NLRP3炎性小体在抑郁症与糖尿病共病中的作用及其机制研究

NLRP3炎性小体在抑郁症与糖尿病共病中的作用及其机制研究研究背景与目的:随着经济发展日趋迅猛、社会变革不断深化以及生活节奏显著加快,现代人类所承载的压力和挑战空前强大。长期、慢性的应激暴露会给人们的身心健康带来巨大威胁,引发心血管、代谢、消化以及神经精神系统的多种慢性疾病。慢性非传染性疾病已经成为构成全球疾病负担的主要因素。最近的全球疾病负担研究（Globalburdenofdisease,GBD）榜单中,抑郁障碍和糖尿病高居第三和第四（仅次于未区分病因的腰痛与头痛）;在中国,二者则名列第二和第六,且仍呈逐年攀升态势。更紧迫的是,这两类疾病存在高度共病,严重影响患者的诊疗进程和生活质量。近年来,关于二者之间关联的讨论与研究,已然成为了领域内的关注热点,但目前机制仍不明确。系列研究表明,慢性低活度炎症反应是多种慢性疾病发生发展的共同通路,包括IL-1β（Interleukin-1β）在内的多种炎性细胞因子在其中扮演了重要角色。据报道,IL-1β可以通过内质网应激、线粒体应激等多种途径损伤胰岛B细胞,导致后者坏死及凋亡,胰岛素分泌减少。再者,IL-1β还能通过促进IRS1（Insulinreceptorsubstrate1）蛋白丝氨酸磷酸化,在脂肪组织、肝脏等重要代谢靶器官中诱发胰岛素抵抗,由此参与T1DM和T2DM（Type1/2DiabetesMellitus）的发病机制。此外,IL-1β等促炎细胞因子也可以通过激活HPA（Hypothalamic-pituitary-adrenal）轴、扰乱犬尿氨酸代谢通路、促进谷氨酸兴奋毒性以及影响神经可塑性等途径,从而参与抑郁症的发生和发展。临床研究还证实,抑郁症患者较健康志愿者血液和脑脊液IL-1β含量升高,且抗抑郁药物可使其显著降低。实际上,IL-1β的成熟活化需要经过特异性转化酶（Caspase-1）的剪切,而后者是构成炎性小体复合结构的关键组分。在炎性小体的众多类型中,NLRP3（NACHT,LRRandPYDdomains-containingprotein3）炎性小体较为重要,在固有免疫系统中发挥抗感染的作用。然而,如其被过度激活,可能会引发系统性炎症级联反应,从而导致疾病的发生。最近的研究表明,糖尿病患者和抑郁症患者的循环血免疫细胞中均发现了NLRP3炎性小体的高表达。包括本课题组在内的更进一步的研究发现,糖皮质激素、高血糖、高血脂等应激或代谢危险信号能够激活NLRP3炎性小体。这不禁引发了我们的思考:以NLRP3炎性小体激活为核心的慢性低活度炎症反应,可能正是抑郁症、糖尿病等应激、代谢疾病之间联系的关键枢纽。为验证这一推测,我们力求在动物和细胞实验中阐明抑郁症与糖尿病共病的具体机制,并据此提供防治靶点,预期结果将为抑郁症与糖尿病的诊疗贡献新思路,对研发针对性药物、探索高效防治策略、减轻疾病负担具有重要的社会意义和经济价值。研究方法:（一）慢性应激诱发小鼠抑郁样行为及NLRP3炎性小体的作用采用为期12周的慢性应激（本课题为慢性不可预见性轻度应激,CUMS）构建小鼠抑郁模型,测定血清皮质酮及炎性因子水平;应用炎性小体抑制剂格列本脲及抗抑郁药物氟西汀进行干预,观察小鼠行为学及炎症指标改善情况;随后检测模型小鼠海马区胶质细胞激活情况;最后,检测海马区NLRP3炎性小体的激活及其可能机制。（二）抑郁模型小鼠共病糖代谢紊乱及NLRP3炎性小体的作用检测抑郁模型小鼠的多项糖代谢指标,评估胰岛素抵抗及胰岛分泌功能;检测海马组织的胰岛素信号通路;观察胰岛组织的结构和功能,分析异常的可能原因,并进一步检测胰岛组织中炎症细胞的浸润情况;对比海马区的活化机制,检测胰腺组织NLRP3炎性小体的表达与激活情况。（三）高糖环境激活小鼠NLRP3炎性小体在体外构建高浓度葡萄糖环境,观察小鼠小胶质细胞（BV-2）NLRP3炎性小体的激活情况;随后,分别测定上游第一信号（TLR4/MyD88/NF-κB）及第二信号（ROS/PKR/P₂X₇R/TXNIP）等相关通路的激活情况,并使用特异性信号通路抑制剂进行干预,确认高糖活化炎性小体的具体机制;最后,选取目前最高效的NLRP3炎性小体特异性抑制剂MCC950,对比分析其对于高糖模型中炎性小体的抑制作用。（四）糖尿病模型小鼠共病抑郁样行为及NLRP3炎性小体的作用通过单次大剂量腹腔注射STZ构建小鼠糖尿病（高血糖）模型,检测模型小鼠抑郁相关行为学指标;应用MCC950对模型小鼠进行干预,并评估干预效果;测定模型小鼠血清皮质酮及炎性因子水平;最后,对小鼠海马区胶质细胞及炎性小体激活情况进行检测与分析。研究结果:（一）慢性应激诱发小鼠抑郁样行为1、为期12周的慢性应激（CUMS）诱发小鼠呈现抑郁样行为,给予格列本脲或氟西汀干预均能有效缓解。2、CUMS诱发小鼠HPA轴过度激活及相关炎症反应,格列本脲可显著改善。3、CUMS诱发海马区小胶质细胞激活,格列本脲及氟西汀干预效果不明显;星形胶质细胞未见明显改变。4、CUMS可能通过上调TXNIP的表达,诱发海马区NLRP3炎性小体活化及IL-1β产生,格列本脲及氟西汀均可抑制该过程。（二）抑郁模型小鼠共病糖代谢紊乱1、CUMS诱导的抑郁模型小鼠呈现胰岛素分泌和耐量异常,空腹血胰岛素浓度升高,格列本脲可减轻胰岛素耐量受损。2、CUMS诱导的抑郁模型小鼠海马区胰岛素信号通路异常,AKT1磷酸化（Ser473）水平受抑制,格列本脲对此具有改善作用。3、CUMS可以降低胰岛组织中胰岛B细胞占比,格列本脲与氟西汀均对其有保护作用。4、CUMS促进F4/80阳性巨噬细胞在胰岛组织异常聚积,格列本脲可以明显改善。5、与中枢神经系统类似,CUMS可能通过上调TXNIP,诱发胰腺组织NLRP3炎性小体活化及IL-1β产生,格列本脲及氟西汀干预对其均有抑制作用。（三）高糖环境激活小鼠NLRP3炎性小体1、体外高浓度葡萄糖环境（50mM）能够激活小鼠小胶质细胞（BV-2）NLRP3炎性小体,促进IL-1β的合成与分泌,此过程不依赖于渗透压的升高。2、体外高糖环境不依赖于经典的TLR4/MyD88信号通路,诱发炎性小体激活第一信号关键分子NF-κBp65亚基磷酸化。3、NF-κB特异性抑制剂能有效阻断高糖诱导的NLRP3炎性小体激活及IL-1β产生。4、体外高糖环境可以促进炎性小体激活第二信号关键分子ROS生成及PKR磷酸化,上调P₂X₇R及TXNIP的表达。5、PKR或P₂X₇R特异性抑制剂均可阻断高糖诱导的NLRP3炎性小体激活及IL-1β产生。6、ROS清除剂可以有效抑制PKR磷酸化及TXNIP表达,并阻断高糖诱导的NLRP3炎性小体激活及IL-1β产生,但不能改变P₂X₇R的表达。7、新型特异性抑制剂MCC950可以高效阻断高糖诱导的NLRP3炎性小体激活及IL-1β产生。（四）糖尿病模型小鼠共病抑郁样行为1、单次腹腔注射STZ通过损伤胰岛B细胞构建小鼠糖尿病（高血糖）模型,炎性小体抑制剂MCC950对血糖影响不显著。2、STZ诱导的高血糖模型小鼠呈现抑郁样行为,MCC950可有效缓解。3、STZ诱导的高血糖模型小鼠血清IL-1β浓度升高,MCC950可显著改善。4、STZ诱导的高血糖模型小鼠海马区小胶质细胞激活,MCC950具有抑制作用;星形胶质细胞未见明显异常。5、STZ诱导的高血糖模型小鼠海马区NLRP3炎性小体激活,IL-1β表达增加,MCC950具有高效抑制作用。结论:综上所述,慢性应激可以系统性激活NLRP3炎性小体,进而诱发小鼠抑郁样行为共病糖代谢紊乱;高浓度葡萄糖环境能够激活小胶质细胞中的NLRP3炎性