关于NLRP3 炎症小体的双向调节机制在乳腺癌发生发展及指导治疗中的研究进展

郑林彤 刘琛

乳腺癌是全球女性癌症死亡的主要原因之一，发病率和死亡率均较高，已严重危及人类生命和健康。越来越多的证据强调了慢性炎症在乳腺癌发病与治疗中的重要性[1]。近年有关乳腺癌的研究逐步深入，但死亡率仍居高不下，并且其具体机制至今尚未阐明，现在认为癌症的发生是遗传基因、自身免疫等因素共同作用的结果[2]。目前关于Nod样受体蛋白3（Nod like receptor proein 3，NLRP3）炎症小体在癌症的发生和进展中的作用和效应机制研究较少，已有的研究显示NLRP3 炎症小体与癌症的进展有关，但结论不一，而关于NLRP3 炎症小体的双向调节机制在人类乳腺癌进展中发挥的作用，目前还未有完善的体系概括，本研究总结NLRP3 炎症小体在人类乳腺癌进展中发挥的作用、相关机制通路以及未来可能采用的治疗方法的研究进展。

1 NLRP3 炎症小体与乳腺癌概述

1.1 NLRP3 炎症小体炎症小体是一种多蛋白复合物，由模式识别受体组成，主要包括NLRP3、NLRP1、Nod 样受体C4（Nod like receptor C4，NLRC4）等。2001 年Hoffman 等[3]研究家族性冷性自身炎症综合征和毛克尔-威尔斯综合征时发现了CIAS1（Cold induced autoinflammatory syndrome 1，CIAS1），表明其在炎症和凋亡的调节中发挥作用，其编码了NLRP3 炎症小体，包含3 个不同的结构域。当危险信号来临时，其与含有Caspase 募集结构域的凋亡相关斑点样蛋白（Apoptosis-associated speck-like protein，ASC）和Caspase-1 或Caspase-5 结合，形成活化的NLRP3 炎症小体，参与机体的炎症反应[4，5]。而炎症反应是诱发某些癌症的危险因素之一。因此，研究NLRP3 炎症小体在癌症发生发展及治疗中发挥的作用具有一定的意义。

1.2 乳腺癌乳腺癌被定义为免疫学上的“静”的癌症，其特质表现为低肿瘤淋巴细胞浸润、低抗PD-1/L1 反应、低肿瘤突变负荷[6]。有研究[7，8]表明，乳腺癌免疫环境存在一定异质性并处于动态变化状态，在乳腺癌分子亚型和疾病环境中可观察到其中差异。在人单核细胞中，可介导Caspase-1活化和IL-1β 释放，而IL-1 信号传导促进原发性和转移性乳腺肿瘤进展。NLRP3 炎症小体通过Caspase-1 释放炎症因子，促进炎症反应，从而活化半胱天冬酶-1 诱导细胞焦亡[9]。与此同时，乳腺癌是典型的上皮起源的恶性肿瘤，有研究表明NLRP3 炎症小体除了表达在固有免疫细胞外，也可表达在上皮细胞中，并参与部分上皮来源的肿瘤的进展[10]。

1.3 NLRP3 炎症小体与乳腺癌炎症是肿瘤所有发展阶段的关键特征，炎症小体是炎症反应的重要组成部分，也是先天免疫系统不可或缺的一部分。炎症小体通过发出不同细胞因子和趋化因子分泌的信号来调节浸润免疫细胞的性质，从而调节机体的抗肿瘤免疫力。炎性小体表达模式在不同的肿瘤类型和阶段中有所不同，在肿瘤进展中亦发挥不同的作用。炎症小体的复杂多样性由与肿瘤建立和进展有关的内部和外部因素决定。已有研究表明，NLRP3 的启动和激活广泛参与多种疾病的发生发展，在乳腺癌的转移中也起着重要作用[11]。Wang 等[12]指出NLRP3 炎症小体可促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭，通过半胱天冬酶-1 依赖性途径诱导IL-1β 分泌，促进乳腺癌细胞的上皮间充质转化。Ershaid 等[13]证实，源自癌症相关成纤维细胞的NLRP3 信号可以促进乳腺癌的生长和转移。Yao 等[14]发现小檗碱可以通过抑制NLRP3 途径来抑制三阴性乳腺癌细胞的增殖和迁移。

2 NLRP3 炎症小体形成肿瘤微环境

NLRP3 炎症小体激活后，可引起炎症联级反应，产生白细胞介素（IL）-1β、IL-18、IL-22，肿瘤坏死因子（TNF）-α 等促炎症反应因子，待炎症-肿瘤信号通路激活后通过TNF-α 和核转录因子（NF）-κB 形成肿瘤微环境，刺激肿瘤细胞生长，最终形成肿瘤和使肿瘤恶化[15]。在炎症因子各种成分相互作用过程中，肿瘤微环境的各个组成部分受到炎症因子直接或间接影响以促进肿瘤转移[16]。乳腺组织成分占比最大的脂肪细胞可释放多种脂肪因子，如IL-6 和趋化因子配体（CCL）2，以促进乳腺癌的增殖、血管生成、扩散、侵袭和转移[17]。乳腺癌正常成纤维细胞活化后形成的肿瘤相关成纤维细胞在肿瘤影响下通过分泌各种生长因子，如成纤维细胞生长因子（FGF）2，CCL8，细胞因子（包括血小板衍生生长因子、FGF、IL-6 和肝细胞生长因子），对肿瘤的形成、发展、侵袭、转移和治疗耐药性起重要作用，并重塑细胞外基质[18]。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）可产生趋化因子，促进乳腺癌的肿瘤转移、免疫逃逸和肺转移[19]。

髓源性抑制细胞（Myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）既受肿瘤微环境的影响，又可改变肿瘤微环境。MDSCs 由肿瘤的组成型促炎细胞因子和趋化因子引起[20]，这反过来又导致MDSCs 在肿瘤微环境中成为抑制细胞，并阻止抗肿瘤免疫应答[21]。MDSCs 部分驱动免疫抑制肿瘤微环境，导致疾病恶化，它们是未成熟髓系细胞的异质性群体，可抑制抗肿瘤免疫调节，积累免疫抑制性MDSCs，通过促进肿瘤增殖、积累，募集并协助形成转移前生态位[22]。有报道MDSCs 水平较高，易迁移到肿瘤部位和外周淋巴器官，与转移性乳腺癌有关，因此与患者预后不良相关[23]。

3 NLRP3 炎症小体的双向调节机制

炎症小体成分参与不同的生理和病理过程，其在癌症中的作用是双重的。

3.1 NLRP3 炎症小体加速肿瘤进展炎症小体作为桥接慢性炎症、致癌和肿瘤进展的物质，其通过增强癌症干细胞、MDSCs、转移EMT 和血管生成以及抑制细胞凋亡来加速肿瘤进展[24]。从机制上来说，NLRP3 炎症小体的激活通过IL-1β 诱导MDSCs 的扩增和激活来促进慢性炎症发展。MDSCs 是在慢性炎症条件下诱导的发育迟缓的中性粒细胞和单核细胞，其通过表达免疫调节受体（如PD-L1）或分泌分子（如TGF-β 或IL-10）表现出有效的免疫抑制特性，最终抑制T 细胞和NK细胞活性[25]。在乳腺癌进程中，通过细胞因子和趋化因子（如IL-6、G-CSF 和CCL2）的信号传导增加而使MDSC 群体扩大[26]，且IL-1β 是这些细胞因子的有效诱导剂，提示IL-1β 可能介导了免疫抑制机制[27]，且有学者为了评估NLRP3 炎症小体在乳腺癌中的作用，将小鼠转移髓质乳腺癌细胞系E0771 原位植入野生型（WT）和NLRP3 缺陷小鼠，其相关数据表明NLRP3 炎症小体对乳腺癌起促进肿瘤进展作用[28]。

3.2 NLRP3 炎症小体限制肿瘤细胞存活

3.2.1 NLRP3 炎症小体通过细胞焦亡途径限制肿瘤细胞存活 NLRP3 炎症小体可以通过支持肿瘤抑制因子和免疫反应以及通过细胞焦亡途径来限制肿瘤细胞存活。半胱天冬酶-1 在被NLRP3 炎症小体激活后，能够蛋白水解切割消皮素D（Gasdermin D，GSDMD）。Gasdermins（GSDMs）由以下成员组成：GSDMA，GSDMB，GSDMC，GSDMD，GSDME 和DFNB90，其具有焦亡诱导活性[29]。细胞焦亡是意味着细胞程序性死亡，具有高度促炎性，最早在受细菌感染或细菌毒素处理后的巨噬细胞中观察到的细胞程序死亡，在很长一段时间内一直被误认为是一种巨噬细胞特异的、依赖于能够切割IL-1β 的促炎性蛋白酶Caspase-1 的细胞死亡。然而后续的研究发现，胞浆内模式识别受体识别病原体来源的模式分子或者机体本身来源的危险信号分子形成炎症小体，招募和激活Caspase-1 导致细胞焦亡。需要强调的是，焦亡死亡是一种程序性细胞死亡的炎症形式，其特征是细胞肿胀和破裂、裂解、核凝聚、DNA 片段化以及IL-1β 和IL-18 泄漏，从而加剧细胞外空间的炎症反应[30]。焦亡诱导高迁移率蛋白B1（High morbility group box-1 protein，HMGB1）、IL-1α 和三磷酸腺苷（ATP）等DAMPs 释放，从而促进局部免疫应答[31]。这些分子参与多种类型的癌症，并有助于炎症小体激活致癌潜力[32]。

3.2.2 NLRP3 炎症小体通过影响肿瘤微环境限制肿瘤细胞存活 肿瘤微环境、组织类型和细胞类型参与确定癌基因和肿瘤抑制因子行为。MDSCs 是在癌症中发挥有效免疫抑制作用的胃髓前体，在MDSCs中靶向NLRP3 可以克服肿瘤诱导的耐受性[33]。Papafragkos 等[33]证实NLRP3 炎症小体缺乏的小鼠表现出肿瘤生长减缓，并诱导强大的抗肿瘤免疫，这伴随着强大的抗肿瘤免疫和MDSC 隔室的重新排列。来自NLRP3-/-的单核细胞和粒细胞亚群小鼠失去了抑制T 细胞活化和增殖的能力，并表现出明显的转录组改变和支持功能丧失，并与代谢重新编程有关。值得注意的是，NLRP3 炎症小体的治疗靶向抑制了肿瘤的发展并重新编程了MDSC 区室，靶向MDSCs 中的NLRP3 可以克服肿瘤诱导的耐磨性，揭示了机制有助于为癌症免疫治疗提供新的检查点及为患者开发出新的治疗机会。

4 NLRP3 炎症小体应用于乳腺癌的治疗效果

4.1 与NLRP3 炎症小体相关的各种抑制剂通过体外研究和动物模型中的体内实验可以揭示通过NLRP3 炎症小体途径的各种抑制剂对乳腺癌的治疗获益。

4.1.1 抑制剂直接靶向NLRP3 蛋白 患者罹患乳腺癌后，化疗和放疗是一线治疗选择，直接靶向NLRP3 蛋白的抑制剂已被证明通过免疫系统能够促进化疗和放疗的成功[34，35]。结果表明，化疗后垂死的肿瘤细胞释放的ATP 可以作用于P2X7 嘌呤能受体（P2RX7，NLRP3 炎症小体最有效的激活剂）并触发炎症小体的激活。有研究发现与携带正常等位基因的个体相比，蒽环类药物治疗的携带P2RX7 功能丧失等位基因的乳腺癌患者易迅速发生转移性疾病[36]。

4.1.2 抑制剂靶向NLRP3 炎症小体的成分和产物 吉西他滨（Gem）和5-氟尿嘧啶（5-FU）激活NLRP3 炎症小体，随后产生IL-1β 和树突状细胞，从而降低化疗药物的疗效[37]。在同系免疫功能小鼠模型中，P2RX7 的激活联合抗PD-1 治疗可使肿瘤消退，然后出现免疫记忆应答[38]。

4.2 基因治疗许多炎症性疾病可以通过靶向NLRP3 炎症小体来进行治疗，通过CRISPR/Cas9 基因编辑，可以在基因组水平上直接消融NLRP3，基于阳离子脂质辅助纳米颗粒（CLAN）mCas9/gNLRP3能够剂量依赖性地破坏宏观调控的NLRP3[39]。Xu等[40]的一项研究使用CLANs 检测了Cas9 mRNA和RNA 进入巨噬细胞。为了抑制NLRP3 炎症小体在巨噬细胞中的激活，将mCas9 和gRNA 封装在mCas9 中，然后通过使用CLAN 封装mCas9 和gRNA 靶向NLRP3，从而破坏巨噬细胞的NLRP3，抑制NLRP3 炎症小体响应不同刺激的激活。CLANmCas9/gNLRP3 可减轻脂多糖诱导的感染性休克和MSU 诱导的腹膜炎患者静脉给药后的急性炎症反应。CRISPR/Cas9 可以通过CLANs 载体传递到巨噬细胞，以治疗NLRP3 依赖性炎症性疾病[41]。通过基因编辑靶向NLRP3 炎症小体，有可能为乳腺癌的治疗提供新思路。

4.3 中医药通过影响STAT 家族介导炎症反应对乳腺癌的治疗效果STAT 家族是一组DNA 结合蛋白，含有SH2 功能域，具有信号转导和转录因子的作用，它可以被细胞因子、生长因子、趋化因子和酪氨酸受体及其同源配体等激活，其活化后，磷酸化和二聚化的STAT 进入细胞核，促进靶基因的转录和表达，从而调节各种细胞代谢过程[42]。Choudhury 等[43]通过研究发现，参与炎症反应的NF-κB 在诱导NLRP3 蛋白合成中起着至关重要的作用。An 等[44]的研究表明，信号转导和转录激活因子3（STAT3）是介导炎症反应的重要分子，可由多种因子激活，进而在胞内编码一系列炎症相关蛋白，并促进这些蛋白的释放，增强炎症反应。

4.3.1 黄酮类药物抑制乳腺癌TM 40D 细胞增殖 黄酮类化合物影响STAT 磷酸化，从而抑制细胞发展。藤茶等植物含有二氢杨梅素等有效黄酮类化合物成分，具有抗炎、抗突变、抗肿瘤等药理活性，通过降低c-Jun 氨基末端激酶（JNK）及STAT3 蛋白相对表达量，抑制JNK/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的信号转导，表明二氢杨梅素可抑制乳腺癌TM 40D 细胞增殖[45]。

4.3.2 其他中医药成分影响肿瘤细胞发展 木脂素类化合物主要通过抑制STAT 磷酸化，降低细胞耐药性，通过干预STAT 下游因子MMP、c-Myc 的表达影响肿瘤细胞发展。多糖主要可抑制STAT mRNA 的表达，抑制癌细胞生长。丹参酮及隐丹参酮是丹参中重要的醌类提取物，其主要对STAT4蛋白醌类化合物（丹参酮及隐丹参酮等）起作用，通过对STAT4 蛋白的上调，干预细胞免疫，影响肿瘤发展[46]。

以上多数研究目前尚处于实验阶段，未进行临床实验，仍需不断研究、探索、改善。中医药作为我国瑰宝，在治疗乳腺癌过程中发挥的作用不可忽视，相关研究表明[47]，通过NLRP3 炎症小体途径的各种抑制剂及其相关的中药汤剂、中药制剂等中医疗法治疗乳腺癌能够增强疗效，有较多临床随机对照实验结果作为依据。同时从中医辨证论治角度分析，给予患者个体化中医治疗，对乳腺癌患者大有裨益。

5 小结与展望

NLRP3 炎症小体相关药物治疗为大多数乳腺癌患者带来了希望，具有很大的发展潜力，但对于乳腺癌患者，临床医师应当结合患者的情况，对NLRP3 炎症小体相关药物治疗效果进行预测，实施个性化治疗方案。希望未来更多学者关注NLRP3炎症小体相关药物治疗乳腺癌的临床疗效，制定相关指南和药效预测量表，规范临床治疗。同时，应积极对NLRP3 炎症小体相关机制进行更深入的探讨，并重视新药研发以及新治疗策略的研究，为乳腺癌的临床治疗提供参考。