NOD-1在介導(dǎo)固有免疫中的作用

肖楚麗

（邵陽(yáng)醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，湖南 邵陽(yáng)422000）

NODs(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)是新近發(fā)現(xiàn)的一類重要的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)受體，廣泛存在于植物、線蟲(chóng)、脊椎動(dòng)物和人類的胞內(nèi)，在宿主的固有免疫中發(fā)揮著重要作用。NOD結(jié)構(gòu)域最早是在細(xì)胞凋亡蛋白激酶活化因子1（apoptotic protease activatingfactor 1，APAF1）中發(fā)現(xiàn)的，隨后通過(guò)基因數(shù)據(jù)庫(kù)的同源搜索，鑒定出兩個(gè)含有NOD結(jié)構(gòu)域的分子：NOD1（CARD4）和NOD2（CARD15）。目前，在人類已鑒定出23種NLR蛋白，在小鼠的基因組中則含有34種NLR基因。在固有免疫中它們和TLRs一樣，識(shí)別病原體的相關(guān)分子，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的發(fā)生[1]。NODs是一類新的胞內(nèi)模式識(shí)別受體，對(duì)其進(jìn)行深入地研究將有助于認(rèn)識(shí)其在宿主的固有免疫系統(tǒng)中的重要作用[2]。

NOD1是NLR家族中一個(gè)重要的受體，表達(dá)于APCs和胃上皮細(xì)胞，主要識(shí)別肽聚糖產(chǎn)生的短肽，Viala等已證實(shí)對(duì)Hp的清除需要胃上皮細(xì)胞表達(dá)NOD1來(lái)識(shí)別Hp的肽聚糖[3]。隨著之后的一些發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們提出了一些NOD1介導(dǎo)粘膜對(duì)Hp的宿主免疫防御機(jī)制。在本文中，我們聚焦這些機(jī)制，目的是為了闡明NOD1信號(hào)通路是如何促進(jìn)胃部的炎癥反應(yīng)以及介導(dǎo)機(jī)體的主動(dòng)防御。

1 NODs結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與組織分布

NODs受體家族具有3個(gè)特征性的結(jié)構(gòu)域：N端募集和激活半胱氨酸蛋白水解酶（caspase）的CARD結(jié)構(gòu)域，中心核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域（NOD）和C端富含亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)域(leucine-rich repeats,LRRs)[4]。CARD結(jié)構(gòu)域通過(guò)介導(dǎo)NOD1和NOD2的自身寡聚化參與下游效應(yīng)分子啟動(dòng)，CARD結(jié)構(gòu)域在核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)信號(hào)通路活化的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用；LRR結(jié)構(gòu)域主要參與配體的識(shí)別。NOD1和NOD2兩者的不同之處在于：NOD1（CARD4）的編碼基因位于染色體7p14，NOD2（CARD15）的編碼基因位于16q12；NOD1只有一個(gè)CARD結(jié)構(gòu)域而NOD2有兩個(gè)；NOD1廣泛表達(dá)于多種組織細(xì)胞中，而NOD2則僅在個(gè)別的組織細(xì)胞內(nèi)有表達(dá)，如單核/巨噬細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞等[5]。

2 NOD1的表達(dá)

TLRs主要表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)膜或胞內(nèi)小泡表面，而NOD1則主要表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)中。NOD1主要表達(dá)在與病原體接觸的細(xì)胞中——APCs和ECs。大部分的胃腸道細(xì)胞系和初始上皮細(xì)胞都表達(dá)NOD1。

前炎癥細(xì)胞因子能夠調(diào)節(jié)NOD1的表達(dá)，IFN-γ通過(guò)IFN調(diào)節(jié)因子（IRF1）核易位活化NOD1啟動(dòng)子，進(jìn)而上調(diào)腸道上皮細(xì)胞中NOD1的表達(dá)，而在這些細(xì)胞中，TNF引起的NF-κB活化對(duì)NOD1的表達(dá)沒(méi)有影響。

3 NOD1的活化與信號(hào)通路

目前已經(jīng)確定NOD1能夠識(shí)別來(lái)自細(xì)菌細(xì)胞壁PGN的小分子，NOD1能夠識(shí)別的最小的配體分子是γ-谷氨酰基-D-內(nèi)消旋-二氨基庚二酸，稱為iE-DAP。來(lái)源于革蘭氏陽(yáng)性菌的PGN大多數(shù)缺少iEDAP，相反，來(lái)源于革蘭氏陰性菌的PGN含有iE-DAP。因此，NOD1的功能是作為革蘭氏陰性菌的一個(gè)識(shí)別受體，參與對(duì)多種革蘭氏陰性菌引起的粘膜感染的宿主防御，如Shigella，Escherichia coli和Hp。

NOD1信號(hào)通路的一條途徑涉及到其活化NF-κB和MAPkinases能力[6]。首先，NOD1中的LRR結(jié)構(gòu)域識(shí)別配體，繼而募集下游的效應(yīng)分子RICK。RICK是一個(gè)含有CARD結(jié)構(gòu)域的絲氨酸/蘇氨酸激酶，通過(guò)與NOD1-CARD結(jié)構(gòu)域相互作用與NOD1結(jié)合。RICK然后通過(guò)K63連接的泛素化進(jìn)而募集和激活TGF-β激活蛋白激酶1（TAK1）；隨后，啟動(dòng)NF-κB亞基的活化，通過(guò)磷酸化和IκBα-K48連接的泛素化[7]。這些一系列的事件表明：RICK結(jié)合到NOD1以及其K63連接的泛素化是NOD1介導(dǎo)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中重要一步，在RICK缺陷的細(xì)胞中NOD1應(yīng)答反應(yīng)明顯減弱，更證明了這一觀點(diǎn)[8]。

在上面闡述的NOD1信號(hào)通路中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了泛素化在信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的重要作用[9]。一方面：抑制蛋白IκBα與K48連接的多聚泛素化鏈的結(jié)合導(dǎo)致了IκBα的降解和NF-κB的亞基p65、p50的核易位。另一方面：RICK和K63連接的多聚泛素化鏈的結(jié)合，使RICK降解，從而能夠募集下游的信號(hào)分子，如TAK1。介導(dǎo)RICK和K63連接的多聚泛素化鏈的結(jié)合的連接酶目前已經(jīng)鑒定出來(lái)，就是細(xì)胞凋亡抑制蛋白（cIAP），包含cIAP1和cIAP2。這些蛋白與NOD1結(jié)合后，通過(guò)其配體和具有E3泛素連接酶活性的指環(huán)結(jié)構(gòu)域使RICK進(jìn)行K63-泛素化。在最近的研究中發(fā)現(xiàn)用NOD1的配體刺激ECs會(huì)導(dǎo)致大量的前炎癥趨化因子產(chǎn)生，在IFN-γ存在與不存在的情況下，都會(huì)刺激胃腸道ECs包括新鮮分離的初始ECs產(chǎn)生Th1型趨化因子（10KDa的IFN-γ誘導(dǎo)蛋白，IP-10）。起先許多研究者都認(rèn)為這是由NF-κB活化引起的，之所以這么認(rèn)為的一種可能是研究中所使用的細(xì)胞都是轉(zhuǎn)染細(xì)胞，其NOD1和/或NF-κB的報(bào)告基因會(huì)過(guò)表達(dá)，而不是在生理?xiàng)l件下研究刺激細(xì)胞后內(nèi)源性的NOD1的表達(dá)。這就產(chǎn)生了一種可能：在NOD1活化誘導(dǎo)ECs產(chǎn)生趨化因子的信號(hào)通路中，并不包括NF-κB的活化。在隨后的一系列研究中證實(shí)：NOD1配體刺激EC以及IP-10的產(chǎn)生過(guò)程中確實(shí)不需要NF-κB的活化，而是通過(guò)I型IFN誘導(dǎo)，它通過(guò)IP-10轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，IFN-刺激基因因子3（ISGF3）誘導(dǎo)IP-10的產(chǎn)生。這就形成了一條獨(dú)特的NOD1信號(hào)通路：首先活化的RICK與TRAF3結(jié)合，隨后TANK結(jié)合蛋白激酶1（TBK1），IKKε以及下游的IRF7的活化，進(jìn)而誘導(dǎo)IFN-β和ISGF3的產(chǎn)生。ISGF3是由Stat1、Stat2和IRF9構(gòu)成的異源三聚體，不僅是IP-10的轉(zhuǎn)錄因子，同時(shí)也是IRF7的轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而誘導(dǎo)IP-10和IFN-β的產(chǎn)生。總之，這些研究表明，至少是對(duì)ECs來(lái)說(shuō)，NOD1所利用的信號(hào)通路途徑在病毒的細(xì)胞信號(hào)通路更普遍，至于這一信號(hào)通路是否在其他細(xì)胞中也有功能，仍需要深入的研究。

4 Hp感染與NOD1活化

大部分Hp引起的胃炎患者的胃上皮細(xì)胞中都有NOD1的高表達(dá)，這表明NOD1信號(hào)通路參與了人胃部炎癥反應(yīng)[10]。另外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在NOD1缺陷的小鼠急性感染cag-PAI陽(yáng)性Hp后胃部會(huì)有大量的Hp增殖，而NOD1正常的小鼠則不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，同時(shí)cag-PAI陰性的Hp感染也不會(huì)出現(xiàn)大量的Hp增殖的現(xiàn)象。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：胃部ECs識(shí)別Hp產(chǎn)生的PGN至少需要依賴IV型分泌系統(tǒng)的功能。因此，正如Viala等人的實(shí)驗(yàn)表明，表達(dá)功能性cag-PAI的Hp能夠有效的分泌放射性標(biāo)記的PGN到ECs中，而Hp251株——含無(wú)功能性cag-PAI——卻不能分泌放射性標(biāo)記的PGN到ECs中。另外，一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，胃上皮細(xì)胞系A(chǔ)GS細(xì)胞感染Hp后，能夠誘導(dǎo)IL-8的產(chǎn)生，以NOD1/cag-PAI依賴的模式。然而，值得注意的是，最近Kaparakis等人提供了一種不依賴cag-PAI的NOD1活化的機(jī)制實(shí)驗(yàn)證據(jù)。他們從cag-PAI陽(yáng)性和陰性的Hp中純化了外膜囊泡（OMVs），Hp來(lái)源的OMVs包含了大量的細(xì)菌細(xì)胞壁成分如PGN，通過(guò)NOD1依賴的和cag-PAI非依賴的模式誘導(dǎo)AGS細(xì)胞產(chǎn)生IL-8。OMVs通過(guò)脂筏來(lái)活化ECs胞質(zhì)中NOD1。另外，NOD1缺陷的小鼠對(duì)口服免疫OMVs表現(xiàn)出固有免疫和適應(yīng)性免疫的缺失。病人感染缺少功能性IV型分泌系統(tǒng)的菌株仍然能夠產(chǎn)生炎癥反應(yīng)和Th1免疫應(yīng)答。這些關(guān)于OMVs誘導(dǎo)NOD1活化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可能在某種程度解釋了NOD1介導(dǎo)的抗Hp的Th1免疫應(yīng)答需要功能性的cag-PAI存在。在這些結(jié)果的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定在什么條件下，Hp感染引起的NOD1活化需要功能性的IV型分泌系統(tǒng)存在[11]。

5 展望

目前，關(guān)于NLRs在固有免疫中作用的研究已經(jīng)取得許多重要的發(fā)現(xiàn)，然而，對(duì)于NLRs識(shí)別其配體的機(jī)制仍不清楚。雖然NLRs和其他含有LRRs結(jié)構(gòu)域的病原識(shí)別分子有共同點(diǎn)，但是NLRs能否直接識(shí)別或結(jié)合病原體或病原體的產(chǎn)物，目前仍然缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)。NLRs中LRRs和哺乳動(dòng)物中的TLRs、植物中的R蛋白具有同源性，可能參與到NLRs對(duì)病原體產(chǎn)物的結(jié)合，這種假設(shè)在某些NLRs成立，但并不是所有的NLRs[12]。

最近的研究表明，ECs中的NOD1的活化是部分的，不是全部的，因?yàn)镹OD1誘導(dǎo)IFN-β的產(chǎn)生及其信號(hào)通路的活化通常是由病毒感染引起的。這對(duì)我們認(rèn)識(shí)粘膜系統(tǒng)如何利用固有免疫機(jī)制應(yīng)對(duì)慢性細(xì)菌感染具有重要意義。有意義的是，TLR配體誘導(dǎo)產(chǎn)生的前炎癥細(xì)胞因子會(huì)在NOD1配體存在的條件下顯著增加。因此，胃部的APCs中NOD1和TLR的協(xié)同激活可能在粘膜防御病原體的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，因此，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證APCs中NOD1的表達(dá)與否是否影響APCs對(duì)Hp的主動(dòng)防御將非常有意義。

總之，目前仍有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，包括NLRs信號(hào)通路的分子機(jī)制，NLRs如何識(shí)別病原分子，NLRs和其他PRRs之間的相互作用以及NLRs在體內(nèi)是如何參與機(jī)體免疫防御，另外，我們還需要更好的認(rèn)識(shí)NLRs的突變導(dǎo)致炎癥性疾病易感性的分子機(jī)制。因此，需要進(jìn)一步的深入研究NLRs在機(jī)體免疫應(yīng)答中的作用，從而為NLRs相關(guān)炎癥性的疾病提供更合理的治療。

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