核酸識別模式識別受體在糖尿病中的作用研究進展

劉英奇，謝 璐，劉雨霞，周 娟，劉志平，

（1. 贛南醫(yī)學院2019級碩士研究生；2. 贛南醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學院；3. 贛南醫(yī)學院炎癥與免疫中心，江西 贛州 341000）

據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟（International Diabetes Federa-tion，IDF）的數(shù)據(jù)顯示，全球糖尿病患病人數(shù)約為4.25億人［1］。糖尿病是心血管疾病高發(fā)病率和死亡率的主要原因之一［2］。但糖尿病的發(fā)病機制十分復雜，包括環(huán)境因素，飲食因素，遺傳因素等多方面原因。

模式識別受體（Pattern recognition receptors，PRRs）是主要分布在先天性免疫細胞的受體，它們能識別體外微生物的保守結(jié)構(gòu)稱之為病原相關(guān)分子模式（Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）來感應微生物的存在，也能識別體內(nèi)受損細胞釋放的某種因子，稱之為損傷相關(guān)分子模式（Damage-as-sociated molecular pattern，DAMPs）［3］。PRRs家族成員主要有TOLL 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）、NOD樣受體（Nod-like receptors，NLRPs）、AIM2樣受體（Aim2-like receptors，ALRs）、STING（Stimulator of interferon genes）和RIG-Ⅰ樣受體（RIG-Ⅰ-like re-ceptors，RLRs）等。其中能夠識別核酸（DNA 或RNA）的PRRs，包 括 部 分TLRs 如TLR3、TLR7、TLR8、TLR9，ALRs 如AIM2（Absent in melanoma 2）、IFI16、STING、CGAS和RLRs如RIG-Ⅰ、MDA5 等。這些受體結(jié)合相應的核酸，激活不同的信號通路，介導不同的細胞因子的產(chǎn)生和免疫細胞的激活，在宿主抵御病原感染和其他各種疾病包括糖尿病及其綜合征的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用［4］。在這里，我們綜述了識別核酸的PRRs 中的ALRs、STING 和RLRs 在糖尿病及其并發(fā)癥中相關(guān)作用和機制的研究進展。

1 ALRs

1.1 AIM2AIM2 是ALRs 樣受體的主要成員，它位于細胞質(zhì)或者細胞核內(nèi)，包含HIN200 結(jié)構(gòu)域和PYD 結(jié)構(gòu)域，前者能結(jié)合雙鏈DNA（dsDNA）而后者能將結(jié)合dsDNA的信號向下游分子傳導［5］。在經(jīng)典途徑中，AIM2 和dsDNA 結(jié)合后就能誘導PYD 與銜接蛋白ASC 相互作用從而活化Caspase-1形成炎癥小體［6］，使pro-IL-1β 和pro-IL-18 變成成熟的IL-1β 和IL-18及誘導細胞焦亡，從而介導各種免疫反應。

在Ⅱ型糖尿病患者血液中，循環(huán)無細胞線粒體DNA 和IL-1β 水平都比健康人高。這些來自糖尿病患者的線粒體DNA 能夠誘導巨噬細胞的AIM2炎癥小體激活，促進IL-1β 和IL-18 的分泌，提示線粒體DNA 激活的AIM2 炎癥小體可能促進Ⅱ型糖尿病的發(fā)生［7］。

在胰島細胞過表達胰島素樣生長因子-Ⅱ（IGF-Ⅱ）的經(jīng)典小鼠Ⅱ型糖尿病模型中，線粒體自噬存在缺陷，釋放更多的線粒體DNA，而這些DNA 能夠誘導AIM2 炎癥小體的激活和IL-1β 及IL-18 的分泌增加，從而惡化了糖尿病引發(fā)的心肌梗塞和心臟衰竭，提示線粒體DNA 誘導的AIM2 炎癥小體激活促進糖尿病心肌病的發(fā)生［8］。另有研究發(fā)現(xiàn)在鏈脲佐菌素誘導的大鼠糖尿病模型中，AIM2 表達異常升高，而敲低AIM2 后，糖尿病心肌病的癥狀包括代謝紊亂、心肌纖維化和心肌細胞死亡等明顯改善。在體外實驗，對心肌細胞進行高葡萄糖處理能誘導AIM2 基因表達明顯上調(diào)，而對AIM2 的敲低處理能夠抑制心肌細胞的炎癥小體依賴的細胞焦亡。這說明AIM2 能夠通過炎癥小體誘導的細胞焦亡來促進糖尿病心肌?。?］。在糖尿病腎病中，壞死細胞產(chǎn)生的DNA 激活巨噬細胞中的AIM2 炎癥小體，促進了腎臟的損傷、纖維化和炎癥反應。AIM2缺陷能夠逆轉(zhuǎn)腎臟損傷和炎癥小體的激活，提示AIM2 通過炎癥小體促進糖尿病腎病［10］。

從以上研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，線粒體DNA 或者壞死細胞產(chǎn)生的DNA 能夠激活AIM2 炎癥小體，通過促進IL-1β 及IL-18 的產(chǎn)生和/或細胞焦亡，介導糖尿病和糖尿病心肌病或者腎病的產(chǎn)生。

1.2 IFI16IFI16 作為ALRs 家族的主要成員之一，存在于細胞質(zhì)或細胞核中。具有200 個氨基酸的特征基序（Hematopoietic interferon inducible nucleus，HIN）［11］。IFI16 通過其HIN 結(jié)構(gòu)域上的正電荷殘基與dsDNA 糖磷酸骨架結(jié)合［12-13］，可以被認為是一種DNA 傳感器。既參與包括HSV-1、HCMV和HIV-1 在內(nèi)的DNA 病毒感染的先天性免疫反應［14-16］，也參與了干擾素基因途徑的激活。

干擾素誘導蛋白IFI202b和人類同源基因IFI16屬于細胞增殖、分化、凋亡和炎癥轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子P200 家族［17-18］。一方面IFI202b 在原代胰島細胞中的過度表達抑制了增殖，能促進糖尿病的進展［19］。另一方面IFI202b 誘導一種重要的白色脂肪細胞決定因子ZFP423 表達，從而激活促成脂基因，抑制脂肪細胞產(chǎn)熱基因程序［20］。從而引起脂肪細胞肥大，脂肪儲存增加，誘導炎性細胞因子的表達，最終導致胰島素抵抗［21］。

有研究認為胰島素產(chǎn)生抵抗的一種機制是脂肪組織的病理性擴張導致的炎癥因子、免疫細胞、巨噬細胞浸潤的增加所引起的［22］，這可能促進糖尿病的發(fā)生發(fā)展。IFI16最有可能是IFI202b的人類同源基因［23］，因此檢測了IFI16 和ZFP423 同源基因ZNF423 在人類SGBs 細胞早期分化過程中的表達，結(jié)果表明IFI16 也參與人類脂肪生成［24］。這提示IFI16 可能通過激活脂肪細胞導致胰島素抵抗從而促進糖尿病的發(fā)生。

從以上研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IFI16可能通過調(diào)控胰島細胞的增殖、分化、凋亡來促進糖尿病的發(fā)展。另一方面IFI16 可能通過脂肪細胞抑制胰島素進而促進糖尿病的發(fā)生。

2 STING

STING 是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的跨膜蛋白，最初被認為是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)位系統(tǒng)的一部分［25］，它的N 端有5 個結(jié)構(gòu)域從而使之錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，它的C 端能與環(huán)狀雙核苷酸（Cyclic dinucleotide，CDNs）如c-di-GMP 和c-di-AMP 結(jié)合進而招募TBK1（TANK binding kinase 1）激活I(lǐng)RF3（Interferon regulatory Factor 3）誘導Ⅰ型干擾素表達，參與炎癥反應［26］。炎癥被認為是肥胖相關(guān)的代謝性紊亂如糖尿病的主要影響因素，而cGAS-cGAMP-STING信號通路在炎癥發(fā)生中起著關(guān)鍵作用［27］。這一通路激活后可以誘導干擾素和其他細胞因子的產(chǎn)生，從而調(diào)節(jié)機體的炎癥相關(guān)的代謝性疾病。

有研究表明，在肥胖條件下，這個信號級聯(lián)中的cGAS、STING 和TBK1 的表達水平或活性顯著上調(diào)［28-29］。全身敲 除cGAS-cGAMP-STING 下 游 靶標TBK1［30］、IRF3［31］，或用氨來昔諾對TBK1 進行抑制會增強胰島素的敏感性，并且改善肥胖小鼠和部分Ⅱ型糖尿病患者的糖耐量水平［32］。有研究表明，STING 缺失的小鼠比WT（Wild type mice）小鼠在高脂飲食后胰島素敏感性更好，血糖的調(diào)節(jié)能力更強［33］，提示STING 激活可能增加胰島素耐受進而促進肥胖和Ⅱ型糖尿病的發(fā)生。

傷口愈合延遲是糖尿病的主要并發(fā)癥，導致患者的殘疾和死亡［34-35］，有研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚酸（PA）能通過誘導線粒體損傷和線粒體DNA 釋放［18］，激活cGAS-cGAMP-STING 信號通路和下游IRF3［36-37］，其直接與MST1 啟動子結(jié)合誘導MST1 表達，進一步導致YAP 磷酸化/失活和血管生成抑制［38］。這提示cGAS-cGAMP-STING 可能抑制YAP 的生成，從而阻礙糖尿病患者的傷口愈合。在Ⅰ型糖尿病模型中，有研究發(fā)現(xiàn)單核細胞嚴重依賴細胞質(zhì)DNA 傳感器，這些傳感器能觸發(fā)STING信號通路下游的TBK1，導致炎性細胞因子和IFN 分泌增加進而促進各種慢性炎癥［39］，提示STING 的激活可能進一步促進糖尿病的發(fā)生。

綜合以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，STING 信號通路的激活可能通過增加胰島素耐受或者釋放過多細胞因子和IFN 促進糖尿病發(fā)生或者通過抑制血管生成，阻礙傷口愈合而促進糖尿病綜合征。

3 RLRs

3.1 RIG-ⅠRIG-Ⅰ是RLRs 家族的同源胞漿蛋白成員［40］，RIG-Ⅰ樣受體包括RIG-Ⅰ，MDA5 和LGP-2。RIG-Ⅰ包含一個結(jié)合dsRNA 的羧基末端解旋酶結(jié)構(gòu)域和兩個作為信號域的氨基末端半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。隨后激活和招募結(jié)構(gòu)域（CARD），參與炎癥或細胞死亡途徑相關(guān)作用［41］，除了識別dsRNA 外，RIG-Ⅰ還識別病毒核酸分子結(jié)構(gòu)即無帽5′三磷酸單鏈RNA（5’Single stranded RNA triphosphate，5’Trip-ssRNA）［42-43］，隨后促進它們與接頭分子VISA 的相互作用［44］，進一步傳遞下游信號，導致轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 和IRF-3 的激活引起Ⅰ型干擾素的合成和分泌［45-46］，在抑制病毒和啟動免疫反應中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在對暴發(fā)型Ⅰ型糖尿病和緩慢進展型胰島素依賴型糖尿病的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，識別微小核糖核酸病毒的LPG2，它在上游位點充當RIG-Ⅰ介導的病毒識別的正調(diào)控因子很可能增強了RIG-Ⅰ介導的腸道病毒傳感途徑，從而加速了特異性β 細胞的破壞［47］。這提示LPG2/RIG-Ⅰ可能通過破壞β 細胞加速糖尿病的發(fā)生。另有研究發(fā)現(xiàn)在胞內(nèi)RIG-Ⅰ能識別胰島β細胞中的雙鏈RNA進一步誘導NF-κB和干擾素β 啟動子的激活，轉(zhuǎn)錄因子NF-kB 的激活在胰島β 細胞中具有促凋亡作用［48］，因此RIG-Ⅰ的激活可能有助于內(nèi)部dsRNA 誘導的β 細胞凋亡［49］。這提示RIG-Ⅰ能通過促進NF-kB的激活誘導β細胞的凋亡來促進糖尿病的發(fā)生。

一些研究發(fā)現(xiàn)RIG-Ⅰ和MDA5 不僅能通過促炎因子破壞胰腺β 細胞，而且腸道病毒激活的T 細胞和巨噬細胞最有可能浸潤胰島，誘導這些細胞產(chǎn)生IL-18 之后通過胰島細胞或胰島基質(zhì)細胞上的受體以自分泌/旁分泌的方式誘導IFN-γ 的產(chǎn)生，隨后一直持續(xù)到β 細胞被完全破壞［50］。這提示RIG-Ⅰ和MDA5啟動的與適應性免疫相關(guān)的先天免疫加速暴發(fā)性Ⅰ型糖尿病的發(fā)生。

從以上研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)一方面RIG-Ⅰ能識別dsRNA進而誘導NF-κB激活導致β細胞的凋亡從而促進糖尿病的發(fā)生。另一方面RIG-Ⅰ啟動的有關(guān)適應性免疫反應能誘導IFN-γ 的產(chǎn)生，隨后一直持續(xù)到β 細胞被完全破壞進一步加重糖尿病的發(fā)生發(fā)展。

3.2 MDA5MDA5 又 稱 為IFIH1（Interferon induced with helicase C domain 1），是RIG-Ⅰ樣受體的一個重要成員。它能與病毒核酸結(jié)合進而導致CARD-CARD 同型相互作用進一步與銜接蛋白（MAVS）結(jié)合［51］。一方面能誘導TBK1 進而激活I(lǐng)RF3 誘導干擾素表達，另一方面能活化IKKβ 介導NF-kB 有利于炎癥細胞因子表達，從而啟動固有免疫應答［52］。

有研究發(fā)現(xiàn)激活MDA5 后，一方面可以通過產(chǎn)生的干擾素和促炎因子來限制柯薩奇病毒的感染［53］。另一方面先天免疫信號通路在不同靶組織中的異常激活或表達可導致炎癥事件的失調(diào)性，導致代謝性疾病如糖尿病的發(fā)生發(fā)展［21］。Ⅰ型［54］和Ⅱ型糖尿病的產(chǎn)生主要是胰島素的胰腺β細胞分泌受損的結(jié)果，促進β 細胞增殖及其與胰島素需求相關(guān)的物質(zhì)補償將有助于有效地預防糖尿病的發(fā)生［55］。

在Ⅱ型糖尿病模型中，MDA5明顯升高，升高后的MDA5 競爭性結(jié)合活性Src，然后阻斷Src/stat3/Skp2 通路，降低了胰島β 細胞的增殖效應［56］，提示MDA5可能通過抑制胰島β細胞的增殖進而促進糖尿病的發(fā)生。有研究對艾迪生?。ˋddison"s Disease，AD）和Ⅰ型糖尿病的患者進行了基因型分析，分析表明MAVS可能與它們的易感性無關(guān)［57］。另有研究顯示MDA5 作為Ⅰ型糖尿病的候選基因，能通過調(diào)節(jié)胰腺β細胞的凋亡和炎癥介質(zhì)的釋放來調(diào)控糖尿?。?8］。MDA5作為Ⅰ型糖尿病的候選基因它能和泛素 特 異 性 肽 酶18（Ubiquitin-specific peptidase，USP18）調(diào)節(jié)Ⅰ型干擾素信號通路之間相互作用，增加病毒dsRNA 誘導的趨化因子的產(chǎn)生，增加β 細胞的促炎反應［59］。提示MDA5的激活可能促進糖尿病的發(fā)生。

以上研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)MDA5一方面能通過降低胰島β 細胞的增殖升高血糖，另一方面它過度產(chǎn)生的干擾素和促炎因子能促進糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生和發(fā)展。

4 展 望

固有免疫應答在機體免疫和調(diào)節(jié)中起著重要作用，PRRs 作為固有免疫應答中的重要部分，能識別各種微生物和機體的各種病原體，啟動機體免疫反應，預防并阻止炎癥所引起的代謝性疾病如糖尿病的進一步發(fā)展。線粒體DNA 對AIM2的相關(guān)作用促進炎癥小體的產(chǎn)生，進而促進糖尿病的發(fā)生。STING參與的信號通路cGAS-CGAMP-STING與各種炎癥因子有關(guān)進而調(diào)節(jié)各種代謝性疾病，其中高脂飲食能促進cGAS-CGAMP-STING的下游TBK1的產(chǎn)生，進而升高血糖，棕櫚酸能促進cGAS-CGAMP-STING的下游IRF3 的產(chǎn)生進而延緩糖尿病患者傷口的愈合。MDA5 的升高能中斷Src 下游STAT3 對Skp2 調(diào)控，進一步阻止胰腺β細胞的增殖，降低對血糖的調(diào)控能力。IFI16 可能通過脂肪細胞抑制胰島素進而促進糖尿病的發(fā)生。RIG-Ⅰ誘導NF-κB、IFN-γ的產(chǎn)生，能導致胰腺β 細胞的破壞從而加重糖尿病的發(fā)生發(fā)展?？傮w來說這些受體與糖尿病及相關(guān)并發(fā)癥聯(lián)系密切，但它的具體作用機制還不明確，值得我們進一步探究。