炎症小体（inflammasome）是由细胞质内模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）参与组装的多蛋白质复合物，其分子质量大约为700 kDa。炎症小体的概念最早由Martinon等在2002年提出，其种类、结构、功能等得到广泛研究。牙周炎（periodontitis）是由牙周致病菌及其毒性成分所引起的细菌性炎性疾病，细胞外刺激信号结合细胞表面Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）或细胞内核苷酸结合寡聚化结构域样受体（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor，NLR）引发机体固有免疫反应（innate immunity），炎症小体组分应答刺激信号而组装，而后使半胱氨酸天冬氨酸酶1前体蛋白（procaspase-1）裂解为成熟的半胱氨酸天冬氨酸酶1（caspase-1）。
caspase-1在细胞内诱导促炎因子（proinflammatory factor）白细胞介素（interleukin，IL）-1β等的活化，并且介导细胞焦亡。由炎症小体途径引发的固有免疫反应对炎症的进展过程具有重要作用。
1. 炎症小体的组成和分类
典型的炎症小体是由NLR或肝再生增强因子（augmenter of liver regenration，ALR）、凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）以及提供核心的酶活性的pro-caspase-1组成的复合物。NLR是一种PRR，存在于细胞质，组成成分有3种：富含亮氨酸的重复序列（leucine rich repeat，LRR）、核苷酸结合寡聚化结构域NACHT以及半胱天冬酶招募结合域CARD或（和）热蛋白结构域PYD。
ALR包含2个特征性结构域（PYD和HIN-200）。目前已知的炎症小体包括NLRP1、NLRP2、NLRP3、NLRC4、NLRP6、NLRP12和AIM2等，这些炎症小体所包含的受体蛋白不同。不同类型的刺激可以诱导组成不同种类的炎症小体。关于NLRP2的研究较少，但目前认为其抑制了NLRP3-ASC的反应。NLRP6被核因子（nuclear factor，NF）-κB和caspase-1活化，被定义为促炎信号转导的危险因素，且与自身平衡性或保护性分子信号有关。NLRP1、NLRP3、NLRP4及AIM2在炎症中的作用被较多描述。
1.1 炎症小体NLRP1
炎症小体NLRP1是最早被描述的炎症小体，多数在淋巴器官中表达，但不在B淋巴细胞存在的区域表达。NLRP1的氨基端结构域为PYD，羧基端结构域由FIINDS和CARD结构域组成，LRR和NACHT结构域存在于中间位置。其中，CARD结构域可活化caspase-5，并可独立完成与caspase-1的结合，不需要ASC介导，最终会导致细胞死亡。Kaushal等研究发现，在人类神经元中，炎症小体NLRP1可调节由caspase-1介导的caspase-6活化，说明NLRP1还可存在于除免疫器官以外的组织细胞中。
1.2 炎症小体NLRP3
炎症小体NLRP3目前的研究较为深入，分布于未角化层状鳞状上皮、移行上皮细胞中等，在微生物致病机制中具有特征性反应。上皮细胞可迅速对入侵的病原体的刺激产生应答，形成以NACHT结构域为中心的炎症小体，引发固有免疫反应。外界刺激物或宿主内部成分作为病原相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern）和损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern）作用于细胞，被细胞质中NLRP3的羧基端的LRR识别，并将信号传递给氨基端PYD结构域，从而向下游信号分子传递。
1.3 炎症小体NLRC4
炎症小体NLRC4的特征性结构域与NLRP3的不同之处在于氨基端的CARD结构域。Eibl等的研究表明，NLRC4具有与其他类型炎症小体相似的PYD结构域，但不与ASC结合。Jounai等的研究发现，在正常生理条件和侵袭性细菌感染情况下，NLRC4受体可结合自噬基因Beclin 1的保守结构域。通过RNA干扰抑制NLRC4蛋白质的翻译，上调细胞自噬表达程度，增强了细胞对A组链球菌的细胞自噬性杀菌作用。此外，NLRC4与C类液泡蛋白分选复合体（the class C vacuolar proteinsorting complex）结合后，将成为导致自噬过程表达下调的负性调节因子，对自噬小体及核内体活化作用减弱。
1.4 炎症小体AIM2
炎症小体AIM2是典型的非NLR蛋白家族炎症小体，聚集了多个结合位点。AIM2的组成方式是其HIN结构域首先与细菌、病毒或宿主的细胞质双链DNA（double-stranded，dsDNA）结合，而后组件成分聚集，活化下游信号产生促炎因子，诱导细胞死亡。Adamczak等选用胚胎大脑皮层神经元进行促炎反应实验，首次证实了中枢神经系统中炎症小体AIM2蛋白质的表达。其在细胞核中集聚形成蛋白质复合体，并首次确定细胞焦亡是神经元死亡的一种机制。
2. 炎症小体的活化和调控
炎症小体的活化需要2种信号分子，第一信号由TLR接受细菌脂多糖（lipopolysaccharide）、mRNA等病原相关分子模式的刺激，经髓样分化因子（myeloid differentiation factor，MyD）88等衔接蛋白分子信号传递，使NF-κB核转位，基因表达产生pro-caspase-1和IL-1β。第二信号由内源性三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、活性氧等损伤相关分子模式介导，促进炎症小体各蛋白质成分的聚集。目前提出，由细胞膜上的P2X7通道蛋白等介导的活性氧产生可诱导炎症小体NLRP3产生。
炎症进展期，炎症小体的过度活化会导致促炎因子的持续表达。一方面，机体本身为维持免疫反应的平衡，将抑制炎症小体成分的聚集。能够与炎症小体结构域成分结合的蛋白质分子可在炎症小体组装时竞争性结合相应成分，使信号中断，从而抑制固有免疫反应的进行。
有报道显示，在炎症小体形成的第一信号通路中，NLRP10对NF-κB的抑制作用减少了IL mRNA的转录，使IL-1β水平大幅度减低。此外，干扰素及效应性、记忆性T细胞等也可以在转录和翻译等不同水平上抑制炎症小体活化或IL的产生。
另一方面，细菌、病毒等病原体也可对炎症小体产生负调控。致病菌逃避炎症小体的识别机制主要为病原相关分子模式表达水平下调。研究证实，假结核耶尔森菌（Yersinia pseudotuberculosis）分泌的毒力因子可干扰炎症小体对病原相关分子模式的识别作用，从而抑制炎症小体的活化。
3. 炎症小体介导的细胞死亡模式
在炎症小体的活化过程中，病原相关分子模式和损伤相关分子模式的来源可能是细胞死亡释放出的细胞器及与其相关的生化成分等，说明炎症小体与各种细胞死亡模式之间存在密切的关系。由炎症小体引发的细胞死亡模式主要是细胞焦亡，这种方式主要依赖于炎症小体所介导的caspase-1的活化作用而存在。即caspase-1不仅可以促进IL-1β、IL-18的成熟，也可以介导细胞的炎性坏死。具体表现为核酸酶水解DNA片段化，caspase-1介导钙离子流入细胞，活化ATP释放通道蛋白，形成细胞膜孔隙，细胞胀大，细胞膜破裂，细胞质外溢。此外，也有研究表明，NLRP3可通过ASC上调caspase-8介导的细胞凋亡作用，以及可促进人类成骨细胞中尿酸盐结晶的细胞自噬作用等。
4. 炎症小体与牙周炎
4.1 炎症小体与牙周组织损伤
牙周炎是由多种因素引起的牙周支持组织的慢性炎性破坏性疾病，最初牙龈受到侵犯产生牙龈炎，而后向深层蔓延至牙周膜、牙槽骨和牙骨质，发展为牙周炎。caspase-1活化后可导致细胞膜表面产生孔隙，细胞质流出，细胞焦亡。同时，促炎因子IL-1β等被切割成熟后释放到细胞外产生致炎作用，主要包括诱导白细胞的驱化作用，产生对组织的双重作用，增加基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的产生，导致结缔组织破坏，以及促进前列腺素（prostaglandin，PG）E2的产生，从而使破骨细胞增多，加重破骨性骨吸收等。
Xue等对比健康牙周组织、慢性牙周炎牙周组织及广泛型侵袭性牙周炎组织标本中的炎症小体表达水平后得出结论，NLRP1在牙周炎组织标本中几乎不表达，NLRP3在牙周炎组织标本中的含量较在健康牙周组织中更高，AIM2在慢性牙周炎组织中的含量比在健康牙周组织和广泛型侵袭性牙周炎组织中更高。Yamaguchi等首次证实了NLRC5基因的多态性可能作为一种生物标志物存在于易罹患慢性牙周炎人群的遗传物质之中。在不同程度和类型的牙周疾病组织中，细胞内的炎症小体组成种类不同，提示不同炎症小体的功能不同。
4.2 炎症小体与牙周致病菌
菌斑生物膜是牙周炎的始动因素，主要包括牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）、伴放线放线杆菌（Actinobacillus actinomycetemcomitans）等十余种致病菌。菌斑侵袭牙周组织后引起机体的炎症反应，此时IL-1β和IL-18等促炎因子表达。不同于龈上菌斑在引发组织产生IL的过程中的正相关性，龈下菌斑有双重作用，当菌斑聚集程度较低时，IL的分泌增加；当聚菌斑集程度较高时，IL的分泌水平下降至对照组水平。
4.2.1 牙龈卟啉单胞菌
牙龈卟啉单胞菌是牙周病最主要的致病菌之一，其菌体、脂多糖、菌毛、蛋白酶和牙龈素等均可引发炎症的产生，并可同时伴随多种相关系统性疾病的发生。多项研究表明，牙龈卟啉单胞菌具有调节固有免疫反应的双重机制。Belibasakis等研究了在牙周病组织中，龈下菌斑生物膜对牙龈纤维中的NLRP3和IL-1β的产生有下调作用，而牙龈卟啉单胞菌很可能是其中的关键细菌。这种下调作用可产生免疫逃逸，使得菌斑生物膜可以在牙周组织中存留。此后Zupin等用动物实验证明，牙龈卟啉单胞菌感染的NLRP3基因缺陷型鼠，其颌骨吸收程度和炎症因子表达程度较野生型轻。由此得出结论，牙龈卟啉单胞菌通过NLRP3活化了固有免疫细胞。此项研究首次证明了牙龈卟啉单胞菌通过NLRP3促进牙周疾病的发展。
牙龈卟啉单胞菌在感染牙龈上皮细胞导致炎症发生的机制中，由于病原体本身缺少第二信号传递的能力，阻滞了炎症小体下游而非其本身成分的多重信号通路的传导，抑制了IL-1β及IL-18的释放。同时也可减弱具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）的促细胞死亡作用。因此，内生危险信号（如ATP等）通过ATP-/P2X7-信号对炎症小体及caspase-1的活化是必不可少的。Morandini等研究证明，在巨噬细胞中，牙龈卟啉单胞菌的菌毛蛋白可通过抑制P2X7受体下调ATP介导的IL-1β分泌水平。
4.2.2 伴放线放线杆菌
除牙龈卟啉单胞菌外，对其他致病菌在炎症小体方面的研究较少。伴放线放线杆菌是侵袭性牙周炎的常见致病菌，不仅引发牙周组织产生炎症，亦可造成其他系统性疾病的发生，如心内膜炎、动脉粥样硬化斑块、败血症、肺炎等。Belibasakis等将伴放线放线杆菌D7SS野生型菌株同促白细胞毒素释放基因、细胞致死性肿胀毒素基因敲除的变异菌株分别感染人类单核细胞，结果各组NLRP3、IL-1β和IL-18表达上调，而NLRP6表达下调，但NLRP1、NLRP2、AIM2、caspase-1表达水平不变。
牙周致病菌可进入全身血液循环，可刺激内皮细胞释放单核细胞趋化蛋白（monocyte chemoattractant protein，MCP）-1，调节单核细胞跨内皮迁移，并使其在内膜下分化为巨噬细胞。Okinaga等在RAW264细胞中研究伴放线放线杆菌的刺激作用，发现其可使NLRP3表达上调，同时可通过活性氧和组织蛋白酶B引发IL-1β的表达，但此过程不经过NLRP3/caspase-1通道。
5. 结束语
炎症小体参与固有免疫反应，应答内外源信号活化后产生IL，从而引发炎症反应。炎症小体在各种细胞中的表达类型及其在免疫监视、防御、清除机制中的作用不尽相同，在牙周疾病及与牙周炎相关的慢性系统性疾病中有重要作用。牙周组织被破坏后，致病菌及其毒性成分可随外周血液循环到达各器官组织。由此猜想相关致病菌（如牙龈卟啉单胞菌等）可穿过血脑屏障引起神经细胞等的炎症小体形成，从而引发神经系统退行性变类系统性疾病，造成人体器官的严重伤害。
血红素加氧酶-1是一种存在于细胞质内的酶，也是内生性细胞保护性酶，其产物具有抗氧化及抗炎作用。Li等首次证实了血红素加氧酶-1可抑制牙龈上皮细胞中脂质体对炎症小体的活化作用，同时阻滞促炎NF-κB的核转位。因此，竞争性抑制炎症小体组分的形成和聚集，或阻滞炎症小体活化通路中的信号传递，将有可能成为治疗牙周炎及其相关疾病的新方向。
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