NLRX1相關(guān)機制研究進展*

黨 贏,王小燕，師建平,劉 鈺,張 鎖

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學研究生學院(呼和浩特 010110)，2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學中醫(yī)學院(呼和浩特 010110)

主題詞 @NLRX1 @ROS 炎癥 自噬/相關(guān)蛋白質(zhì)類 細胞凋亡

NLR家族受體可以被外源性的危險信號和內(nèi)源性的危險信號識別并激活，通過調(diào)節(jié)下游多個信號轉(zhuǎn)導途徑[2]，調(diào)節(jié)機體的多種生命活動[3]，維持機體正常生命活動。NLRX1(Nucleotide binding domain and leucine rich repeat containing family member X1)也被稱為NOD5、NOD9、NOD26、DLNB26，是一種重要的模式識別受體，屬于NLR家族成員之一。據(jù)相關(guān)報道，它是第一個位于線粒體中的蛋白質(zhì)，它在調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、促進ROS生成、線粒體損傷、細胞自噬、細胞凋亡等方面起著重要的作用[4]，并且與許多疾病的發(fā)生，發(fā)展，變化密切相關(guān)，由于NLRX1的相關(guān)作用機制仍然不明確，研究領(lǐng)域較為廣泛，依然是近年來的一個研究熱點。

1 NLRX1的基本結(jié)構(gòu)

人類的NLRX1基因位于11號染色體上，編碼1008個氨基酸，保守功能極高，在鑒別病原微生物方面起著重要作用[1]。NLRX1作為NLR家族的成員之一，與其他成員的結(jié)構(gòu)不同，NLRX1的氮端包含一個線粒體定位序列，這使它成為第一個定位于線粒體的NLR，沒有氮終端效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，它被39個氨基酸殘基的線粒體靶向序列所取代，使NLRX1位于線粒體外膜中，在線粒體的定向傳遞中起著重要的作用。但是對于NLRX1的定位目前還存在爭議，Unger BL等在研究呼吸道上皮細胞的屏障功能時顯示NLRX-1主要表達于細胞質(zhì)和頂端表面而不是線粒體中，研究結(jié)果表明一種新穎的RV誘導屏障破壞機制涉及NLRX-1和線粒體ROS，并且NLRX-1在RV感染后易位至線粒體[5]。

Hong等用X射線晶體學實驗對純化的NLRX1碳端重組片段(cNLRX1)進行了分析，發(fā)現(xiàn)NLRX1的LRR結(jié)構(gòu)域由三部分組成，包括氮端螺旋結(jié)構(gòu)(LRRNT) ,中心LRR基序(LRRM)和碳端三螺旋束結(jié)構(gòu)(LRRCT)[6]。也發(fā)現(xiàn)了NLRX1分子不同于其他分子位于線粒體外膜的碳端(cNLRX1，殘留629-975)是一個亮氨酸重復(LRR)，可分為三個部分：氮端螺旋結(jié)構(gòu)包含兩個OT螺旋域，中央重復模塊和三螺旋結(jié)構(gòu)的C端。通過由NLRX1單體形成兩個聚合物介導的相互作用，通過氮介導的分子間相互作用形成三聚體的完整的六聚合物蛋白可以直接激活NLRX1結(jié)合的侵入病毒RNA。碳末端LRR在NLRX1形成六聚體蛋白和配體激活識別中起著重要的作用。在NLRX1序列中，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NODNAD)位于NLRX1的表面，可以形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)自聚體與其它分子如線粒體反應(yīng)，與線粒體抗病毒信號分子(MAVS)相互作用，并且負反饋參與調(diào)節(jié)下游炎癥信號通路[7]。

2 NLRX1的分布與定位

NLRX1作為模式識別受體NLRs家族成員之一，廣泛分布于各種生物中[8]，在人體中，主要分布于人體各種組織細胞中，特別是在肌肉、心臟、乳腺等高能量代謝和強代謝的組織中，其分布特征也表明它與線粒體能量代謝密切相關(guān)。NLRX1在細胞內(nèi)定位存在一定的爭議，有學者認為NLRX1定位于線粒體外膜并與MAVS相互作用形成復合物，并且定位于線粒體膜基質(zhì)，其與內(nèi)膜呼吸鏈復合物III 緊密相關(guān)；也有學者認為NLRX1存在于細胞質(zhì)中和調(diào)節(jié)激酶(IKK)的活動中，上述研究結(jié)果與NLRX1的不同作用功能有關(guān)，是其在不同的細胞內(nèi)定位、監(jiān)管的信號轉(zhuǎn)導通路不同的反映。

3 NLRX1的功能

3.1 固有免疫 NLRX1是一種免疫調(diào)節(jié)分子，先天免疫可以識別病原微生物入侵機體的早期階段，誘導機體產(chǎn)生適應(yīng)性的免疫應(yīng)答過程。其主要是通過TLRs識別病原體相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular pattems，PAMps)和LRR識別損傷相關(guān)分子模式(Damage associated molecular pattern，DAMPs)[9-13]，IFN-I的激活，包括IFNβ、IFN-α和IFNω，通過干擾素受體進一步誘導相關(guān)基因的表達，進而調(diào)節(jié)細胞的代謝、營養(yǎng)、凋亡等過程，并且直接清除病原體，進一步形成免疫記憶。有動物實驗研究表明NLRX1是炎癥性腸炎(IBD)期間粘膜炎癥，代謝和腸道微生物組之間相互作用的候選調(diào)節(jié)劑[14]。

模式識別受體主要有三種：TLRs(Toll樣受體，TLRs)，RLRs(RIG1樣受體,RLRs)和NLRsl類受體。NLRX1作為NLRs家族成員，可以阻斷RIGI與MAVs之間的相互作用，從而在調(diào)節(jié)線粒體抗病毒免疫應(yīng)答中發(fā)揮負向作用[15]。目前，有研究顯示NLRX1在固有免疫和被動免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[16]，能夠積極參與多種PRRs介導的信號通路的調(diào)節(jié)。NLRX1靶向調(diào)控線粒體抗病毒蛋白MAVS，進一步來負向調(diào)控RLR信號；在接受LPS刺激后，NLRX1快速發(fā)生K63泛素化，并與TRAF6分離，結(jié)合IKK復合物，抑制IKKa/IKKp的磷酸化過程，進而抑制NF-oB的激活。NLRX1還可以通過靶向STING負向調(diào)節(jié)干擾素反應(yīng),抑制病毒出發(fā)的先天免疫，并促進HIV-1和DNA病毒的復制[17]；NLRX 1通過抑制MAVS依賴的NLRP3炎癥小體的活化來減弱心肌缺血中的細胞凋亡和炎癥反應(yīng)[18]。病毒感染后，NLRX1除了抑制IFN-I的產(chǎn)生，還能促進細胞自噬。NLRX1的這種雙重功能和自噬相關(guān)蛋白Atg5 -Atg 12非常相似，但它們并不直接相互作用。NLRX1通過中間分子-----線粒體Tu轉(zhuǎn)錄延伸因子(TUFM)，與Atg_5-Atg 12及Atg16-L1組成結(jié)構(gòu)較大的復合體，促進感染細胞的自噬作用。IAV (Influenza A virus)通過其輔助蛋白PB1-F2來破壞線粒體的電位，從而誘導免疫細胞的早期凋亡，進而破壞宿主的免疫系統(tǒng)以實現(xiàn)自身的免疫逃避;而NLRX1能夠與PB1-F2結(jié)合來抑制IAV誘導的巨噬細胞凋亡，并促進巨噬細胞的存活和IFN-I信號。當病毒感染時，NLRX1還能改變細胞死亡途徑，使細胞由壞死轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛲?并促進DRP1磷酸化，增加線粒體分裂。

3.2 NLRX1促進ROS生成 活性氧(ROS)是真核細胞在電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中產(chǎn)生的具有高活性的O2代謝產(chǎn)物的統(tǒng)稱，具有較高細胞毒性[6]。NLRX1對免疫起著積極的調(diào)節(jié)作用，通過過度表達調(diào)節(jié)，可以促進ROS的迅速生成。在某些微生物的刺激下，NLRX1可以促進ROS的產(chǎn)生。ROS作為炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答的二級信號分子，在機體抵抗入侵病原體的先天免疫過程中起著重要作用。在生理條件下，機體的有氧呼吸等生理活動會產(chǎn)生少量的ROS，由于ROS有一定的細胞毒性，因此機體會啟動一系列的機制來清除過量的ROS，維持機體穩(wěn)態(tài)水平。有研究表明低水平ROS在信號轉(zhuǎn)導、基因表達調(diào)控和宿主防御等方面起著重要的調(diào)控作用。例如，NLRX1通過促進ROS的產(chǎn)生和JNK信號傳導途徑的激活，加速HEI-OC1細胞中順鉑誘導的耳毒性[19]。細胞內(nèi)大部分的ROS主要通過兩種途徑產(chǎn)生:線粒體電子運輸鏈復合物和膜結(jié)合氧化酶(NADPH和DUOX)。NLRX1借助其氨基末端MT序列由線粒體外膜進入線粒體基質(zhì)，通過與呼吸鏈復合物III中的UQCRC2交互作用，促使線粒體生成ROS，產(chǎn)生的ROS能夠激活NF-KB和JNK介導的信號通路，但NLRX1與UQCRC2互作是如何調(diào)控ROS產(chǎn)生的機制尚不清楚，仍需要等待進一步研究。

3.3 NLRX1促進自噬作用 病毒感染機體后，NLRX1除了減少IFN-Ⅰ生成，還可以促使ROS生成，也可以促進自噬作用[20]，清除入侵的病原微生物。NLRX1是由中間分子線粒體Tu轉(zhuǎn)錄延長因子(Tutranslation elongation factor,TUFM)和自噬相關(guān)蛋白At95-Atgl2(Autophagy related protein 5-12，At95-Atgl2)和Atgl6L1(Autophagy related protein 16L1,Atg16L1)組成復合物，通過調(diào)節(jié)NF-KB、IRF-3增加IFN-1的產(chǎn)生同時抑制RIG-Ⅰ，增強細胞自噬，感染被阻斷細胞成分被再循環(huán)[21-22]。TUFM、At95-Atgl2與NLRX1類似，抑制RIG-Ⅰ信號通路，促進細胞自噬作用[23]。例如，NLRX1介導的自噬作用加速激活了聽覺細胞中順鉑的耳毒性的發(fā)生[19,24]。NLRX1很少與線粒體其他蛋白相互作用，這種是由于NLRX1的LRR結(jié)構(gòu)域缺失并終止于氮端，而使得它的自噬作用增強的結(jié)果[25-27]。沒有病毒刺激時，MAVS、NLRX1、TUFM、Atg5-Atgl2、Atgl6L1組成大復合體，當病毒入侵時，RIG-Ⅰ與病毒RNA5＇端結(jié)合并被激活，與從大復合體中排出來的MAVs結(jié)合發(fā)生作用，快速激活抗病毒信號轉(zhuǎn)導通路。RIG-Ⅰ具有抑制自噬的作用，NLRX1對RIGⅠ信號通路的抑制作用間接促進了自噬的進行[28-29]。

圖1 NLRX1調(diào)控IFN-I，ROS和自噬信號示意圖(Allen 2014)

圖2 經(jīng)典的NF-κB激活通路(Iwai and Tokunaga 2009)

3.4 NLRX1促進凋亡發(fā)生 當機體內(nèi)存在腫瘤細胞時，常?？梢猿霈F(xiàn)高水平的ROS以及持續(xù)性的NF-κB信號通路激活當高水平的ROS出現(xiàn)在氧量比較低的腫瘤組織內(nèi)，代表能量的消耗加快，是腫瘤細胞快速增殖的具體表現(xiàn)[30-31]。除此之外，NLRX1還可以激活Caspase-8增強TNF-α的作用來促進凋亡發(fā)生。當有TNF-α產(chǎn)生時，NLRX1通過促進前凋亡復合體Ⅱ產(chǎn)生，同時激活Caspase-8，通過線粒體呼吸鏈復合體I、Ⅲ促進ROS生成，改變腫瘤生存環(huán)境，抑制體腫瘤的生長[32]。在非病毒感染的神經(jīng)退行性疾病，如亨廷頓舞蹈癥中，NLRX1還可以通過促進線粒體腫脹裂解重調(diào)細胞轉(zhuǎn)歸，使其避免壞死轉(zhuǎn)向凋亡。NLRX1通過降低AKT的磷酸化下調(diào)抑制肝癌細胞(HCC)上皮 - 間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(EMT)的Snail1表達，并通過AKT-P21依賴性途徑誘導癌細胞衰老，此外NLRX1還通過抑制PI3K-AKT信號通路誘導細胞凋亡，促進衰老和降低侵襲力，從而起到腫瘤抑制作用[33]。

3.5 其他功能 有研究顯示，負壓創(chuàng)面可以通過促進肉芽血管生成來使創(chuàng)面愈合，其作用機制是使miR-195的表達水平上調(diào)來抑制NLRX1的表達，促進血管生成[34]。此外，NLRX1還能通過通過抑制MAVS依賴性NLRP3炎性體激活來介導，抑制炎癥和凋亡，作為心肌保護性分子，在心肌缺血性損傷中起作用[35]。

4 結(jié) 語

胞內(nèi)模式識別受體NLRX1結(jié)構(gòu)復雜，功能多樣，在炎癥反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮雙重作用，除此之外，還參與細胞能量代謝、線粒體損傷、ROS生成、自噬和凋亡等生命活動，與腫瘤發(fā)生以及肺炎、流感、HIV、糖尿病、耳聾、非酒精性脂肪肝疾病、代謝綜合征和多發(fā)性硬化癥等多種疾病密切相關(guān)[36-39]。目前對NLRX1的研究才剛剛起步，對此研究也相對較少，其在不同疾病中的發(fā)病機制仍不明確，因此還需要我們進行深入研究，為預防、治療和診斷相關(guān)疾病提供可靠思路與方法。