NLRC5的生物學(xué)功能及其在呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病中作用的研究進(jìn)展

李慶蘇，竇冬冬，朱薇薇

1 濰坊醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院兒科，山東 濰坊 261000；2 濟(jì)南市中心醫(yī)院兒科

由微生物感染或組織損傷引發(fā)的固有免疫反應(yīng)是機(jī)體抵御病原體入侵的第一道防線，核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體在固有免疫過程中發(fā)揮重要作用［1］。NLRC5是近10年新發(fā)現(xiàn)的NOD 樣受體，已被證實(shí)在人高和動物的腦、肺、前列腺等組織中表達(dá)［2］。近年研究發(fā)現(xiàn)，NLRC5在過敏性氣道炎癥、肺癌、肺損傷及呼吸道病毒感染等呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用［3-4］，成為探索呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病機(jī)制和治療疾病研究的新位點(diǎn)。現(xiàn)就NLRC5 的生物學(xué)功能及其在呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 NLRC5概述

1.1 NLRC5 的結(jié)構(gòu) NLRs 在結(jié)構(gòu)上有三重結(jié)構(gòu)域的同類性，其C 端結(jié)構(gòu)為LRR 結(jié)構(gòu)域富含亮氨酸，參與結(jié)合配體；中間結(jié)構(gòu)為中心核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（NBD），對自我寡聚化起重要作用；N 端可表現(xiàn)為CARD、PYD 及BIR 等多種結(jié)構(gòu)域類型［1，5-6］。自2010年NLRC5 被發(fā)現(xiàn)以來，NLRC5 已被證實(shí)位于人類16q13 號染色體上約96 kb 的區(qū)域［1，7］。NLRC5 是目前發(fā)現(xiàn)NLRs 家族中蛋白相對分子質(zhì)量最大的，約204 kD，其結(jié)構(gòu)特征是非典型的N 端CARD 結(jié)構(gòu)，又稱死亡折疊結(jié)構(gòu)域［8］。此外，NLRC5 的NBD 結(jié)構(gòu)域包含Walker A 區(qū)和Walker B 區(qū)，分別對核苷三磷酸（NTP）結(jié)合和NTP 水解過程起重要作用。KUENZEL 等［2］通過核磁共振對比分析NLRC5 與其他NLRs 成員的中間結(jié)構(gòu)域發(fā)現(xiàn)，在其CARD 和NOD結(jié)構(gòu)域之間存在一個(gè)二分型核定位信號（NLS），參與蛋白在胞間穿梭（見圖1）。

圖1 NLRC5的結(jié)構(gòu)

1.2 NLRC5的表達(dá)

1.2.1 NLRC5 在組織中的表達(dá) NLRC5 在絕大多數(shù)物種中普遍表達(dá)，但其表達(dá)水平在機(jī)體不同器官及組織中的高低不一。KUENZEL 等［2］通過RT-PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)，NLRC5 mRNA 在人體內(nèi)表達(dá)最高的部位是腦、肺和前列腺組織，次之為心臟、消化道和胸腺，而在脾臟、淋巴結(jié)和白細(xì)胞等免疫組織中表達(dá)最低［2］。WANG 等［9］研究發(fā)現(xiàn)，NLRC5 mRNA 在患有免疫系統(tǒng)疾病的人及小鼠的免疫組織中表達(dá)顯著增加，包括骨髓、淋巴結(jié)、胸腺、脾臟等部位，這一結(jié)果與現(xiàn)有的微陣?yán)龜?shù)據(jù)庫一致。近年來，NLRC5 已在神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥以及免疫系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制及靶向治療的研究中取得階段性成果，NLRC5 同樣在人肺組織中高表達(dá)，已成為肺癌、肺損傷、病毒感染及哮喘等肺部疾研究的新方向。

1.2.2 NLRC5 在細(xì)胞中的表達(dá) NLRC5 不同于多數(shù)NLRs 受體，其具有核蛋白特性，其在胞質(zhì)及胞核中均有表達(dá)，高表達(dá)NLRC5 的細(xì)胞多見于細(xì)胞質(zhì)，而低表達(dá)NLRC5 的細(xì)胞多見于細(xì)胞核［10-11］。已知MHCⅡ類分子反式激活因子（CⅡTA）包含三個(gè)核定位信號（NLSs），經(jīng)輸入蛋白α 和核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受體（CRM1）介導(dǎo)的出核機(jī)制實(shí)現(xiàn)細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭，NLRC5 同樣包含兩個(gè)NLS 信號實(shí)現(xiàn)胞間穿梭。MEISSENR 等［12］使用CRM1 抑制劑萊普霉素B抑制蛋白的出核轉(zhuǎn)運(yùn)，檢測到NLRC5 在細(xì)胞核中表達(dá)增高，同樣證實(shí)了其穿梭作用及轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。

1.3 NLRC5的生物學(xué)功能

1.3.1 負(fù)性調(diào)控NF-κB 表達(dá) NF-κB 是一組高度保守的多功能轉(zhuǎn)錄因子，在先天性和適應(yīng)性免疫中起關(guān)鍵作用，其調(diào)節(jié)失常導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，如免疫缺陷病、病毒感染、炎癥和癌癥等［1］。在呼吸系統(tǒng)氣道上皮細(xì)胞中，由激酶異二聚體IKKα/IKKβ 和調(diào)節(jié)亞基NEMO 組成的IκB 激酶復(fù)合物（IKK）激活引起NF-κB 過度激活，進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞因子的表達(dá)及中性粒細(xì)胞募集，可導(dǎo)致肺部炎癥及肺損傷。CUI等［13］通過熒光素酶檢測首次證實(shí)NLRC5 是NF-κB激活的有效負(fù)調(diào)節(jié)因子，NLRC5 的LRR 結(jié)構(gòu)域可與調(diào)節(jié)亞基NEMO 競爭，亦可同IKKα/IKKβ 亞基相互影響并阻斷其磷酸化和激酶活性。有研究顯示，細(xì)胞高表達(dá)NLRC5 對NF-κB 基因核易位具有調(diào)控作用，并可抑制NF-κB下游通路從而抑制炎癥反應(yīng)［14］。

1.3.2 調(diào)控IFN-Ⅰ表達(dá) 干擾素（IFN）協(xié)調(diào)多種生物及細(xì)胞反應(yīng)，可抵抗病毒感染、調(diào)節(jié)細(xì)胞生長，抑制腫瘤的增殖，并可誘導(dǎo)產(chǎn)生抑制病毒復(fù)制的細(xì)胞因子誘發(fā)炎癥反應(yīng)和實(shí)現(xiàn)免疫控制［14-15］。有研究表明，IFN 對NLRC5 的啟動子及其基因產(chǎn)物具有調(diào)控作用，早期已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明NLRC5 可正向調(diào)控IFN-Ⅰ信號通路的激活。近年來，多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨向于NLRC5 負(fù)性調(diào)控IFN-Ⅰ的表達(dá)。在體外試驗(yàn)中通過基因敲除技術(shù)抑制巨噬細(xì)胞中NLRC5 的表達(dá)后，水皰性口炎病毒（VSV）和Poly（I：C）刺激該細(xì)胞，結(jié)果表明NLRC5 作用于RIG-Ⅰ/MDA5 配體，并抑制IFN-Ⅰ應(yīng)答，從而敲減NLRC5 后IFN-β 表達(dá)增加［11，16］。NLRC5 同樣抑制了漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞IFN-Ⅰ表達(dá)［17］。NLRC5 的負(fù)反饋調(diào)控作用同樣在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證，NLRC5 缺陷小鼠在受到LPS或VSV感染時(shí)，血清中可檢測到產(chǎn)生更多的IFN-β。

1.3.3 調(diào)控主要組織相容性復(fù)合體-Ⅰ（MHC-Ⅰ）表達(dá) MCH-Ⅰ向T 淋巴細(xì)胞呈遞抗原激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答，參與機(jī)體自身免疫、癌癥和感染等病理過程。NLRC5 可特異性調(diào)控并反式激活編碼MHC-Ⅰ類基因，為探究這一過程，KOBAYASHI 等［18］構(gòu)建了野生型及突變型NLRC5 的細(xì)胞系，并通過聚類分析證實(shí)NLRC5可促進(jìn)MHC-Ⅰ類基因及其附屬基因的表達(dá)。研究表明，NLRC5 表達(dá)可通過IFN-γ 通路調(diào)控MHC-Ⅰ類基因，NLRC5 的激活可促進(jìn)MHC-Ⅰ表達(dá)，反之亦然，不影響MHC-Ⅱ類基因表達(dá)。在NLRC5 敲除小鼠模型中，經(jīng)典小鼠MHC-Ⅰ類基因在T細(xì)胞、NK 細(xì)胞和NKT 細(xì)胞中的構(gòu)成性表達(dá)嚴(yán)重受損，輕度損傷非經(jīng)典MHC-Ⅰ類基因表達(dá)，這一結(jié)論同人體細(xì)胞系的觀察結(jié)果相符。NLRC5 在多種細(xì)胞類型起促進(jìn)MHC-Ⅰ類高表達(dá)的關(guān)鍵作用，尤其在淋巴細(xì)胞中作用更為顯著［19］。IFN-g、病毒感染、細(xì)菌感染等激活STAT1 同源二聚體，誘導(dǎo)NLRC5 直接與NLRC5啟動子中的GAS位點(diǎn)結(jié)合，NLRC5從細(xì)胞質(zhì)穿梭到細(xì)胞核，并與S-X-Y 基序結(jié)合，形成一個(gè)有效的增強(qiáng)體，進(jìn)一步誘導(dǎo)MHC-Ⅰ轉(zhuǎn)錄。無論是在人類還是小鼠中，NLRC5 均有較集中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)活性，可調(diào)控經(jīng)典和非經(jīng)典MHC-Ⅰ類基因及少數(shù)編碼APM蛋白的基因的表達(dá)［20］。

2 NLRC5在呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)展中的作用

NLRC5是一種新發(fā)現(xiàn)的NOD 樣受體，近年來在神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤發(fā)生、靶向治療及免疫系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制等領(lǐng)域的研究取得了突破性進(jìn)展。呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生與早期炎癥因子的識別及炎癥的激活等有關(guān)。

2.1 NLRC5 在肺癌發(fā)展中的作用 近年來，對腫瘤進(jìn)展和免疫逃避機(jī)制的認(rèn)識取得較大進(jìn)展，部分研究表明，NLRC5 通過增強(qiáng)腫瘤MHC-Ⅰ類基因的表達(dá)參與調(diào)控腫瘤免疫逃逸，通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，近期的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果多呈現(xiàn)為NLRC5 在腫瘤組織中高表達(dá)并促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展［3，12］。一項(xiàng)研究表明，NLRC5 是Ⅲ期非小細(xì)胞肺癌的陰性預(yù)后指標(biāo)，NLRC5 與MHC-Ⅰ類基因的表達(dá)在腫瘤組織中呈正相關(guān)，提示患兒預(yù)后差［21］。這項(xiàng)研究僅集中于免疫組織化學(xué)實(shí)驗(yàn)，未探討NLRC5 是否對肺癌細(xì)胞有影響，還需隨機(jī)篩選試驗(yàn)驗(yàn)證NLRC5 是否可以作為癌癥生物標(biāo)志物預(yù)測患兒預(yù)后。此外，有待更多體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MHC-Ⅰ類基因和NLRC5對腫瘤生長和分化的影響。

2.2 NLRC5 在哮喘發(fā)展中的作用 近年來，哮喘發(fā)病隨環(huán)境變化呈逐年升高趨勢。研究顯示，采用OVA 誘導(dǎo)建立小鼠過敏性哮喘模型的肺組織中NLRC5、TLR2、NLRP3、ASC 等炎性小體復(fù)合物成分表達(dá)上升［22］。已知TLR2 介導(dǎo)的過敏性氣道炎癥反應(yīng)是哮喘重要的發(fā)病機(jī)制之一。研究表明NLRC5 參與TLR2 激活的炎癥信號通路，可調(diào)控TLR2/NF-κB信號通路抑制巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)及炎性小體的表達(dá)［23］。呼吸道病毒感染是哮喘和慢性阻塞性肺病的主要病因，KATHY 等［24］采用鼻病毒刺激人原代支氣管上皮細(xì)胞，結(jié)果表明NLRP3和NLRC5可獨(dú)立識別鼻病毒2B 蛋白，激活Caspase-1、促進(jìn)IL-1β 的分泌并激活炎癥小體，進(jìn)而誘發(fā)哮喘發(fā)作。呼吸道合胞病毒（RSV）刺激肺癌A549 細(xì)胞氣道上皮細(xì)胞，也可導(dǎo)致上調(diào)NLRC5 的表達(dá)誘發(fā)下游過敏性哮喘反應(yīng)［4］。NLRC5 與哮喘發(fā)病關(guān)系密切，參與的信號通路仍有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

2.3 NLRC5 在肺損傷發(fā)病中的作用 急性肺損傷（ALI）具有較高的發(fā)病率和病死率，常繼發(fā)于重癥肺炎、重癥膿毒癥等急性炎癥性疾?。?5］。LI 等［26］采用脂多糖（LPS）誘導(dǎo)建立的小鼠體內(nèi)ALI 模型和肺癌A549 細(xì)胞體外ALI 模型，組織及細(xì)胞受到LPS 刺激后NLRC5 的表達(dá)升高，而高水平的NLRC5 可降低細(xì)胞活力、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并促進(jìn)TNF-α、IL-6 和IL-1β 等促炎性細(xì)胞因子釋放（見圖2），這一結(jié)果在其他急性肺損傷實(shí)驗(yàn)中同樣得以驗(yàn)證。

圖2 NLRC5調(diào)控NF-κB和IFN-I通路以及MHC-I基因表達(dá)示意圖

2.4 NLRC5 在其他呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)展中的作用 呼吸道病毒感染發(fā)病率極高，已知NLRC5 在不同細(xì)胞類型的幾種病毒感染中被激活，包括Raus肉瘤病毒感染的A549細(xì)胞、巨細(xì)胞病毒感染的HFF細(xì)胞和仙臺病毒感染的HeLa 細(xì)胞。CHOTHE 等［27］發(fā)現(xiàn)NLRC5 是流感病毒感染的前病毒因子，參與了依賴IFN 的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控，其敲低可導(dǎo)致IP10、IFNβ 和CCL5 的釋放和IFNα 的分泌減少，這一結(jié)果在雞巨噬細(xì)胞中得以驗(yàn)證，此外NLRC5 可抑制NF-κB通路，抑制促炎介質(zhì)IL-2、IL-6、CCL5、IL-5、STAT3和IFN-ν 的上調(diào)。KATHY 等［24］發(fā)現(xiàn)，鼻病毒感染支氣管細(xì)胞時(shí)，鼻病毒可誘導(dǎo)細(xì)胞高爾基體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的鈣離子減少，破壞細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，NLRC5可與NLRP3協(xié)同作用感知鈣離子失衡并觸發(fā)IL-1β激活，進(jìn)而引發(fā)炎癥小體激活。 GUO 等［4］發(fā)現(xiàn)，RSV 感染A549 細(xì)胞經(jīng)兩個(gè)通路激活NLRC5，一方面RSV 通過刺激細(xì)胞分泌IFN-β激活NLRC5，另一方面，細(xì)胞可直接識別病毒RNA 經(jīng)RIG-I 通路激活I(lǐng)RF3 和IFN-β 分泌，進(jìn)而激活NLRC5 表達(dá)。Vero 細(xì)胞是遺傳缺陷導(dǎo)致的IFN-β 缺陷細(xì)胞系，可通過直接識別病毒RNA 激活NPRC5，敲減NLRC5 激活NF-κB 通路抑制病毒的復(fù)制。此外，NLRC5 參與肺纖維化的形成過程可能與NF-κB 通路相關(guān)，但其具體機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，NLRC5 與呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生密不可分，是哮喘、急性肺損傷、肺癌等疾病發(fā)展的重要調(diào)控因子，對呼吸系統(tǒng)疾病具有明確的調(diào)節(jié)作用。NLRC5 通過調(diào)節(jié)NF-κB、IFN-Ⅰ、炎癥信號通路和MHC-Ⅰ類基因表達(dá)等多條通路參與呼吸系統(tǒng)疾病的病理生理過程。NLRC5 與MHC-Ⅰ類基因過度激活誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生，其表達(dá)可作為非小細(xì)胞肺癌的預(yù)后指標(biāo)；NLRC5 參與哮喘的炎癥反應(yīng)過程并可負(fù)反饋調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)及炎性小體相關(guān)蛋白的表達(dá)，有望成為過敏性氣道炎性反應(yīng)治療的新靶點(diǎn)；NLRC5 在急性肺損傷、呼吸道病毒感染和肺纖維化等疾病發(fā)生過程中表達(dá)上調(diào)，并受miR-520c-3p基因調(diào)控。