NLRC5的生物學功能及其在呼吸系統疾病發病中作用的研究進展

李慶蘇，竇冬冬，朱薇薇

1 濰坊醫學院臨床醫學院兒科，山東 濰坊 261000；2 濟南市中心醫院兒科

由微生物感染或組織損傷引發的固有免疫反應是機體抵御病原體入侵的第一道防線，核苷酸寡聚化結構域（NOD）樣受體在固有免疫過程中發揮重要作用［1］。NLRC5是近10年新發現的NOD 樣受體，已被證實在人高和動物的腦、肺、前列腺等組織中表達［2］。近年研究發現，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疾病的發病機制中起重要作用［3-4］，成為探索呼吸系統疾病發病機制和治療疾病研究的新位點。現就NLRC5 的生物學功能及其在呼吸系統疾病發病中作用的研究進展作一綜述。

1 NLRC5概述

1.1 NLRC5 的結構 NLRs 在結構上有三重結構域的同類性，其C 端結構為LRR 結構域富含亮氨酸，參與結合配體；中間結構為中心核苷酸結合結構域（NBD），對自我寡聚化起重要作用；N 端可表現為CARD、PYD 及BIR 等多種結構域類型［1，5-6］。自2010年NLRC5 被發現以來，NLRC5 已被證實位于人類16q13 號染色體上約96 kb 的區域［1，7］。NLRC5 是目前發現NLRs 家族中蛋白相對分子質量最大的，約204 kD，其結構特征是非典型的N 端CARD 結構，又稱死亡折疊結構域［8］。此外，NLRC5 的NBD 結構域包含Walker A 區和Walker B 區，分別對核苷三磷酸（NTP）結合和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 成員的中間結構域發現，在其CARD 和NOD結構域之間存在一個二分型核定位信號（NLS），參與蛋白在胞間穿梭（見圖1）。

圖1 NLRC5的結構

1.2 NLRC5的表達

1.2.1 NLRC5 在組織中的表達 NLRC5 在絕大多數物種中普遍表達，但其表達水平在機體不同器官及組織中的高低不一。KUENZEL 等［2］通過RT-PCR技術發現，NLRC5 mRNA 在人體內表達最高的部位是腦、肺和前列腺組織，次之為心臟、消化道和胸腺，而在脾臟、淋巴結和白細胞等免疫組織中表達最低［2］。WANG 等［9］研究發現，NLRC5 mRNA 在患有免疫系統疾病的人及小鼠的免疫組織中表達顯著增加，包括骨髓、淋巴結、胸腺、脾臟等部位，這一結果與現有的微陣例數據庫一致。近年來，NLRC5 已在神經系統疾病、癌癥以及免疫系統疾病的發病機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，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 在細胞中的表達 NLRC5 不同于多數NLRs 受體，其具有核蛋白特性，其在胞質及胞核中均有表達，高表達NLRC5 的細胞多見于細胞質，而低表達NLRC5 的細胞多見于細胞核［10-11］。已知MHCⅡ類分子反式激活因子（CⅡTA）包含三個核定位信號（NLSs），經輸入蛋白α 和核轉運蛋白受體（CRM1）介導的出核機制實現細胞核和細胞質之間穿梭，NLRC5 同樣包含兩個NLS 信號實現胞間穿梭。MEISSENR 等［12］使用CRM1 抑制劑萊普霉素B抑制蛋白的出核轉運，檢測到NLRC5 在細胞核中表達增高，同樣證實了其穿梭作用及轉錄調控作用。

1.3 NLRC5的生物學功能

1.3.1 負性調控NF-κB 表達 NF-κB 是一組高度保守的多功能轉錄因子，在先天性和適應性免疫中起關鍵作用，其調節失常導致多種疾病的發生，如免疫缺陷病、病毒感染、炎癥和癌癥等［1］。在呼吸系統氣道上皮細胞中，由激酶異二聚體IKKα/IKKβ 和調節亞基NEMO 組成的IκB 激酶復合物（IKK）激活引起NF-κB 過度激活，進一步誘導細胞因子的表達及中性粒細胞募集，可導致肺部炎癥及肺損傷。CUI等［13］通過熒光素酶檢測首次證實NLRC5 是NF-κB激活的有效負調節因子，NLRC5 的LRR 結構域可與調節亞基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，細胞高表達NLRC5 對NF-κB 基因核易位具有調控作用，并可抑制NF-κB下游通路從而抑制炎癥反應［14］。

1.3.2 調控IFN-Ⅰ表達 干擾素（IFN）協調多種生物及細胞反應，可抵抗病毒感染、調節細胞生長，抑制腫瘤的增殖，并可誘導產生抑制病毒復制的細胞因子誘發炎癥反應和實現免疫控制［14-15］。有研究表明，IFN 對NLRC5 的啟動子及其基因產物具有調控作用，早期已有實驗數據表明NLRC5 可正向調控IFN-Ⅰ信號通路的激活。近年來，多項實驗結果趨向于NLRC5 負性調控IFN-Ⅰ的表達。在體外試驗中通過基因敲除技術抑制巨噬細胞中NLRC5 的表達后，水皰性口炎病毒（VSV）和Poly（I：C）刺激該細胞，結果表明NLRC5 作用于RIG-Ⅰ/MDA5 配體，并抑制IFN-Ⅰ應答，從而敲減NLRC5 后IFN-β 表達增加［11，16］。NLRC5 同樣抑制了漿細胞樣樹突狀細胞IFN-Ⅰ表達［17］。NLRC5 的負反饋調控作用同樣在體內實驗中得以驗證，NLRC5 缺陷小鼠在受到LPS或VSV感染時，血清中可檢測到產生更多的IFN-β。

1.3.3 調控主要組織相容性復合體-Ⅰ（MHC-Ⅰ）表達 MCH-Ⅰ向T 淋巴細胞呈遞抗原激活適應性免疫應答，參與機體自身免疫、癌癥和感染等病理過程。NLRC5 可特異性調控并反式激活編碼MHC-Ⅰ類基因，為探究這一過程，KOBAYASHI 等［18］構建了野生型及突變型NLRC5 的細胞系，并通過聚類分析證實NLRC5可促進MHC-Ⅰ類基因及其附屬基因的表達。研究表明，NLRC5 表達可通過IFN-γ 通路調控MHC-Ⅰ類基因，NLRC5 的激活可促進MHC-Ⅰ表達，反之亦然，不影響MHC-Ⅱ類基因表達。在NLRC5 敲除小鼠模型中，經典小鼠MHC-Ⅰ類基因在T細胞、NK 細胞和NKT 細胞中的構成性表達嚴重受損，輕度損傷非經典MHC-Ⅰ類基因表達，這一結論同人體細胞系的觀察結果相符。NLRC5 在多種細胞類型起促進MHC-Ⅰ類高表達的關鍵作用，尤其在淋巴細胞中作用更為顯著［19］。IFN-g、病毒感染、細菌感染等激活STAT1 同源二聚體，誘導NLRC5 直接與NLRC5啟動子中的GAS位點結合，NLRC5從細胞質穿梭到細胞核，并與S-X-Y 基序結合，形成一個有效的增強體，進一步誘導MHC-Ⅰ轉錄。無論是在人類還是小鼠中，NLRC5 均有較集中的轉錄調節活性，可調控經典和非經典MHC-Ⅰ類基因及少數編碼APM蛋白的基因的表達［20］。

2 NLRC5在呼吸系統疾病發展中的作用

NLRC5是一種新發現的NOD 樣受體，近年來在神經系統疾病、腫瘤發生、靶向治療及免疫系統疾病的發病機制等領域的研究取得了突破性進展。呼吸系統疾病的發生與早期炎癥因子的識別及炎癥的激活等有關。

2.1 NLRC5 在肺癌發展中的作用 近年來，對腫瘤進展和免疫逃避機制的認識取得較大進展，部分研究表明，NLRC5 通過增強腫瘤MHC-Ⅰ類基因的表達參與調控腫瘤免疫逃逸，通過統計分析發現，近期的實驗研究結果多呈現為NLRC5 在腫瘤組織中高表達并促進腫瘤發生發展［3，12］。一項研究表明，NLRC5 是Ⅲ期非小細胞肺癌的陰性預后指標，NLRC5 與MHC-Ⅰ類基因的表達在腫瘤組織中呈正相關，提示患兒預后差［21］。這項研究僅集中于免疫組織化學實驗，未探討NLRC5 是否對肺癌細胞有影響，還需隨機篩選試驗驗證NLRC5 是否可以作為癌癥生物標志物預測患兒預后。此外，有待更多體外和體內實驗驗證MHC-Ⅰ類基因和NLRC5對腫瘤生長和分化的影響。

2.2 NLRC5 在哮喘發展中的作用 近年來，哮喘發病隨環境變化呈逐年升高趨勢。研究顯示，采用OVA 誘導建立小鼠過敏性哮喘模型的肺組織中NLRC5、TLR2、NLRP3、ASC 等炎性小體復合物成分表達上升［22］。已知TLR2 介導的過敏性氣道炎癥反應是哮喘重要的發病機制之一。研究表明NLRC5 參與TLR2 激活的炎癥信號通路，可調控TLR2/NF-κB信號通路抑制巨噬細胞的炎癥反應及炎性小體的表達［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胞，結果表明NLRP3和NLRC5可獨立識別鼻病毒2B 蛋白，激活Caspase-1、促進IL-1β 的分泌并激活炎癥小體，進而誘發哮喘發作。呼吸道合胞病毒（RSV）刺激肺癌A549 細胞氣道上皮細胞，也可導致上調NLRC5 的表達誘發下游過敏性哮喘反應［4］。NLRC5 與哮喘發病關系密切，參與的信號通路仍有待進一步實驗研究。

2.3 NLRC5 在肺損傷發病中的作用 急性肺損傷（ALI）具有較高的發病率和病死率，常繼發于重癥肺炎、重癥膿毒癥等急性炎癥性疾病［25］。LI 等［26］采用脂多糖（LPS）誘導建立的小鼠體內ALI 模型和肺癌A549 細胞體外ALI 模型，組織及細胞受到LPS 刺激后NLRC5 的表達升高，而高水平的NLRC5 可降低細胞活力、誘導細胞凋亡并促進TNF-α、IL-6 和IL-1β 等促炎性細胞因子釋放（見圖2），這一結果在其他急性肺損傷實驗中同樣得以驗證。

圖2 NLRC5調控NF-κB和IFN-I通路以及MHC-I基因表達示意圖

2.4 NLRC5 在其他呼吸系統疾病發展中的作用 呼吸道病毒感染發病率極高，已知NLRC5 在不同細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細胞、巨細胞病毒感染的HFF細胞和仙臺病毒感染的HeLa 細胞。CHOTHE 等［27］發現NLRC5 是流感病毒感染的前病毒因子，參與了依賴IFN 的基因轉錄調控，其敲低可導致IP10、IFNβ 和CCL5 的釋放和IFNα 的分泌減少，這一結果在雞巨噬細胞中得以驗證，此外NLRC5 可抑制NF-κB通路，抑制促炎介質IL-2、IL-6、CCL5、IL-5、STAT3和IFN-ν 的上調。KATHY 等［24］發現，鼻病毒感染支氣管細胞時，鼻病毒可誘導細胞高爾基體及內質網中的鈣離子減少，破壞細胞內鈣穩態，NLRC5可與NLRP3協同作用感知鈣離子失衡并觸發IL-1β激活，進而引發炎癥小體激活。 GUO 等［4］發現，RSV 感染A549 細胞經兩個通路激活NLRC5，一方面RSV 通過刺激細胞分泌IFN-β激活NLRC5，另一方面，細胞可直接識別病毒RNA 經RIG-I 通路激活IRF3 和IFN-β 分泌，進而激活NLRC5 表達。Vero 細胞是遺傳缺陷導致的IFN-β 缺陷細胞系，可通過直接識別病毒RNA 激活NPRC5，敲減NLRC5 激活NF-κB 通路抑制病毒的復制。此外，NLRC5 參與肺纖維化的形成過程可能與NF-κB 通路相關，但其具體機制尚不明確，有待進一步研究。

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