Nlrp3炎症小体在勃起功能障碍中的研究进展

摘要：勃起功能障碍(ED)是男性常见疾病之一，其诱因十分复杂，涉及神经、血管、内分泌系统甚至心理因素，严重危害世界男性的生理和心理健康。nlrp3炎症小体是免疫系统中的细胞内传感器，能够通过催化半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（caspase-1）进而产生白细胞介素1β（IL-1β）和 白介素18（IL-18）等炎症因子，参与多种细胞炎症的焦亡过程中。同时，nlrp3炎症小体还与血管，内分泌等疾病的成因有关。许多研究表明，nlrp3炎症小体与勃起功能障碍发生发展息息相关，但具体机制仍在探究中。研究nlrp3炎症小体有助于发现勃起功能障碍的新机制，发掘新的靶点以及为治疗勃起功能障碍提供新方向。本文就nlrp3炎症小体的结构和激活因素；nlrp3炎症小体与勃起功能障碍关系；nlrp3炎症小体治疗的研究进展进行如下综述。

关键词：炎症小体、nlrp3炎症小体、勃起功能障碍

一、Nlrp3炎症小体

Nlrp3炎症小体是核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族中最具特色的成员之一。Nlrp3能够与细胞内的凋亡相关斑点样蛋白（接头蛋白ASC）、caspase-1组合形成蛋白复合体—nlrp3炎症小体[1]。作为先天免疫中的传感器，激活NLRP3 炎症小体需要以下两个步骤: ①启动信号，通过核因子 NF-KB 途径使nlrp3 炎症小体和 IL-1β 的前体转录; ②激活信号，微生物或者危险相关分子模式直接激活炎症小体[2]。激活NLRP3炎症小体的因素目前有四种假说：1、离子跨膜移动；2、活性氧类( ROS)刺激作用[3]；3、胆固醇晶体、尿酸晶体等刺激；4、微生物毒素[4]。

当nlrp3炎症小体激活后，会改变其构型，从而将结构内的caspase-1前体催化激活，形成成熟caspase-1，成熟caspase-1能将无活性的促炎细胞因子 IL-1β和 IL-18 的前体剪切加工，成为成熟的 IL-1β和 IL-18，参与接下来的细胞炎症反应和焦亡中。许多研究都表明，nlrp3炎症小体的激活导致IL-1β和IL-18活化可能是阿尔兹海默病、糖尿病、动脉粥样硬化、勃起功能障碍等多种疾病发生发展的共同致病因素。同时，IL-18作为一种重要的促炎症因子，可诱导肿瘤坏死因子α、IL-1β和其他早期炎症因子的表达。IL-18可通过影响下游单核细胞的功能来促进阴茎组织的损伤和勃起功能障碍。许多研究发现，ED患者的IL-18表达水平升高，从而促进其下游炎症信号通路的激活。最终促进阴茎海绵体的炎症破坏。IL-18还可以通过炎症级联反应进一步诱导下游趋化因子的分泌表达，并吸引趋化因子到感染部位，进一步加剧炎症反应的程度[5]。与其他炎症小体不同，nlrp3炎症小体是炎症反应和代谢性疾病联系的核心，能够被多种代谢信号激活并进一步调节响应各种危险信号分子IL-1β、IL-18和caspase-1的激活及释放，对于勃起功能障碍的机制研究、新靶点治疗有着重要研究意义。

二、Nlrp3炎症小体与勃起功能障碍关系

勃起功能障碍（ED）是一种男性常见疾病，常表现为阻止男性达到或维持正常勃起，以完成满意的性交。正常的阴茎勃起过程是多系统参与的，由性刺激触发神经冲动，冲动传播到阴茎，刺激阴茎海绵体中的一氧化氮合酶催化释放一氧化氮。一氧化氮又能激活鸟苷酸环化酶，将三磷酸鸟苷转化为 cGMP。随后，cGMP 激活下游通路，导致海绵体平滑肌细胞胞质内的Ca2 + 浓度降低，从而阴茎海绵体血管充血，阴茎勃起。ED根据病因可分为心理性ED、器质性ED、混合性ED。其中大多数患者都能找到器质性病因，器质性病变中又以血管性病因最为常见[6]。依据不同病因，目前有许多治疗方法如心理性ED可进行心理疏导，帮助患者打开心结，战胜内心恐惧感，引导其正确认识性及性生活。器质性及混合性ED大多采取针对性治疗包括包皮环切术、植入假体或阴茎背部神经阻断治疗，加以辅助药物治疗如5型磷酸二酯酶抑制剂—西地那非。但多数治疗效果患者不满意，或者治疗一段时间后发现易复发，所以针对ED的病因研究及其新的靶向药物的研究就显得尤为重要。许多研究发现，ED的疾病的发生发展与多种疾病相关，诸如高血压、糖尿病、高脂血症、性腺功能减退等[7]。Chen ZB等研究发现，ED大鼠模型中阴茎海绵体出现纤维化和焦亡，同时，还检测出nlrp3炎症小体的表达增加及NO表达受抑制[8]，强烈提示了ED与细胞焦亡之间的关系。而nlrp3炎症小体在细胞内表达往往会出现细胞焦亡。同时在nlrp3炎症小体的激活因素中就包括高脂血症，当血液中胆固醇含量增高时，胆固醇晶体会被巨噬细胞吞入细胞内，降低巨噬细胞内溶酶体膜的稳定性，使溶酶体膜通透性增加，其内的组蛋白释放到细胞质，从而激活nlrp3炎症小体。而另一方面，在许多研究中，nlrp3炎症小体被证实能破坏血管内皮细胞，从而引起一系列血管性疾病如动脉粥样硬化、冠心病、心肌病等[9]。Zhu B[10]等人的研究揭示了高脂血症、nlrp3炎症小体、ED之间的联系：高脂血症刺激nlrp3炎症小体表达，nlrp3炎症小体通过细胞焦亡途径破坏阴茎海绵体血管内皮从而引起ED的发生。具体高脂血症激活nlrp3炎症小体导致ED的机制还需实验验证。

三、Nlrp3炎症小体治疗的研究进展

（1）西地那非作为5型磷酸二酯酶抑制剂(PDE5抑制剂)，具有很强的抗氧化性。常用于男性勃起功能障碍的一般治疗中。Zhu B[10]等人在西地那非作用于勃起功能障碍模型大鼠的研究中发现：应用西地那非后，模型大鼠的勃起功能有所改善，nlrp3、caspase-1表达下降，同时还观察到大鼠的内皮一氧化氮合酶表达增加。据此，Zhu B等人发现了西地那非治疗勃起功能的新机制：西地那非通过抑制阴茎海绵体内nlrp3炎症小体及caspase-1的表达来改善了勃起功能障碍。然而西地那非抑制能nlrp3炎症小体的具体信号通路仍在探究中。

目前对于nlrp3炎症小体的特异性抑制药物相继研发出来如MCC950[11]和Arglabin[12]，都是选择性抑制nlrp3，从而减少 IL-1β和 IL-18释放而发挥作用。虽然都是通过抑制nlrp3炎症小体发挥作用，但二者发挥抑制作用的机制不同。

（2）Coll Rebecca C[13]等人发现，若想nlrp3炎症小体发挥生理作用，需要同时满足以下两点情况：1、nlrp3炎症小体处于激活状态；2、nlrp3炎症小体需要与ATP结合。二者缺一不可。研究发现MCC950能特异性识别激活态nlrp3炎症小体的Walker B位点，使nlrp3激活结构解开，减少激活的nlrp3炎症小体数量。此外，MCC950还能维持非激活态的nlrp3炎症小体。其他研究表明，若nlrp3想与ATP结合，需要nlrp3呈现激活结构以及维持足够数量的激活结构。故MCC950通过抑制nlrp3炎症小体的激活构象以及阻止nlrp3炎症小体与ATP结合，而抑制nlrp3炎症小体发挥作用。这一点，Wang H团队已经在小鼠心肌细胞中证实了应用MCC950能通过抑制nlrp3炎症小体的表达从而治疗心脏肥大[14]。而对于MCC950在阴茎海绵体勃起功能障碍的效果仍在研究中。

（3）Arglabin作为一种天然化合物，属于一种愈创木内酯半萜内酯，分子由5个相邻立体中心环烷环构成，具有抗炎抗肿瘤的活性。研究发现Arglabin能抑制nlrp3炎症小体主要从以下几个方向[15]：1、Arglabin通过减少促炎症因子，主要是抑制nlrp3炎症小体的最终产物IL-1β来发挥作用；2、Arglabin可以减少胆固醇对nlrp3炎症小体的激活作用，Arglabin通过抑制法尼基转移酶(farnesyltransferase)减少体内胆固醇的水平，除此之外还发现Arglabin可以通过抑制肠道吸收，来降低血浆中的胆固醇和甘油三酯水平。而血液中的胆固醇水平直接刺激nlrp3炎症小体的表达，故Arglabin可以通过这两种途径减少甘油三酯含量，抑制nlrp3炎症小体的激活。3、Arglabin还能影响巨噬细胞对于nlrp3炎症小体的激活作用，Abderrazak A等人发现，Arglabin能改变巨噬细胞的构型，使其从促炎症的表型转变为抗炎症的表型，使巨噬细胞不再参与nlrp3炎症小体的表达过程，从巨噬细胞层面抑制nlrp3炎症小体。

除了这两种专门针对nlrp3研发的药物，一些传统上治疗心血管系统、内分泌系统的药物也发现有抑制nlrp3炎症小体的作用：

（4）阿托伐他汀作为HMG-CoA还原酶抑制剂[16]，由于其降脂作用被广泛应用于临床治疗高脂血症等疾病。Liu P等人发现阿托伐他汀在小鼠体内，可以通过抑制核因子NF-KB途径来抑制nlrp3炎症小体的表达，抑制IL-1β表达以及炎症的发生。核因子NF-KB是nlrp3炎症小体的上游通路，一些启动信号能通过激活NF-KB从而增加nlrp3的表达，启动细胞炎症反应和焦亡。另一方面，阿托伐他汀还能减少胆固醇晶体如血液中TC、LDL、HDL对nlrp3炎症小体的刺激作用。此外，阿托伐他汀还可以增强阴茎海绵体内皮细胞一氧化氮合酶的活性，提高一氧化氮的含量，而一氧化氮在阴茎海绵体血管中具有舒张作用。阿托伐他汀还可以通过抗氧化作用，抑制氧自由基对一氧化氮的分解作用来进一步提高一氧化氮的生物活性来治疗勃起功能障碍。

（5）别嘌呤醇(ALLO)作为黄嘌呤氧化酶抑制剂，常用于降低血液中尿酸含量，治疗痛风等疾病[17]。Foresto-Neto O等人的研究发现，别嘌呤醇能抑制nlrp3炎症小体表达。黄嘌呤氧化酶可将细胞内的黄嘌呤转化为尿酸，其过程中也能产生活性氧。而前文说过，尿酸和活性氧能刺激nlrp3炎症小体的表达。故别嘌呤醇通过抑制黄嘌呤氧化酶的作用，从而减少尿酸及活性氧的含量，从而抑制了nlrp3炎症小体的表达。此外，还发现别嘌呤醇抑制nlrp3炎症小体的过程中NF-KB表达没有变化，也许抑制过程并不涉及核因子NF-KB途径，据推测可能是别嘌呤醇选择性抑制了巨噬细胞与nlrp3炎症小体的联系，从而避开NF-KB途径对nlrp3炎症小体的刺激作用。具体是否通过巨噬细胞发挥作用还需实验验证。

（6）富马酸二甲酯是美国食物及药物管理局批准的用于治疗多发性硬化症的有效药物。许多研究发现，富马酸二甲酯能激活Nrf2/Ho-1的表达，而Nrf2/Ho-1在生物体内发挥着抗氧化应激和维持细胞活性的作用[18]。Song G等人的研究发现，富马酸二甲酯可通过促进阴茎海绵体中Nrf2/Ho-1的表达来抑制活性氧的含量，从而抑制活性氧对于nlrp3炎症小体的激活作用，来改善大鼠勃起功能障碍[19]。

对于Nlrp3炎症小体在其它系统的最新研究也可以为治疗勃起功能障碍提供了新思路。

（7）二氢杨梅素(DHM)是一种从蛇葡萄中提取的酚羟基双氢黄酮类化合物，常用于治疗与炎症和氧化应激损伤相关的疾病.刘明华等人的研究发现DHM可以通过Sirt3途径抑制nlrp3的表达，从而改善血管内皮的损害[20]，同时DHM还能保护胞内线粒体功能，维持细胞的稳定结构。DHM对于治疗勃起功能障碍有着极大的研究潜力。

（8）OLT1177作为β-璜酰基腈化合物，因为其具有抑制nlrp3炎症小体的作用，同时血药浓度低，对人体危害小等特点被广泛研究。OLT1177抑制nlrp3炎症小体的机制为：1、OLT1177既能抑制nlrp3与ASC相互作用，同时还能抑制nlrp3与caspase-1相互作用。阻止nlrp3炎症小体的活性结构的形成。2、OLT1177还能抑制ATP酶的活性从而阻止nlrp3炎症小体活化[21]。Fang Mei等人研究发现OLT1177在脑血管系统中能通过抑制nlrp3炎症小体表达来治疗脑出血[22]。Fang Mei等人在诱导脑出血的小鼠模型中，腹腔内注射OLT1177，浓度为200mg/kg，连续治疗3天。发现应用OLT1177组小鼠脑出血症状改善的同时伴随nlrp3炎症小体表达降低。此外他们还发现OLT1177通过抑制小胶质细胞来抑制nlrp3的表达。对于OLT1177在阴茎海绵体勃起功能障碍方面的治疗作用值得研究。

四、总结与展望

近年来，勃起功能障碍的发病率逐年上升，已经严重危害人类身心健康。故对于其机制的研究显得尤为重要。而nlrp3炎症小体作为固有免疫的重要组成部分，不管是在勃起功能障碍的病因，还是病情发展过程中都深度参与。本文旨在总结最近几年的文章，探讨nlrp3炎症小体的结构和激活因素，分析nlrp3炎症小体与勃起功能障碍的关系，总结针对nlrp3炎症小体抑制药物的研究进展。为勃起功能障碍寻找新靶点，新药物，为治疗勃起功能障碍提供新思路。

参考文献：

[1] Guarda G，Zenger M，Yazdi AS，et al． Differential expression of Nlrp3 among hematopoietic cells［J］． J Immunol，2011，186( 4) :2529-2534.

[2] Franchi L,Munoz-Planillo R,Nunez G.Sensing and reacting to microbes through the inflammasomes［J］．Nat Immunol,2012,13 (4) : 325-332.

[3] Wang H, Ding X G, Li S W, et al. Role of oxidative stress in surgical cavernous nerve injury in a rat model[J]. Journal of Neuroscience Research, 2015, 93(6): 922-929.

[4] Yu HB，Finlay BB． The caspase-1 inflammasome: a pilot of innate immune responses［J］． Cell Host Microbe，2008,4(3) : 198-208.

[5] Akimova T, Zhang T, Christensen LM, et al. Obesity-related IL18 impairs T-regulatory cell function and promotes lung ischemiareperfusion injury. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(9):1060–1074

[6] 郭玉刚 , 马超 . 高脂血症大鼠阴茎海绵体细胞中 VEGF 及 H2S 含量的变化对勃起功能的影响 [J]. 黑龙江医药科学 ,2017,40(06):47-49.

[7] Zhang X，Yang B，Li N，et al． Prevalence and risk factors for erectile dysfunction in Chinese adult males［J］． J Sex Med，2017，14 (10):1201-1208．

[8] Chen ZB，Li G，Lin H，et al． Low androgen status inhibits erectile function by increasing pyroptosis in rat corpus cavernosum［J］．Andrology，2021，9( 4) : 1264-1274．

[9] Zeng C，Duan F，Hu J，etal.Nlrp3 inflammasome-medi-ated pyroptosis contributes to the pathogenesis of non-ischemic dilated cardiomyopathy［J］.Redox Biol，2020，34：101523

[10]Zhu B, Niu Y, Niu L, et al. Exploring the application of sildenafil for high-fat diet-induced erectile dysfunction based on interleukin-18-mediated NLRP3/Caspase-1 signaling pathway[J]. Sexual Medicine, 2023, 11(4): qfad044.

[11]Danbin W ,Yefei C ,Yingxin S , et al.  Target of MCC950 in Inhibition of NLRP3 Inflammasome Activation: a Literature Review. [J].  Inflammation,  2020,  43  (1):  17-23.

[12]Khushboo B ,Singh V D A ,Kumar V V , et al.  PS-B06-2: IN VIVO MYOCARDIAL EFFECTS OF INTRAPERITONEAL ARGLABIN VIA NLPR3 INFLAMMASOME AND MAPK/IKKB;/NFKB PATHWAYS [J].  Journal of Hypertension,  2023,  41  (Suppl 1):  e367-.

[13]MCC950 directly targets the NLRP3 ATP-hydrolysis motif for inflammasome inhibition.[J]. Coll Rebecca C;;Hill James R;;Day Christopher J;;Zamoshnikova Alina;;Boucher Dave;;Massey Nicholas L;;Chitty Jessica L;;Fraser James A;;Jennings Michael P;;Robertson Avril A B;;Schroder Kate.Nature chemical biology,2019

[14]Wang H,Sun X,Hodge HS,et al.NLRP3 inhibition im-proves heart function in GPER knockout mice[J].Biochem Biophys Res Commun,2019,514(3);998-1003

[15]Abderrazak A, Couchie D, Mahmood D F D, et al. Anti-inflammatory and antiatherogenic effects of the NLRP3 inflammasome inhibitor arglabin in ApoE2. Ki mice fed a high-fat diet[J]. Circulation, 2015, 131(12): 1061-1070.

[16]Liu P, Gao Q, Guan L, et al. Atorvastatin attenuates surgery-induced BBB disruption and cognitive impairment partly by suppressing NF-κB pathway and NLRP3 inflammasome activation in aged mice[J]. Acta Biochimica et Biophysica Sinica, 2021, 53(5): 528-537.

[17]Foresto-Neto O, Ávila V F, Arias S C A, et al. NLRP3 inflammasome inhibition ameliorates tubulointerstitial injury in the remnant kidney model[J]. Laboratory investigation, 2018, 98(6): 773-782.

[18]Szepanowski F, Donaldson D M, Hartung H P, et al. Dimethyl fumarate accelerates peripheral nerve regeneration via activation of the anti-inflammatory and cytoprotective Nrf2/HO-1 signaling pathway[J]. Acta neuropathologica, 2017, 133: 489-491.

[19]Song G, Wang J, Liu J, et al. Dimethyl fumarate ameliorates erectile dysfunction in bilateral cavernous nerve injury rats by inhibiting oxidative stress and NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis of nerve via activation of Nrf2/HO-1 signaling pathway[J]. Redox Biology, 2023, 68: 102938.

[20]刘明华, 申卉, 汪小兰, 周曦, 张婷. 二氢杨梅素通过Sirt3抑制NLRP3炎性小体活性改善血管内皮细胞损伤[J]. 陆军军医大学学报, 2023, 45 (09): 964-974.

[21]Marchetti, Carlo, et al. "OLT1177, a β-sulfonyl nitrile compound, safe in humans, inhibits the NLRP3 inflammasome and reverses the metabolic cost of inflammation." Proceedings of the National Academy of Sciences 115.7 (2018): E1530-E1539.

[22]Fang, Mei, et al. "The NLRP3 inhibitor, OLT1177 attenuates brain injury in experimental intracerebral hemorrhage." International Immunopharmacology 131 (2024): 111869.