尿酸鹽等），從而為一些IL-1 beta介導(dǎo)的自身免疫病的發(fā)病機(jī)理提供了重要線(xiàn)索。

目前針對(duì)炎癥小體開(kāi)發(fā)的藥物主要集中在下游細(xì)胞因子IL-Ibeta上面。其中包括重組人IL-1受體拮抗劑anakinra，IL-1 beta中和性抗體kanakinumab（2012年諾華上市藥物），可溶性IL-1受體誘捕劑rilonacept（Regeneron公司08年上市藥物）。另外一些小分子可以起到抑制抑制NLRP3活性的作用，比如優(yōu)降糖（格列苯脲）可以特異性抑制NLRP3炎癥小體導(dǎo)致的IL-1beta的產(chǎn)生。然而這些藥物大多特異性不高，不僅針對(duì)NLRP3炎癥小體，還對(duì)其他一些因素引起的炎癥反應(yīng)具有普遍的抑制作用。因此，開(kāi)發(fā)特異性抑制NLRP3的相關(guān)藥物是治療CAPS等由NLRP3突變導(dǎo)致的自身免疫病的最佳選擇。

雙芳基磺酰基類(lèi)化合物抑制NLRP3炎癥小體的激活

早在2001年就有研究發(fā)現(xiàn)一系列雙芳基磺酰基類(lèi)化合物可以起到抑制IL-1 beta的切割成熟的作用。最近愛(ài)爾蘭都柏林圣三一學(xué)院生化與免疫學(xué)院Luke A J O'Neill課題組在《nature medicine》發(fā)表了他們對(duì)于其中一種化合物MCC950的詳細(xì)研究。

首先，他們利用LPS與ATP聯(lián)合刺激小鼠骨髓巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)IL-1 beta的產(chǎn)生（經(jīng)典的炎癥小體激活途徑）與TNF-alpha產(chǎn)生（經(jīng)典的NF-kappaB途徑），在此基礎(chǔ)上加入MCC950觀(guān)察刺激結(jié)果。結(jié)果顯示：發(fā)現(xiàn)MCC950能夠抑制IL-1beta的產(chǎn)生，但對(duì)TNF-alpha的產(chǎn)生并沒(méi)有影響。之后他們用鉀離子通道激活劑nigericin代替ATP（兩者都是NLRP3炎癥小體的激活劑）進(jìn)行刺激，結(jié)果與之前相似。以上結(jié)果暗示了MCC950抑制NLRP3激活的效應(yīng)。

之后，作者向小鼠巨噬細(xì)胞感染鼠傷寒沙門(mén)氏菌（一種可以激活NLRC4炎癥小體的病菌），并在此基礎(chǔ)上加入MCC950觀(guān)察抑制效果。結(jié)果顯示：即使在非常高的濃度下，MCC950依然不能抑制IL-1beta與TNF-alpha的激活。同樣，作者也證明了MCC950并不能抑制由poly（dA：dT）引起的AIM2炎癥小體的激活，以及LPS引起的NF-kappaB的激活。以上實(shí)驗(yàn)充分說(shuō)明了MCC950抑制效應(yīng)的特異性。

之前的研究告訴我們：NLRP3激活之后會(huì)與ASC以及caspase1結(jié)合形成蛋白復(fù)合體，也就是我們之前所說(shuō)的"炎癥小體"，之后ASC會(huì)依賴(lài)NLRP3形成同源多聚體。作者通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：MCC950能夠抑制細(xì)胞激活之后成熟的IL-1 beta以及caspase1的形成與分泌，但并不能影響pro-IL-1 beta與pro-caspase1的產(chǎn)生。之后，作者發(fā)現(xiàn)MCC950能夠減弱炎癥小體激活之后ASC的多聚化。

由于K離子的外流是普遍的NLRP3的激活方式，作者希望研究是否MCC950抑制了鉀離子的流動(dòng)。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然MCC950具有明顯的抑制效果，它并不能抑制外界刺激導(dǎo)致的K離子的外流，說(shuō)明MCC950作用在K離子外流的下游。另外，作者也證明了MCC950也不影響鈣離子的流動(dòng)。由于之前的實(shí)驗(yàn)中作者觀(guān)察到了MCC950能夠抑制ASC的多聚化，作者希望了解MCC950能否抑制NLRP3-NLRP3以及NLRP3-ASC之間的相互作用。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：MCC950對(duì)此均沒(méi)有影響。

之前的研究表明向小鼠腹腔注射LPS能夠引起NLRP3依賴(lài)性的炎癥反應(yīng)。作者利用這一體內(nèi)模型證明MCC950具有明顯的抑制NLRP3炎癥反應(yīng)的作用。另外，作者利用EAE小鼠（一類(lèi)模擬人類(lèi)多發(fā)性硬化自身免疫疾病的小鼠模型）也同樣得到了這一結(jié)論。

最后，作者利用CAPS的小鼠模型WMS（NLRP3發(fā)生獲得型突變）進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示MCC950能夠抑制WMS小鼠的血清中IL-18的水平，并且能夠明顯提高小鼠的體重與壽命。

Beta-羥基丁酸抑制NLRP3炎癥小體的激活

酮體類(lèi)物質(zhì)（例如Beta-羥基丁酸BHB，乙酰乙酸AcAc）是脂肪代謝的中間產(chǎn)物，在缺乏充足能量時(shí)，它們作為備用的ATP來(lái)源能夠起到維持哺乳動(dòng)物生命的作用。節(jié)食，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)充低碳生酮類(lèi)食物等方式能夠提高胞內(nèi)酮體類(lèi)物質(zhì)的含量。而且有研究發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的禁食能夠降低炎癥反應(yīng)強(qiáng)度，然而這其中的原因并不清楚。耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫系的Vishwa Deep Dixit課題組同時(shí)發(fā)表在本期《nature medicine》上的一項(xiàng)研究揭示了beta-羥基丁酸抑制NLRP3激活的作用。

首先，作者利用LPS與ATP對(duì)小鼠骨髓巨噬細(xì)胞進(jìn)行刺激誘導(dǎo)NLRP3的激活，同時(shí)向其中加入不同的酮體類(lèi)物質(zhì)。結(jié)果顯示：beta-羥基丁酸能有明顯抑制以上刺激引起的IL-1beta與caspase1的成熟，然而它的兩個(gè)同類(lèi)物質(zhì)：乙酰乙酸與丁酸則沒(méi)有這種效應(yīng)。隨后作者試驗(yàn)了其它幾種不同的NLRP3激活劑（尿酸鹽晶體，二氧化硅晶體，nigericin以及幾種脂類(lèi)物質(zhì)等），結(jié)果顯示BHB均能抑制這幾種物質(zhì)引起的caspase1的切割成熟。另外，BHB并不能抑制Francisel latularensis引起的AIM2炎癥小體的激活或者由Salmonellatyphimurium引起的的NLRC4炎癥小體的激活。

由于長(zhǎng)期禁食引起的循環(huán)系統(tǒng)中BHB的增多能夠引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，AMPK活性提升以及自噬效應(yīng)等，而且這些效應(yīng)都被認(rèn)為可能與炎癥小體的調(diào)節(jié)有關(guān)。而后續(xù)的突變分析發(fā)現(xiàn)：氧化應(yīng)激效應(yīng)的障礙或者自噬作用的障礙都不能影響B(tài)HB抑制NLRP3活性的效應(yīng)，人為地提高AMPK的活性不能重現(xiàn)BHB抑制NLRP3的表型，AMPK活性的障礙也不能影響B(tài)HB原有的功能。另外。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示BHB的功能不依賴(lài)于G蛋白偶聯(lián)受體GPR109a。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BHB在抑制NLRP3激活方面的功能與之前報(bào)道過(guò)的其它功能彼此獨(dú)立。

另外，作者希望了解BHB的這一功能是否與自身的代謝過(guò)程（氧化，進(jìn)入TCA循環(huán)，降低線(xiàn)粒體電勢(shì)等）有關(guān)。但是突變分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與這些都沒(méi)有關(guān)系。意外的是，作者發(fā)現(xiàn)BHB能夠明顯抑制刺激條件下胞內(nèi)鉀離子的外流，而且能夠抑制炎癥小體蛋白之間的聚合。

最后，作者進(jìn)行了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)BHB能夠有效抑制NLRP3介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，而且有趣的是，在人為注射BHB之外，給小鼠的日常飲食調(diào)配生酮類(lèi)食物也能夠達(dá)到相似的效果。

以上兩篇研究雖然沒(méi)有清楚地得到抑制NLRP3的分子機(jī)制，然而這兩篇研究開(kāi)拓了我們對(duì)于NLRP3炎癥小體抑制藥物的研發(fā)視野。更加有意思的是，如果我們能夠通過(guò)進(jìn)食達(dá)到藥物治療的目的，那么將會(huì)大幅降低自身免疫病患者的治療痛苦。這也是我們應(yīng)該努力的方向。