核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域1在急性胰腺炎中的作用機制研究進展

李仁禮 毛駿 向曉輝 夏時海

武警特色醫(yī)學中心消化疾病研究所，天津 300171

【提要】 核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域1(NOD1)是核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體(NLRs)中的一種，它作為一種模式識別受體，能夠識別微生物物種之間的保守結(jié)構(gòu)，這種保守結(jié)構(gòu)即病原相關(guān)分子模式(PAMPs)。某些PAMPs能夠與NOD1結(jié)合，激活相應(yīng)通路，從而引起炎癥反應(yīng)，誘發(fā)天然免疫。NOD1的激活在多種疾病中發(fā)揮著重要作用，本文就其在AP中的作用進行綜述。

天然免疫系統(tǒng)是機體抵抗病原微生物的第一道防線，它是由巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞、肥大細胞以及自然殺傷細胞等多種細胞組成，通過模式識別受體(pattern recognition receptors，PRRs)識別微生物物種之間的保守結(jié)構(gòu)，如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、鞭毛蛋白、RNA、DNA以及肽聚糖等，這些保守結(jié)構(gòu)即病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)[1-3]。目前已知的PRRs包括Toll樣受體 (toll-like receptors,TLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)、RIG-I樣受體(RIG-I-like receptors,RLRs)、C型凝集素受體(c-type lectin receptors,CLRs)和AIM2樣受體(AIM2-like receptors,ALRs)[4]。過去幾十年中，人們通過對TLRs的研究加深了對天然免疫系統(tǒng)的理解，TLRs的激活通常會引起促炎細胞因子反應(yīng)和抗原特異性免疫反應(yīng)，它們主要表達于先天免疫細胞的細胞表面或核內(nèi)小體上[5]。與TLRs結(jié)構(gòu)和位置不同，NLRs是細胞內(nèi)PRRs的一個大家族，其特征是存在保守的核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域(nucleotide-binding oligomerization domain，NOD)結(jié)構(gòu)，根據(jù)N端結(jié)構(gòu)不同，可分為CARD-containing NODs、 PYD-containing NALPs和BIR-containing NAIPs 3個亞家族[6]。NOD1屬于CARD-containing NODs中的一種，它在病原體的識別和免疫應(yīng)答的激活中起著重要的作用[7]。

一、NOD1的結(jié)構(gòu)及信號轉(zhuǎn)導

NOD1是一種位于胞質(zhì)內(nèi)的模式識別受體，它能夠識別大多數(shù)革蘭陰性菌和少數(shù)革蘭陽性菌在細胞壁肽聚糖合成或分解過程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，即iE-DAP[8-9]。NOD1主要由3個功能結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，C端富含亮氨酸重復序列的LRR結(jié)構(gòu)域參與配體識別；中間NOD域能促進自身寡聚化并具有ATP酶活性；N端半胱天冬酶募集域(caspase recruitment domain,CARD)募集相應(yīng)蛋白并產(chǎn)生信號分子。當配體iE-DAP與NOD1中C端LRR結(jié)構(gòu)域結(jié)合時，中間NOD域發(fā)生寡聚化反應(yīng)，引起N端CARD域暴露，通過CARD-CARD相互作用，募集并激活受體相互作用絲氨酸/蘇氨酸激酶(receptor-interacting serine/threonine kinase,RICK)，進而引起κB抑制劑(inhibitors of κB, IκB)降解，導致NF-κB核易位，炎性基因轉(zhuǎn)錄表達。除此之外，還可引起絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路的激活[7,9]。

二、表達NOD1的細胞

NOD1在造血細胞和非造血細胞中都有表達，其中主要在巨噬細胞、樹突狀細胞等抗原提呈細胞中表達[6-7,9]。此外，Le等[10]發(fā)現(xiàn)在沙門菌引起的小鼠傷寒模型中，腸道固有層樹突狀細胞表達的NOD1在清除致病菌的過程中起關(guān)鍵作用；Grubman等[11]發(fā)現(xiàn)在胃上皮細胞中，NOD1在清除幽門螺桿菌感染的宿主防御機制中發(fā)揮重要作用；Opitz等[12]發(fā)現(xiàn)肺炎衣原體能夠引起內(nèi)皮細胞NOD1的活化，提示NOD1可能與心血管疾病相關(guān)；Xu等[13]發(fā)現(xiàn)在?；悄懰徕c誘發(fā)的ANP大鼠模型中，腸道組織NOD1表達增高；Tsuji等[14]發(fā)現(xiàn)在蛙皮素誘導的小鼠腺泡細胞炎癥模型中，NOD1的激活是炎癥發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵步驟。

三、NOD1引起AP的分子機制

NOD1的激活在AP發(fā)生發(fā)展過程中起到關(guān)鍵作用。動物實驗中，蛙皮素是小鼠AP模型常用誘導劑，然而，Tsuji等[14]發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)抗生素處理腸道無菌狀態(tài)的情況下，蛙皮素不能誘導小鼠產(chǎn)生AP。隨后，他們應(yīng)用FK156(NOD1配體)、MDP(NOD2配體)單獨或聯(lián)合蛙皮素處理腸道無菌狀態(tài)的小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)K156組、MDP組以及MDP+蛙皮素組均未誘導出明顯的胰腺炎，而FK156+蛙皮素組表現(xiàn)出明顯的胰腺炎癥。此外，對于腸道有耐藥大腸桿菌的小鼠，用抗生素處理腸道后，應(yīng)用蛙皮素可誘導出與FK156+蛙皮素組相似的胰腺炎癥。在腸道菌群存在的情況下，用蛙皮素對基因敲除鼠TLR2-/-型、TLR4-/-型、TLR9-/-型、NOD1-/-型以及野生型小鼠進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，野生型、TLR2-/-型和TLR9-/-型小鼠血清淀粉酶明顯升高，TLR4-/-型小鼠血清淀粉酶升高不明顯，而NOD1-/-型小鼠血清淀粉酶幾乎不升高。也就是說，即使蛙皮素與腸道菌群均存在，沒有NOD1依然無法誘導小鼠AP。NOD1主要通過以下途徑在AP發(fā)生發(fā)展過程中起作用。

1．蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)：PKC是一類膜定位的蛋白激酶，在細胞信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮著重要作用[15]。當膽囊收縮素受體被激活時，能夠引起細胞內(nèi)PKC的活化[16]。然而，由蛙皮素信號通路引起的PKC活化并不能激活足夠的NF-κB，同樣地，由NOD1信號通路引起的RICK活化也不能激活足夠的NF-κB，而當PKC與RICK同時活化時則能夠激活足夠的NF-κB，進而導致AP的發(fā)生[14]。而應(yīng)用PKC抑制劑或基因敲除PKC能夠減少蛙皮素所誘導的胰腺腺泡細胞NF-κB的激活[17]。研究發(fā)現(xiàn)[18]，PKC與RICK是通過共同作用于TGF-β激活性激酶1(TGF β-activated kinase 1，TAK1)而誘導NF-κB的產(chǎn)生(圖1)。

2．TAK1：TAK1是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)家族中的一員，在哺乳動物中以與適配蛋白TAB1及TAB2結(jié)合的復合體存在，在調(diào)節(jié)介導炎癥基因表達方面起著非常重要的作用[19]。Shim等[20]發(fā)現(xiàn)，TAK1-/-突變體的小鼠胚胎致死，且TAK1-/-的胚成纖維細胞NF-κB信號通路嚴重受損。用IL-1β、TNF-α及LPS等促炎因子刺激細胞能激活TAK1，進而引起其下游IκB激酶(IκB kinase，IKK)激活，結(jié)果導致NF-κB釋放[19]。然而Sato等[21]發(fā)現(xiàn)用IL-1β、TNF-α及LPS等刺激TAK1-/-細胞并不能誘導NF-κB的產(chǎn)生。上述結(jié)果表明，TAK1位于NF-κB的上游并對其調(diào)控起關(guān)鍵作用。

3．NF-κB：NF-κB是一種核轉(zhuǎn)錄因子，介導與炎癥、胚胎發(fā)育、組織損傷和再生有關(guān)的基因的表達，在AP的發(fā)生和發(fā)展中起著核心作用[17,22-23]。正常情況下，NF-κB與其抑制劑IκB結(jié)合存在于細胞質(zhì)中，當細胞受到細胞因子、LPS或活性氧(reactive oxygen species,ROS)等因素刺激時，IκB迅速被IKK磷酸化并被蛋白酶體降解，NF-κB被釋放并發(fā)生核易位，然后與其同源DNA序列結(jié)合，進而誘導靶基因的轉(zhuǎn)錄，包括TNF-α、TGF-β、IL-1β、IL-6等(圖1)[17,23]。在蛙皮素、?；悄懰猁}、L-精氨酸、膽胰管結(jié)扎等各種AP動物模型中均發(fā)現(xiàn)NF-κB活性增高[23-24]。而應(yīng)用蛙皮素處理NF-κB基因敲除型小鼠，其血清淀粉酶、脂肪酶較對照組明顯降低，組織學炎癥表現(xiàn)明顯減輕[25]。此外，一些抗氧化劑、抗炎藥、蛋白酶抑制劑等均被證實通過抑制NF-κB的活性進而減輕AP炎癥程度[23]。

4．Ⅰ型干擾素(type-I interferon,IFNⅠ)：IFNⅠ包括IFN-α、IFN-β、IFNω 3種形式，是一類具有抑制增殖、誘導分化、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和抑制血管生成等多種生物學功能的細胞因子[26]。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用NOD1的配體FK156刺激細胞能引起IFNⅠ大量產(chǎn)生[27]。Tsuji等[14]應(yīng)用FK156與低劑量蛙皮素共同刺激IFN-αβ受體缺失型小鼠，與對照組相比，IFN-αβ受體缺失型組小鼠表現(xiàn)為MAP，血清淀粉酶和單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)水平顯著降低，磷酸化信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)表達均明顯降低，提示NOD1通過IFNⅠ對STAT3起著調(diào)控作用(圖1)。

5．STAT3：STAT3是STAT蛋白家族中的一種，參與免疫、炎癥和腫瘤發(fā)生等，正常情況下STAT3是以非激活態(tài)存在于細胞內(nèi)，當細胞受到各種細胞因子或生長因子刺激時，STAT3迅速轉(zhuǎn)化為激活態(tài)，誘導一系列炎癥因子產(chǎn)生[28]。在低劑量蛙皮素+NOD1小鼠胰腺炎模型中可見胰腺腺泡細胞中pSTAT3核表達，而在NOD1-/-小鼠則幾乎不表達pSTAT3，這與之前NOD1通過IFNⅠ對STAT3起著調(diào)控作用的結(jié)論一致[14]。

6．MCP-1：MCP-1是調(diào)節(jié)單核/巨噬細胞遷移和浸潤的關(guān)鍵趨化因子之一，其通過募集趨化因子受體2陽性的巨噬細胞內(nèi)流至胰腺，參與AP的發(fā)生發(fā)展[29]。Brady等[30]發(fā)現(xiàn)，在蛙皮素或?；悄懰徕c誘導的AP動物模型中，血液及胰腺組織MCP-1表達增高。Régner等[31]觀察到臨床患者入院時血清MCP-1水平與SAP的發(fā)展密切相關(guān)，血清MCP-1水平高則易發(fā)生SAP。而應(yīng)用MCP-1陰性突變體質(zhì)?；蜃铚┑耐芷に谹P動物模型中，血清MCP-1水平明顯降低，血清酶學以及胰腺組織病理學亦明顯改善[32-33]。研究表明，MCP-1的產(chǎn)生依賴于STAT3和NF-κB的激活，應(yīng)用STAT3抑制劑JSI-124或NF-κB抑制劑IMD-0354均可導致血清淀粉酶和MCP-1水平部分降低，而兩種藥物同時使用則可導致血清淀粉酶和MCP-1水平明顯下降，在胰腺炎癥評分方面也得到了類似的結(jié)果[14]。

四、結(jié)束語

AP是胰腺的一種炎癥狀態(tài)，可引起胰腺局部損傷、全身炎癥反應(yīng)綜合征和多器官功能衰竭，SAP并發(fā)癥嚴重，預(yù)后差，病死率高，臨床治療難度大。NOD1信號通路可能是治療AP的相關(guān)靶點，期待更多的研究進一步闡明其機制以及進行相關(guān)臨床探索，為AP的診治提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突