NOD樣受體蛋白3（NLRP3）炎性小體在肝細胞癌發生發展中的作用

余學海， 陳本棟， 劉伊敏， 馬勇新， 張旭升， 周紅才， 馬海燕

1 寧夏醫科大學總醫院 a. 小兒外科， b. 肝膽外科， 銀川 750000

2 寧夏醫科大學， 銀川 750000

在全球范圍內，癌癥被認為是主要的公共衛生事件之一，肝細胞癌（HCC）是我國第四位常見的惡性腫瘤及癌癥死亡的第二大病因［1-2］，其發病率在發達國家和發展中國家均呈上升趨勢。盡管目前在HCC的診斷和治療方面取得了顯著進步，但由于其轉移及復發率高，預后仍較差，嚴重威脅人類的生命和健康。有文獻［3］表明，激活細胞焦亡可促進HCC細胞死亡，從而發揮抗癌特性，炎性小體在促進細胞焦亡的過程中發揮至關重要的作用。近些年來，NOD 樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性小體引起了廣大學者的關注［4-5］，有證據［6］表明其在不同類型的癌癥中既有保護性的抗腫瘤作用又有促腫瘤作用。目前尚不清楚NLRP3 炎性小體在肝癌進展過程中對肝實質細胞的作用是有益還是有害，本文主要對NLRP3 炎性小體發生機制及其在HCC 發生發展中的作用機制作一綜述，明確NLRP3炎性小體在腫瘤增殖、擴散中的作用， 以及尋找合適的治療肝癌的炎性小體靶點，為腫瘤治療和抗癌藥物的篩選提供新的參考。

1 NLRP3炎性小體的結構及激活過程

炎性小體是一種由胞漿內模式識別受體識別病原體相關分子模式和損傷相關分子模式后組裝的多聚體蛋白復合物，是先天性免疫反應的一部分［7］。研究最多的炎性小體是由NLRP3 受體蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis speck protein，ASC）和效應分子半胱氨酸蛋白酶-1前體（pro-Caspase-1）經同型相互作用進行寡聚化形成的NLRP3炎性小體（圖1a、b），是NLR家族的一員［8-9］。NLRP3 炎性小體發揮作用需要經過啟動和激活兩個階段［10-12］。啟動階段主要是由Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）配體或內源性分子提供炎癥刺激，誘導NF-κB的表達。激活過程是由病原體相關分子模式和損傷相關分子模式促進，引起K+、Ca2+外排以及活性氧（ROS）的產生，從而轉錄和表達NLRP3炎性小體成分及其他前體炎癥因子，組裝成NLRP3 炎性小體，具體機制目前仍存在爭議。

圖1 NLRP3炎性小體的結構和功能Figure 1 Schematic diagram of the structure and function of the NLRP3 inflammasome complex

NLRP3 炎性小體的激活可出現兩種效應。首先，可以引起細胞焦亡。細胞焦亡是程序性細胞死亡的一種炎癥形式，病理特征包括細胞腫脹、穿孔、破裂、溶解、核濃縮以及釋放炎癥因子IL-1β 和IL-18，穿孔破裂的細胞失去細胞膜結構的完整性和控制物質進出細胞的功能［13］。細胞焦亡的信號通路主要依賴于Caspase-1的激活，是細胞焦亡的關鍵標志，在該通路中細胞內的NLRP3、AIM2和Pyrin 等炎性小體在外源性病原體和內源性損傷信號的刺激下被激活，活化的炎性小體通過識別pro-Caspase-1后與下游含有Caspase-1 激活結構域ASC 結合而激活Caspase-1，形成多蛋白復合物［14］。其次，NLRP3炎性小體自裂解形成活性Caspase-1和p10/p20四聚體，孔隙形成蛋白（gasdermin D，GSDMD）作為活化的Caspase-1 的蛋白底物，是焦亡的執行分子，可促進胞漿內容物IL-1β和IL-18等釋放，從而影響多種自身免疫性疾病或誘導炎癥反應，并可能導致癌癥［15-16］（圖1c）。

2 HCC

HCC 是原發性肝癌中最常見的類型，起源于肝細胞，與病毒性肝炎、肝硬化、酗酒、黃曲霉毒素攝入、肥胖、糖尿病和吸煙等因素密切相關［17-18］。在過去的幾年里，原發性肝癌在全球范圍內的發病率仍居高不下，中國每年大約有35萬人死于肝癌，占全世界肝癌死亡人數一半以上，死亡率僅次于肺癌［19］。超聲、甲胎蛋白（AFP）檢測、計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）以及病理組織學檢查是診斷HCC 的主要方法，截至2022 年，中國肝癌的診斷率在所有腫瘤中僅排名第四，診斷率仍然較低［1］。即使是小肝癌（＜5 cm），根治性切除或肝移植后3年內的復發率也＞50%，術后5年的復發率為70%［20-21］。HCC 預后不良，易復發，對患者生命造成嚴重威脅［22］。因此，肝癌作為典型的消化系統惡性腫瘤，以手術治療為主，結合放療、化療等綜合治療尤為重要。

3 NLRP3炎性小體與HCC的關系

炎癥是機體應對外界刺激作出的保護性反應，炎癥與腫瘤發生密切相關，是癌癥發生發展的標志［4］。當不同病原體（細菌、病毒）或其他刺激激活NLRP3炎性小體時，大量前體炎癥細胞因子、生長因子、趨化因子、促血管生成因子和先天免疫細胞被釋放，形成的腫瘤微環境在腫瘤的發生上起著關鍵作用［5］。慢性病毒性肝炎會損害肝細胞，引起肝纖維化或肝硬化，最終導致HCC 的發生，這也被稱作“肝癌進展三部曲”。

然而，在過去十年中，NLRP3 炎性小體在腫瘤發生和抗腫瘤免疫中的不同作用已經出現［4］。當前，關于NLRP3炎性小體在HCC中的作用研究較少，且意見尚不統一。NLRP3 炎性小體既可以通過相關的炎癥信號通路促進HCC進展，又能夠通過引起癌細胞焦亡抑制HCC進展，并且在HCC 發生發展的不同時期，NLRP3 炎性小體的作用也不同。

3.1 NLRP3 炎性小體在HCC 的發生過程中起促進作用Wei 等［23］研究發現NLRP3 炎性小體的數量在HCC 發生發展過程中處于動態變化，在正常肝組織中表達較低，當出現炎癥性疾?。ǜ窝?、肝硬化）時會升高，加劇肝硬化向HCC 轉變，再于HCC 期降低，與癌旁正常肝組織相比，癌組織中NLRP3炎性小體的分子成分丟失或明顯減少，NLRP3 炎性小體各成分的mRNA 表達水平與之變化同步，并且NLRP3各成分含量與HCC臨床分期和病理分化程度呈負相關。據報道［24］，HCC患者腫瘤微生物群中存在大量嗜麥芽糖寡養單胞菌，可激活TLR4/NF-κB 通路，誘導NLRP3 炎性小體組裝形成，促進纖維化標志物α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和Ⅰ型膠原蛋白的釋放，導致肝纖維化，并在肝臟中分泌多種細胞因子、炎癥因子加速肝硬化，從而形成有利于腫瘤細胞生長的微環境，促進細胞增殖和HCC 進展［14，25］（圖2）。有體外實驗研究［26］發現，細胞外ATP 可以通過P2X7 激活肝內NLRP3炎癥小體，使肝星狀細胞活化增強，也促進α-SMA 和Ⅰ型膠原等纖維化標志物的釋放從而導致肝纖維化；此外，抗P2X7R 的siRNA 能夠抑制NLRP3 和α-SMA 蛋白的表達，抑制Ⅰ型膠原的沉積和分泌，P2X7R 介導的NLRP3炎癥小體激活參與肝星狀細胞產生IL-1β 可能與細胞外基質沉積有關，提示阻斷P2X7R-NLRP3 炎性小體軸可能減緩肝纖維化、限制HCC 細胞的增殖和轉移，是降低肝癌風險的潛在治療靶點。

圖2 NLRP3炎性小體促進HCC的發生Figure 2 Schematic diagram of NLRP3 inflammasomes promotes the development of HCC

木犀草苷是一種存在于大葉龍膽中的黃酮類化合物，其可以減少細胞內ROS的產生，阻止NLRP3炎癥小體的激活，降低NLRP3 炎性小體的含量，同時降低IL-1β 和Caspase-1 的水平，減輕炎癥和肝纖維化，抑制肝硬化，有效預防HCC 的發生［27］。另外有研究［28-29］發現NLRP3 失活可抑制免疫檢查點LAG-3和PD-L1等蛋白的表達，從而降低HCC 細胞免疫逃逸功能，促進T 淋巴細胞對癌細胞的殺傷作用。此外，下調NLRP3炎性小體可誘導HCC細胞系Hep3B 的凋亡，提示激活NLRP3 炎性小體通路可觸發致癌過程，并且與植入HCC 細胞的正常小鼠相比，NLRP3 炎性小體缺陷小鼠腫瘤進展速度明顯緩慢，轉移率更低［30］。NLRP3 炎性小體缺失可促進HCC 細胞表面MICA分子與自然殺傷細胞表面NKDG2D分子結合，使自然殺傷細胞識別并殺傷HCC細胞。有報道［31］稱HCC根治性切除術后患者，肝臟中NLRP3表達升高與預后不良顯著相關。

因此，上述研究證實NLRP3炎性小體通過多種方式促進HCC的發生和進展，NLRP3的高表達表明疾病處于活動期或惡化狀態。然而，NLRP3的表達在HCC晚期逐漸下降，不代表病情好轉，而是與臨床分期密切相關。

3.2 NLRP3 炎性小體引起的細胞焦亡抑制HCC 的進展 細胞焦亡是程序性死亡的一種，但與其他死亡（自噬、凋亡、壞死等）存在差別，焦亡過程涉及的信號通路主要是以Caspase-1激活為主要特征的經典型通路和依賴于Caspase-4/5/11的非經典型通路［32-33］。近些年關于NLRP3炎性小體介導的細胞焦亡在多種癌癥的發生發展中發揮重要作用的報道較多［17］，包括黑色素瘤、皮膚癌、結直腸癌等，并且發現細胞焦亡主要抑制腫瘤進展，因而，有望從細胞焦亡角度發現治療腫瘤的新靶點。然而，細胞焦亡是否在HCC 的發展過程中發揮作用仍需要進一步研究。

先前有研究［34］專門評估了細胞焦亡在HCC 發展過程中的作用，發現與癌旁組織相比，癌組織中Caspase-1、IL-1β 和IL-18 的mRNA 顯著降低，表明肝癌組織中細胞焦亡受到抑制。有細胞模型［35］顯示，減少或抑制NLRP3炎性小體激活而下調細胞焦亡現象會促進HCC的進展。17-β-雌二醇（E2）通過E2/ER/MAPK 通路誘導NLRP3 炎性小體激活引發HCC細胞焦亡增加，抑制了HCC的惡性增殖和轉移，這也是男性發生HCC 的風險是女性的2～7倍的主要原因之一［36］。NEK7是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，通過有絲分裂紡錘體形成和細胞分裂參與細胞周期進程［37］。Yan等［38］通過生物信息學、體外細胞實驗和臨床腫瘤標本研究發現，與肝癌周圍正常組織相比，癌組織中NEK7 表達明顯上調，在肝癌細胞中敲低NEK7 可顯著提高NLRP3、Caspase-1、GSDMD 等細胞焦亡標志物的濃度，通過觸發癌細胞焦亡來抑制腫瘤-基質的相互作用，從而顯著降低腫瘤細胞遷移、侵襲和增殖，這也有效地減緩了HCC的發展速度，具體機制如圖3所示。

圖3 NLRP3炎性小體介導細胞焦亡抑制HCC的發展Figure 3 Schematic diagram of NLRP3 inflammasome inhibits the development of HCC through classical pyroptosis

這些研究充分表明，NLRP3炎性小體介導的癌細胞焦亡可能是HCC一種有效的治療手段，以上調炎性小體相關基因或促進炎性小體的激活為策略，促進肝癌細胞焦亡，可起到腫瘤免疫的作用，這為以后抗腫瘤研究及腫瘤治療開辟出新的方向。

4 總結與展望

綜上所述，NLRP3炎性小體在HCC發生發展過程中的功能具有雙向性，這種雙重作用一方面是由于NLRP3炎性小體被激活，釋放多種炎性細胞因子，形成腫瘤細胞發生和發展的炎性微環境，最終促進肝炎、肝硬化向HCC轉變，也促進HCC的增殖和轉移；另一方面，NLRP3炎性小體可介導細胞焦亡途徑抑制HCC的惡性進展。

因而，靶向NLRP3 炎性小體可能是一種潛在治療HCC的新策略，靶向NLRP3炎性小體的藥物在HCC中的作用主要取決于以上兩種機制中哪種受主要影響，但如何充分利用炎性小體的雙向性作用，使其既能達到抗腫瘤效應，又能保持有利于這種效應的動態平衡狀態仍值得探索。準確分析不同中藥及其提取物通過NLRP3 炎性小體介導細胞焦亡而發揮抗癌作用，降低化療耐藥，對延長肝癌患者生存周期具有積極意義，未來還需要進一步實驗和臨床研究來探索。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：余學海負責課題設計，查閱文獻，撰寫論文；劉伊敏、馬勇新、張旭升、周紅才負責查閱收集文獻，修改論文；馬海燕負責圖片制作和格式修改；陳本棟負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。