核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD樣受體（NLRs）研究進(jìn)展

李奕平 王瀟

免疫應(yīng)答主要分為先天性免疫和獲得性免疫。與獲得性免疫系統(tǒng)相比，先天免疫不需要基因重組，它的多樣性依賴于若干先天免疫基因，它們的接合變異型編碼在宿主基因組中［1］。先天免疫可以對病原體作出快速應(yīng)答，并起防御第一道防線的作用。先天免疫系統(tǒng)通過模式識別受體（Patten recagnition receptors，PRRs）識別病原體，模式識別受體可以檢測到保守的微生物成分——病原體相關(guān)分子模式（Pathogen associatedmoleculal patterns，PAMPs）。先天免疫系統(tǒng)由幾種模式識別受體組成，包括Toll樣 受 體（Toll-like receptors，TLRs），NOD樣 受 體（NOD-like receptors，NLRs）和RIG-1樣受體（RIG-1like receptors，RLRs）。TLRs在細(xì)胞表面和核內(nèi)體識別細(xì)菌，而NLRs 和RLRs在細(xì)胞溶質(zhì)中檢測細(xì)菌成分。哺乳動(dòng)物TLRs可以感受細(xì)胞表面及核體中由細(xì)菌引起和自身配體引起的大量炎癥。近期的研究發(fā)現(xiàn)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NLRs可以在細(xì)胞內(nèi)識別PAMPs。這一細(xì)胞溶質(zhì)PRRs的發(fā)現(xiàn)說明一些回避胞外檢測的細(xì)菌在宿主細(xì)胞溶質(zhì)中可被另一條識別路線所識別［2-4］。

1 NLR家族

NLR蛋白家族是細(xì)胞內(nèi)PRRs中的一個(gè)大家族，這類蛋白質(zhì)的特征是帶有一個(gè)被稱作NACHT（或NBD/NOD）的中央寡聚化結(jié)構(gòu)域［5］。NLRs是哺乳動(dòng)物先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)受體，檢測病原體和組織損傷引起的內(nèi)因性分子加工。這個(gè)家族也被稱為CATERPILLER，NOD，NACHTLRR或NOD樣受體［6］。NLRs蛋白家族中，蛋白質(zhì)的一般結(jié)構(gòu)域包括一個(gè)N末端效應(yīng)器結(jié)合區(qū)域，這一區(qū)域由蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域組成，如半胱天冬酶補(bǔ)充結(jié)構(gòu)域（CARD），熱蛋白結(jié)構(gòu)域（PYD）和桿狀病毒抑制重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域。此外，還有一個(gè)中央NOD結(jié)構(gòu)域和大量C末端富含亮氨酸重復(fù)序列，中央NOD結(jié)構(gòu)域?qū)怂峤Y(jié)合和自我寡聚化非常重要，而C末端富含亮氨酸重復(fù)序列用來檢測保守的微生物模式和調(diào)節(jié)NLR活性［7-9］。

NLR蛋白是一個(gè)多樣的蛋白質(zhì)家族，以N末端結(jié)構(gòu)域?yàn)榛A(chǔ)，NLRs可以分成3個(gè)亞家族，也被稱 CARD-containing NODs、PYD-containing NALPs和BIR-containing NAIPs［2］。NLRs 涉及多種信號通路的激活，對各種各樣的微生物群體具有特異性，從而控制宿主——病原體的交流。NLRs與其同源激動(dòng)劑的結(jié)合可以啟動(dòng)一個(gè)信號級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB）的上流調(diào)節(jié)和促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。不同于大多數(shù)PRMs，NLRs是細(xì)胞內(nèi)微生物傳感器，在宿主細(xì)胞質(zhì)隔間中識別確定的微生物產(chǎn)物。

NLR蛋白的激活導(dǎo)致由NF-κB、MAPK或半胱氨酸天冬氨酸酶激活介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)［10］，連同其家族分泌物也與炎癥疾病有關(guān)，說明這些分子在維持宿主-病原體相互作用和炎癥反應(yīng)中有重要作用。因此，理解NLR的信號對各種各樣傳染性和炎癥性疾病的治療性干預(yù)很重要。迄今為止，已經(jīng)知道可識別細(xì)菌的細(xì)胞壁成分，IPAF 和NAIP識別細(xì)菌的鞭毛蛋白，NALP1顯示可檢測炭疽致死毒素［7］。這里，我們主要討論NOD1和NOD2的識別途徑以及與炎性疾病的關(guān)系。

2 NOD1與NOD2

NOD1和NOD2蛋白是哺乳動(dòng)物NLR家族中最先發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞內(nèi)微生物傳感器，它們都是NLRs家族CARD亞家族中的成員，NOD1包含一個(gè)單一CARD結(jié)構(gòu)域，NOD2在N末端包含兩個(gè)CARD結(jié)構(gòu)域［8］。

細(xì)菌通過它們細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和肽聚糖（PG）層的厚度被分為革蘭色陽性和革蘭氏陰性菌，革蘭色陽性菌肽聚糖層厚，革蘭色陰性菌肽聚糖層薄。NOD1和NOD2蛋白可識別細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖（PG）成分，但是其識別的基序是不一樣的。NOD1識別N-乙酰葡糖胺胞壁酸二糖，其識別的最小的成分是g-D-glutamyl-meso-DAP，與一個(gè)末端氨基酸是中央二氨基庚二酸（mDAP）的三肽結(jié)合，mDAP是多數(shù)革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的成分（11）。人類NOD1對肽聚糖三肽結(jié)構(gòu)的識別是高度特異的，連接在mDAP上的一個(gè)附加氨基酸就可以使NOD1對這種細(xì)菌產(chǎn)物的檢測失效。此外，肽聚糖基序的識別具有寄主專一性，如人的NOD1識別L-alanine-g-D-glutamatemeso-DAP，而鼠科的NOD1特異性識別四肽結(jié)構(gòu)L-alanine-D-glutamate-meso-DAP-D-alanine 基序［11，12］。

NOD2可識別胞壁酰二肽（MDP），胞壁酰二肽的組成元素為NAM-L-Ala-D-Glu，是一種革蘭氏陰性菌、陽性菌細(xì)菌肽聚糖共有的成分，這說明NOD2可抵御多種細(xì)菌。NOD2可以從大量革蘭氏陽性和革蘭氏陰性熱殺細(xì)菌和細(xì)菌提取物中感受肽聚糖。細(xì)菌MDP可以釋放，且在細(xì)胞壁通過細(xì)菌水解酶作用生物合成時(shí)，或通過宿主溶解酶素降解攝取的細(xì)菌后，易于靠近 NOD2［11，13］。NOD2對某些機(jī)體有特異性，并不是所有含有大量肽聚糖成分的細(xì)菌種類都有強(qiáng)烈的NOD2刺激活動(dòng)。NOD2配體識別具有立體專一性，如被NOD2識別的是MDP-LD，而不是MDP-LL 或MDP-DD形式。

3 NOD1和NOD2與炎性疾病

在NOD蛋白應(yīng)答細(xì)菌和細(xì)菌產(chǎn)物作用的研究中發(fā)現(xiàn)，NF-κB激活是這些蛋白產(chǎn)生促炎功能的重要途徑。NF-κB一旦被激活，NOD1 和NOD2通過CARD-CARD 相互作用補(bǔ)充 Rip2［14］，Rip2是一個(gè)絲氨酸——蘇氨酸激酶。有試驗(yàn)證明依賴NOD1 和NOD2的NF-κB激活在缺乏Rip2的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中被消除，但在添加Rip2之后會(huì)恢復(fù)，證明了NOD1 和NOD2信號通路下游中Rip2的作用。Rip2的齊聚反應(yīng)導(dǎo)致κB激酶復(fù)合體的激活，隨后釋放，同時(shí)激活NF-κB的核轉(zhuǎn)位。NOD2的激活同樣誘導(dǎo)NEMO的泛素化，這個(gè)過程與推動(dòng)特殊NF-κB應(yīng)答有關(guān)。

除了NF-κB途徑，NOD1和NOD2還可以激活其他先天免疫反應(yīng)。例如，NOD2的NACHT和LRR在與線粒體外膜蛋白MAVS的聯(lián)系中是非常重要的［15］，MAVS是一個(gè)與先天免疫應(yīng)答RNA病毒有關(guān)的銜接蛋白，MAVS復(fù)合體刺激IRF的激活，誘導(dǎo)類型1 IFN應(yīng)答［16］。NOD2與MAVS的相互作用誘導(dǎo)IRF3的激活和IFNβ的產(chǎn)生。此外，通過一種依賴TBK1和IKKε的機(jī)制，NOD1和NOD2的激活可以誘導(dǎo)含RIP2 和TRAF3的蛋白復(fù)合體的形成，導(dǎo)致IRF7的激活和IFNβ的感應(yīng)。事實(shí)上，由幽門螺旋桿菌引起的感染可以通過一種依賴NOD1和NOD2的機(jī)制激活一個(gè)類型1 IFN應(yīng)答，導(dǎo)致Stat1激活和進(jìn)一步的細(xì)菌裝載的清除［15，17］。

NOD1 和NOD2還可以增強(qiáng)自我吞噬作用，自我吞噬是通過溶酶體介導(dǎo)的破壞過程，是細(xì)胞內(nèi)微生物移除的一個(gè)重要過程［18-20］。NOD1 和 NOD2激動(dòng)劑可以誘導(dǎo)體外和體內(nèi)的自我吞噬作用。NOD1和NOD2蛋白都可與ATG16L1相互作用，且都與ATG16L1 共集中在細(xì)胞質(zhì)膜上［15，20］，ATG16L1 是類泛素系統(tǒng)的重要組成，類泛素系統(tǒng)在自噬體的形成中很重要。NOD1通過自我吞噬限制細(xì)菌裝載，用Shigella flexneri感染之后，缺乏NOD1的細(xì)胞與野生型細(xì)胞相比，細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌含量更高［20］。

基因中編碼NOD1 和NOD2的遺傳多態(tài)性被越來越多的與慢性炎性疾病聯(lián)系起來。NOD1和NOD2在炎性疾病中的潛在作用已經(jīng)通過一系列動(dòng)物模型的調(diào)查揭示出來。

許多活體內(nèi)的研究已證明NOD1和NOD2在宿主防御中的作用。例如，NOD1 和 NOD2都能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)病原體肺炎衣原體從肺中的清除。Nod1-/-和Nod2-/-的老鼠會(huì)延遲清除肺部細(xì)菌且iNOS的表達(dá)及NO的產(chǎn)生有缺陷，說明NOD1 和 NOD2可識別C.pneumoniae。NOD1與宿主抵御多種病原菌聯(lián)系在一起，肽聚糖的成分meso-DAP（NOD1激動(dòng)劑）可以通過NOD1激活人體上皮細(xì)胞來分泌抗菌因子和細(xì)胞因子［21］。同樣，NOD2能檢測細(xì)胞外的細(xì)菌如金黃色葡萄球菌和細(xì)胞內(nèi)的原生動(dòng)物如剛地弓形蟲，被認(rèn)為是宿主免疫的重要分子。

許多研究證明，缺乏TLRs的腸細(xì)胞中致病菌的識別依賴NOD1的激活，與NOD2相比，在人感染革蘭氏陰性腸原桿菌的單層上皮細(xì)胞中，NOD1對激活NF-κB是必要的“儲(chǔ)備機(jī)制”，這種腸原桿菌可以逃避TLR的感應(yīng)。NOD1也可充當(dāng)NOD2的儲(chǔ)備。例如，在缺乏NOD2的巨噬細(xì)胞中，NOD1激動(dòng)劑完全有能力刺激細(xì)胞因子如TNFα和IL-6的分泌，誘導(dǎo) NF-κB 和 MAPK 激活［10，22］。

NOD2的表達(dá)可使膜上皮細(xì)胞對細(xì)菌產(chǎn)物敏感，增強(qiáng)趨化細(xì)胞因子IL-8和防御素的釋放［22］。缺乏NOD2的老鼠的對cytoinvasive Listeriamonocytogenes引起的口腔感染高度易感。因而，在維持腸道屏障功能，抵御細(xì)胞病原體完整性時(shí)，NOD2被認(rèn)為充當(dāng)了分子哨兵的作用［23，24］。

越來越多的研究表明NOD1 和NOD2信號的異常會(huì)引起或造成各種各樣的人類疾病。遺傳研究表明，一些NOD2變體與克隆式疾?。–D）的易感性有關(guān)［25］，CD是人類慢性復(fù)發(fā)緩解型炎癥性腸病，特征是回腸末端內(nèi)部特殊的穿壁性炎癥，以間斷的方式影響整個(gè)腸胃［23，25］。常見的NOD2突變的個(gè)體純合子或混合雜合子有大約20倍的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)［26］，而雜合個(gè)體只有兩倍的風(fēng)險(xiǎn)。生物化學(xué)和功能研究顯示，人類與CD相關(guān)的NOD2變體在應(yīng)答MDP時(shí)激活NF-κB的能力會(huì)下降或缺失，但對LPS激活仍維持正常應(yīng)答［27，28］。此外，從CD病人中分離出的單核細(xì)胞或健康個(gè)體的純合子、常見NOD2突變的混合雜合子在MDP刺激后，TNFα、IL-6、IL-10和 IL-1β等炎性細(xì)胞因子的分泌減少。與CD相關(guān)的NOD2突變在MDP識別的選擇性損傷中可引起功能失活的表現(xiàn)型。

NOD2編碼基因的錯(cuò)義突變還與Blau綜合征的發(fā)病有關(guān)［26］。Blau綜合征是一種常染色體顯性遺傳病，臨床上主要表現(xiàn)為不依賴病原微生物刺激的無菌性炎癥，其發(fā)病相關(guān)基因位于16號染色體，與NOD2基因相鄰NOD2編碼基因的錯(cuò)義突變引起NF-κB持續(xù)活化，導(dǎo)致炎癥的產(chǎn)生［29］。此外，NOD2多態(tài)性與EOS綜合征的發(fā)病也有關(guān)系［30］，EOS在許多情況下可引起嚴(yán)重的并發(fā)癥，如破壞性的關(guān)節(jié)病或失明，EOS綜合征與Blau綜合征遺傳病理相同，均是由于CARD15突變引起NF-κB激活［30，31］。

4 展望

過去幾年里在對NLR蛋白功能的理解中取得了顯著進(jìn)展。一些NLR蛋白介導(dǎo)宿主對病原體感應(yīng)器的應(yīng)答，可以在病原體入侵期間調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)。NLR信號引起NF-κB，MAPK和caspase-1的激活，從而引起炎性細(xì)胞因子，趨化因子和抗菌分子的感應(yīng)。迄今為止，NOD1 和 NOD2是NLR家族蛋白中研究得最深入的。關(guān)于這些蛋白的試驗(yàn)研究給我們提供了在宿主抵御和炎性疾病中這些先天免疫蛋白多種作用的理解。

然而，許多關(guān)于NLR蛋白功能的問題還沒有解決。調(diào)節(jié)NOD1/NOD2活性的細(xì)胞機(jī)理仍有待研究，同樣，一些下游與NOD信號復(fù)合體有關(guān)的事件如NF-κB，應(yīng)力激酶，IFN應(yīng)答，自我吞噬和其他過程的激活也有待研究。重要的是，NOD1 和 NOD2藥理學(xué)調(diào)制的治療方法大部分仍未開發(fā)。其中一個(gè)關(guān)鍵問題是NOD1 或 NOD2的活性是否可以被有效的抑制而不會(huì)對宿主抵御內(nèi)源性微生物和病原微生物造成過度損傷。除此之外，還有許多問題有待解決，如NOD1和NOD2之間是否存在相互作用；它們與其他天然免疫受體又通過怎樣的作用機(jī)制共同調(diào)節(jié)天然免疫和特異性免疫。對這些問題的回答將為我們研究人類抗感染、抗腫瘤和探索相關(guān)疾病的防治提供新的切入點(diǎn)。

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