NLRP3介导的上皮细胞焦亡参与了嗜酸性粒细胞和中性粒细胞哮喘患者的气道高反应性

哮喘合并嗜酸性粒细胞与中性粒细胞双重炎症的气道高反应性机制研究。通过前瞻性队列和体外/体内模型发现NLRP3/GSDMD/IL-1β信号通路增强，驱动上皮细胞焦死亡和粒细胞炎症，加重小气道功能障碍。NLRP3敲除及GSDMD抑制显著降低IL-1β释放，缓解气道高反应性。sputum NLRP3和IL-1β可作为疾病进展生物标志物。

　　

摘要

背景

气道高反应性（AHR）是哮喘发病机制的重要组成部分，然而针对该症状的靶向治疗方法仍然有限，尤其是在同时存在嗜酸性粒细胞和中性粒细胞（EOS⁺NEU⁺）炎症的情况下。

目的

研究NOD样受体蛋白3（NLRP3）信号通路在EOS⁺NEU⁺型哮喘相关气道高反应性中的作用。

方法

我们前瞻性地招募了48名哮喘患者，并将其与8名健康对照组进行配对。根据诱导的痰液中的2型炎症标志物，将这些哮喘患者分为非嗜酸性粒细胞型（non-EOS）、无中性粒细胞的嗜酸性粒细胞型（EOS⁺NEU^?）以及EOS⁺NEU⁺型哮喘。我们分析了患者的大气道和小气道功能、炎症标志物以及NLRP3的表达情况。同时，利用体内和体外模型来研究抑制NLRP3（使用MCC950或基因敲除）、Gasdermin D（GSDMD）（通过双硫仑处理或基因沉默）以及白细胞介素（IL）-1β信号通路（IL-1R敲除）对气道高反应性的影响。

结果

与EOS⁺NEU^?型炎症患者相比，EOS⁺NEU⁺型炎症患者的痰液中嗜酸性粒细胞和中性粒细胞数量更高。所有哮喘亚组的大气道和小气道功能均较对照组有所下降，且这种下降趋势从non-EOS型逐渐恶化为EOS⁺NEU^?型，再到EOS⁺NEU⁺型。痰液中的NLRP3和IL-1β水平在各个哮喘亚组中逐渐升高，并与FeNO及痰液中的嗜酸性粒细胞数量呈正相关；同时，NLRP3与中性粒细胞数量呈正相关，但与肺功能呈负相关。此外，EOS⁺NEU⁺型小鼠的NLRP3和IL-1β水平高于EOS⁺NEU^?型小鼠，且其小气道功能更差。在体外模拟EOS⁺NEU⁺型炎症的实验中，IL-13与IL-17 A共同作用可激活NLRP3，上调GSDMD的N端（NT）结构，导致人支气管上皮细胞形成孔洞，并释放IL-1β和乳酸脱氢酶（LDH），这表明上皮细胞发生了焦亡现象，这种效应比单独使用IL-13或IL-17 A更为明显。在体内实验中，NLRP3敲除能够抑制GSDMD-NT和IL-1β的活性，从而缓解气道高反应性。无论是体内还是体外实验，抑制或沉默GSDMD都能减少IL-1β和LDH的释放，进而减轻气道高反应性；而IL-1R敲除则能降低气道平滑肌的张力，同样有助于改善气道高反应性。

结论

与non-EOS型和EOS⁺NEU^?型哮喘相比，EOS⁺NEU⁺型哮喘患者的气道高反应性更为严重。EOS⁺NEU⁺型哮喘中增强的NLRP3/GSDMD/IL-1β信号通路通过引发上皮细胞焦亡和粒细胞炎症，导致更严重的气道高反应性。针对NLRP3/GSDMD/IL-1β信号通路具有治疗潜力，其中痰液中的NLRP3和IL-1β水平可作为评估疾病进展风险的有希望的生物标志物。

临床试验注册

ChiCTR2500104677。

背景

气道高反应性（AHR）是哮喘发病机制的关键因素，但目前针对这种炎症的靶向治疗方法仍然有限，尤其是在嗜酸性粒细胞和中性粒细胞（EOS⁺NEU⁺）共同作用的情况下。

目的

研究NOD样受体蛋白3（NLRP3）信号通路在EOS⁺NEU⁺型哮喘相关气道高反应性中的作用。

方法

我们前瞻性地招募了48名哮喘患者，并将其与8名健康对照组进行配对。根据诱导的痰液中的2型炎症标志物，将这些哮喘患者分为非嗜酸性粒细胞型（non-EOS）、无中性粒细胞的嗜酸性粒细胞型（EOS⁺NEU^?）以及EOS⁺NEU⁺型哮喘。我们分析了患者的大气道和小气道功能、炎症标志物以及NLRP3的表达情况。同时，利用体内和体外模型来研究抑制NLRP3（使用MCC950或基因敲除）、Gasdermin D（GSDMD）（通过双硫仑处理或基因沉默）以及白细胞介素（IL）-1β信号通路（IL-1R敲除）对气道高反应性的影响。

结果

与EOS⁺NEU^?型炎症患者相比，EOS⁺NEU⁺型炎症患者的痰液中嗜酸性粒细胞和中性粒细胞数量更高。所有哮喘亚组的大气道和小气道功能均较对照组有所下降，且这种下降趋势从non-EOS型逐渐恶化为EOS⁺NEU^?型，再到EOS⁺NEU⁺型。痰液中的NLRP3和IL-1β水平在各个哮喘亚组中逐渐升高，并与FeNO及痰液中的嗜酸性粒细胞数量呈正相关；同时，NLRP3与中性粒细胞数量呈正相关，但与肺功能呈负相关。此外，EOS⁺NEU⁺型小鼠的NLRP3和IL-1β水平高于EOS⁺NEU^?型小鼠，且其小气道功能更差。在体外模拟EOS⁺NEU⁺型炎症的实验中，IL-13与IL-17 A共同作用可激活NLRP3，上调GSDMD的N端（NT）结构，导致人支气管上皮细胞形成孔洞，并释放IL-1β和乳酸脱氢酶（LDH），这表明上皮细胞发生了焦亡现象，这种效应比单独使用IL-13或IL-17 A更为明显。在体内实验中，NLRP3敲除能够抑制GSDMD-NT和IL-1β的活性，从而缓解气道高反应性。无论是体内还是体外实验，抑制或沉默GSDMD都能减少IL-1β和LDH的释放，进而减轻气道高反应性；而IL-1R敲除则能降低气道平滑肌的张力，同样有助于改善气道高反应性。

结论

与non-EOS型和EOS⁺NEU^?型哮喘相比，EOS⁺NEU⁺型哮喘患者的气道高反应性更为严重。EOS⁺NEU⁺型哮喘中增强的NLRP3/GSDMD/IL-1β信号通路通过引发上皮细胞焦亡和粒细胞炎症，导致更严重的气道高反应性。针对NLRP3/GSDMD/IL-1β信号通路具有治疗潜力，其中痰液中的NLRP3和IL-1β水平可作为评估疾病进展风险的有希望的生物标志物。

临床试验注册

ChiCTR2500104677。