-NOD样受体在炎症反应中的调控作用

生命科学 Chinese Bulletin of Life Sciences 第 22卷 第 5期 2010年 5月 Vol. 22, No. 5 May, 2010 文章编号 ：1004-0374(2010)05-0454-05 收稿日期：2009-11-06；修回日期：2009-12-18 基金项目：广东省自然科学基项目(06025159); 广东省 教育厅自然科学研究项目[粤财教(2005)126] *通讯作者：E-mail：thcf@jnu.edu.cn；Tel 020-85228079 NOD样受体在炎症反应中的调控作用 席　琼, 胡巢凤* （暨南大学医学院病理生理教研室, 广州 510632） 摘　要：天然免疫(innate immunity)是机体免疫系统直接抵御病原体入侵的最初阶段，通过机体自身的 特异性模式识别受体 (pattern-recognition receptors，PRRs)来识别病原体特有的保守结构病原相关分子 模式 (pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)。细胞内NOD样受体(NLRs)是胞浆型 PRRs中 的一个重要家族，病原体侵袭细胞可上调其达，启动机体的免疫应答和炎症反应，在机体天然免疫 应答中发挥独特的功能。最近有研究证明，NLR s 的突变与一些人类免疫性疾病相关，并且在细菌感 染和炎症反应的控制中起重要作用。该文将讨论 NLRs 在炎症疾病中的调控作用。 关键词：N L R s；炎症小体；炎症；调控 中图分类号：R392.11 文献标识码 A Regulation of NOD like receptors in the inflammation XI Qiong, HU Chao-feng* (Department of Pathophysiology, Jinan University Medical School, Guangzhou 510632, China) Abstract: The innate immune system is the first line of defense against microorganisms, and recognizes pathogens through pattern recognition receptors (PRRs) that detect conserved microbial components called pathogen- associated molecular patterns (PAMPs). Nod-like receptors (NLRs) are an important family of intracellular pattern recognition receptors, which trigger immune and inflammatory responses after infection, playing a special role in innate immune system. Recently, some studies show that mutations in NLRs are associated with human immune diseases, and play an important role in infectious and inflammatory responses. In this review, we will discuss the regulation of NLRs in inflammation. Key words: NLRs；inflammasome；inflammation; regulation NOD样受体(NOD like receptors, NLRs)是一类 含有核苷酸结合寡聚域(nucleotide-binding oligomer- zation domain, NOD) 的蛋白质家族，广泛存在于人 类的细胞胞浆内。NOD 蛋白与植物抗病蛋白(disease resistance proteins, R 蛋白) 结构和功能有高度同源 性，R蛋白能识别病原体的不同结构，激发植物抗 病原体的防御反应，最终导致细胞死亡[1]。NOD蛋 白为胞浆内的模式识别受体，其结构包括：(1)中 央的核苷酸结合寡聚化区域(NACHT)，是NLRs家 族共同拥有的结构，对于NLRs的寡聚化和活化非 常重要；(2)N末端效应结合区域，即N-末端蛋白 - 蛋白相互作用的结构域，如半胱氨酸蛋白酶激活和 募集结构域( caspase activation and recruitment domain, CARD): (3)C末端富含亮氨酸的重复序列(LRRs)， 可以识别受体[2]。 1　NLRs的分类及信号转导 在人类，NLRs家族由 22种胞内模式识别分子 组成，分布于多种组织细胞，包括单核细胞、巨 噬细胞、T 细胞、B 细胞、小肠的树突样细胞和 潘氏细胞。最近人类 NLRs 被分为以下 5 类：(1 ) NLRA，包括 CIITA，含有酸性结构域；(2)NLRB， 包括NAIP，在N端含有 3 个杆状病毒抑制重复结 构域(baculoviral inhibitory repeat domain，BIR); (3) NLRC，包括NOD1、NOD2、NLRC3~NLRC5，含 有 CARD结构域；(4)NLRP，包括NLRP1~LRP14， 455第5期 席　琼，等：N OD 样受体在炎症反应中的调控作用 含有 pyrin结构域，其中NLRP1分子LRR结构域的 C端比其他NLRP成员多出1 个FIIND和1个CARD 结构域，而 NLRP10 缺少一个 LRR 结构域；(5 ) NLRX，与其他NLRs亚族成员的N末端没有很强同 源性的 NLR家族[3]。 NOD1和NOD2通过CARD-CARD募集含丝氨 酸 -苏氨酸激酶的 RIP2 [receptor-interacting protein (RIP)-like interacting caspase-like apoptosis-regulatory protein(CLARP )kinase]激活NF-kB和促分裂素原活化 蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK) 信号途径。而包含PYD的NLRP蛋白与ASC(apoptosis- associated speck-like protein containing CARD)结合引 起 caspase-1的激活，引起炎症反应[4]。NLRs与炎 症因子之间以及NLRs成员之间形成复杂的网络共同 调节免疫应答，加强机体炎症反应和抗微生物感染 的能力。 虽然发现NLRs的许多成员可促进炎症的发展， 但持续或病理条件下的炎症刺激，可造成全身性炎症 反应综合征(SIRS)、器官功能障碍综合征(MODS)、 感染性休克等疾病，近年来研究证实，该家族的某 些成员在炎性刺激下可抑制NF-kB、IL-1b的激活， 从而抑制炎症反应，对维持机体稳态起重要作用， 并为治疗相关疾病提供了有利的条件。 2 　炎症小体 炎症小体是多蛋白复合物，包括NLRs、胞内 接头蛋白ASC和前炎性 caspase，并且是 caspase-1 活化所必需的反应平台，调控 I L - 1 b、I L - 1 8、 IL-33等促炎细胞因子的加工及活化，参与天然免 疫系统的激活。NLRP家族成员如NLRP1和NLRP3 等作为炎症小体的主要支架。不同的炎症小体作为 一种分子平台导致相同的结果，即激活促炎性半胱 氨酸蛋白酶 -1 (ca spas e -1 )和半胱氨酸蛋白酶 - 5 (caspase-5)。活化的 caspase-1，调控 IL-1b、IL- 18和 IL-33的加工和分泌。IL-1b能够使机体对感染 和损伤产生全身或局部的反应，在慢性和急性炎症 反应中起着重要的作用。NLRP家族成员在细菌感 染后触发炎症小体的募集，可能通过细菌产生的毒 素或细菌分泌系统感受膜干扰信息或转运细菌成分 进入胞质，因此在调节炎症小体的募集中有重要的 作用 [ 5 ]。 3　NLRs的促炎作用 3.1　NOD1 NOD1蛋白分布于全身各种组织细胞，可识别 肽聚糖。还有报道指出NOD1可识别胞外微生物， 如铜绿色假单胞菌和幽门螺杆菌(HP)[6,7]。研究显示 NOD1缺陷小鼠更容易感染HP，与野生型小鼠相比 其死亡率明显增高[7]。人类NOD1基因的多态性与 哮喘和特异性湿疹发病率及IgE水平升高有着密切联 系[8]。NOD1介导的对皮肤和黏膜表面细菌产物的 识别可能影响Th2的极化和 IgE的浓度[9]。Opitz等[10] 研究得出 siRNA 导致NOD1基因沉默可以使肺炎衣 原体感染诱导的白细胞介素 - 8(interleukin-8，IL-8) 释放显著减少；此外，在高度表达NOD1及NOD2 的HEK293细胞内，肺炎衣原体感染诱导NF-kB的 活化显著增强，故认为NOD1在肺炎衣原体感染的 炎症反应中可能起重要作用。NOD1突变导致疾病 的机制并不十分清楚，Geddes 等[11]认为NOD1突变 产生的特异性疾病是NF-kB激活增强的结果，致使 一些调整亚型丧失。在诸如哮喘和炎症性肠疾病 中，NOD1亚型的表达发生改变，导致异常炎症的 发生。 3.2　 NOD2 NOD2又称CARD15、NLRC2，其主要分布于 上皮细胞和抗原呈递细胞(APCs)，作为细菌细胞壁 成分的胞内感受器，其识别的最小基序为胞壁酰二 肽(muramyl dipep tide, MDP)，通过NF-kB途径激 活下游的炎症介质和促炎因子，从而介导炎症反 应。有研究证实，肺炎链球菌通过NOD2受体诱导 NF-kB活化，在肺组织中参与了肺炎链球菌感染的 免疫防御反应[12 ]。 迄今为止，至少发现58种疾病相关性NOD2突 变或致病性NOD2突变。NOD2突变所致的疾病主 要有：(1)Crohn’s病(CD)，一种病因不明的小肠炎 症性疾病。2001年，在 CD患者中用连锁分析和连 锁不平衡图谱鉴定出敏感性 N OD 2 基因多态性。 NOD2基因位于 16q12，可诱导NF-kB激活、介导 细胞凋亡以及影响肠道先天性防御因子，如小肠潘 氏细胞防御素的表达[13]。在 CD患者中主要有三种 NOD2的多态性，即Arg702Trp (SNP8) 、Gly908Arg ( SNP12 ) 的两种错义突变和Leu1007f sinsC (SNP13) 的移码突变[14]。它们在NOD2的 LRR区域里或附 近，因此，能影响配体的结合，使 NOD2 不能识 别胞壁酰二肽、NF-kB活性降低、肠黏膜控制细菌 感染的反应丧失，从而诱发异常强烈的炎症反应。 但许多有NOD2突变的患者仍然保持健康，甚至在 前 10~15年无症状直至发病，因此，推断可能有其 他因素导致本病的发生，或许是与NOD2突变有关 456 生命科学 第22卷 联的基因或环境因素[15]。(2)Blau 综合征(BS)，一 种常染色体显性遗传病，临床上主要表现为不依赖 病原微生物刺激的无菌性炎症反应，包括肉芽肿性 关节炎、葡萄膜炎和皮疹。迄今为止，发现NOD2 的四种错义突变与该病的发生有关，位于编码 NACHT区域的R334Q和 R334W，以及 L469F 和 E383。这些突变可以使 NOD2的功能放大，在缺 乏病原刺激的情况下，机体免疫系统异常持续性激 活[14]。(3)早发型肉瘤(EOS)，EOS表现为不同器官 的肉芽肿，特别是关节、眼睛和皮肤，因其与 BS 表现特征几乎相同，故认为 BS和 EOS属同一种疾 病[5]。EOS与 NOD2中 R334W的突变有关，可放 大NOD2的功能，但其他的肉芽肿性炎症，如成人 肉瘤病和Wegener’s肉芽肿均与NOD2无关[1]。 此外，有研究发现转染 N O D 2 正常基因及 NOD2突变基因(3020insC)的肠上皮细胞株Caco2， 用鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhiunum)感染，结 果发现转染正常NOD2基因的细胞其胞内细菌数量 明显少于NOD2突变基因的细胞，提示NOD2还可 以阻止鼠伤寒沙门氏菌的入侵，并且还能产生上皮 细胞的防御反应[16]。除了与炎症有关外，近来发现 NOD2 还与一些恶性疾病有关，包括早发型乳腺 癌、非霍奇金淋巴瘤、黑色素瘤和肺癌，以及移 植后排斥反应[11 ]。 3.3　NLRC4(IPAF) NLRC4蛋白也称为 IPAF，与NLRP1和NLRP3 是同源染色体，可形成炎症小体，识别胞浆鞭毛素 并导致 caspase-1的激活。有研究显示NLRC4在胞 内病原体，如鼠伤寒沙门菌、肺炎军团菌等感染时 激活 caspase-1，后者能够介导活性 IL-1b的生成。 在军团菌肺炎的感染中，NLRC4不仅对分泌 IL-1b 起重要作用，还能控制胞内细菌再复制[16]。在鼠伤 寒沙门菌的病例中，NLRC4可通过鞭毛素识别胞内 病原体，并将ASC作为下游连接分子激活 caspase- 1，随后导致巨噬细胞的死亡和 IL-1b的分泌。而 NLRC4缺陷性巨噬细胞感染沙门氏菌后，可致宿主 细胞死亡[1 5 ]。 3.4　NLRP1 NLRP1在多种细胞中低表达，但在免疫T细胞 和朗格汉斯细胞内高表达。由其是否含有LRR区域 而将NLRP1分为两种变体，不含LRR区域的NALR1 不需要结合MDP使自身激活并结合ATP，使机体 对白癜风的易感性增加[1]。NLRP1多态性也与多种 自身炎症有关，如自身免疫性甲状腺炎、成人自身 免疫性糖尿病、风湿性关节炎、银屑病、恶性贫 血、系统性红斑狼疮以及艾迪森病。有研究证实炭 疽病菌能造成 N L R P 1 结构和功能的破坏，携带 Nlrp1等位基因编码蛋白NLRP1b的小鼠对炭疽病菌 更加敏感[1 7 ]。 3.5　NLRP3(cryopyrin) NLRP3(cryopyrin)能够感受外源性、内源性的 配体，通过接头蛋白ASC募集 caspase-1以形成炎 症复合体，参与 caspase-1的活化与 IL-1b前体的成 熟过程。NLRP3是炎症小体的主要组分[1]，NLRP3 对李斯特菌、金黄色葡萄球菌等细菌感染，以及 ATP、尼日利亚菌素、MDP、病毒 RNA、咪唑 喹啉、尿酸结晶、石棉、硅酸盐和 b 淀粉酶均有 反应[11]。NLRP3突变可导致常染色体显性疾病如家 族性寒冷自发炎症综合征(FCAS)、Muckle-wells综 合征和慢性婴儿期皮肤关节综合征(CINCA)。上述 疾病均为自身炎症综合征。在这些疾病中，最常见 突变为 R260W，NLRP3可过度激活 caspase-1和其 突变体，并从粒 \单细胞中释放 IL-1b。最近发现 Blau综合征也是由NOD2的NACHT区突变引起的， 该区相当于NLRP3的R260W，并且NLRP3炎症小 体在无ATP参与的情况下，活化 caspase-1，促进 IL-1b释放，诱发痛风及假痛风慢性关节炎症的发 生与发展[17]。研究证实NLRP3炎症小体与类风湿关 节炎有关，而其炎症小体的其他组分，如 Pyrin的 突变也能导致 IL-1b的大量产生，导致常染色体隐 性家族性地中海发热(FMF)[1]。 4　NLRs的抗炎作用 4.1　NLRP2 NLRP2广泛表达于组织和肿瘤细胞系中。有报 道称NLRP2在造血祖细胞和间质祖细胞的分化中起正 调节作用[17]。最近发现，NLRP2可以通过与ASC的 相互作用控制 IkB的激活，从而抑制NF-kB信号，因 此可调节炎症反应。NLRP2蛋白可抑制由多种刺激 诱导的NF-kB的激活[18]。NLRP2和NLRP7、NLRP10 一起组成了PYPAFs抗炎亚族[19]。在HEK293T细胞 中，TNF-a刺激的 p65或过度表达NF-kB的 p65均 可导致NLRP2的上调，并形成 NF-kB-NLRP2启动 子复合物。因此，NLRP2可能作为负反馈环控制 NF-kB的激活，从而参与抗炎过程[18]。 4.2　NLRP3(Cryopyrin) 虽然NLRP3的促炎作用已被证实，但最近发 现，N L R P 3 在 T N F 和 T N F 相关因子 6 介导的 457第5期 席　琼，等：N OD 样受体在炎症反应中的调控作用 NF-kB的激活中发挥抑制作用[18]。研究证实 FAS相 关因子 1(FAF1)和 NLRP3相互作用后，通过干扰 ASC与NF-kB活化相关的因子募集与激活，从而抑 制PYPAF-NF-kB信号途径。FAF1可能形成NLPR3- ASC复合体，该复合体可抑制NF-kB的激活途径。 该抑制因子的成员还包括NLRP2和NLRP10，它们 均属于抗炎PYPAF亚族蛋白，有抑制NF-kB激活的 作用 [ 2 0 ]。 4.3　NLRP7(PYPAF3) NLRP7在组织中广泛表达并被脂多糖(LPS)或 促炎因子诱导。NLRP7是第二种可以抑制 caspase-1 依赖的 IL-1b分泌的成员。但与NLRP2不同的是， NLRP7 对 NF-kB 激活没有作用。而是通过抑制 pracspase-1和 pro-IL-1b的激活过程，抑制ASC介 导的 IL-1b的释放，因此NLRP7是 IL-1b分泌调节 的反馈分子，抑制炎症反应过程[19 ]。 4.4　NLRP10 (PYNOD，NOD8) NLRP10包括一个N端 PYD和 C端NOD，但 缺少 LRRs，于是又命名为 PYNOD。 PYNOD在 HEK293细胞中抑制由ASC和 CARD12DLRR(截短 LRR的CARD12)诱导的NF-kB的激活，但其并不抑 制由MEKK1或MyD88的 cDNA转染诱导的NF-kB 激活，也不抑制由 TNF-a刺激的 NF-kB的激活。 IL-1b作为促炎因子可被 caspase-1激活，CARD12D LRR的表达或高剂量的ASC可刺激caspase-1介导的 IL-1b的分泌。PYNOD不能诱导 caspase-1介导的 IL-1b的自我成熟，却抑制由高剂量 caspase-1诱导 的ASC和 caspase-1复合体或CARD12DLRR诱导的 IL-1b的释放。PYNOD抑制NF-kB激活的能力仅仅 发生于ASC介导的情况下，说明ASC是PYNOD的 直接靶点[2 1 ]。 4.5　NLRP12(Monarch-1) NLRP12首先在骨髓系和单核细胞系中发现， 作为防御入侵微生物的第一道防线。NLRP12是第 一个被发现可干扰TLR2和TLR4激活的NOD家族 蛋白，因此可通过与 IRAK-1的结合阻断 TLR信号 通路，并抑制 IRAK-1的高度磷酸化[22]。有研究证 实NLRP12在单核细胞中抑制前炎症因子和趋化因 子的产物。结核分枝杆菌和牙龈红棕色单胞菌等的 活体细菌都导致 NLRP12的减少，这些结果说明 NLRP12在TLRs和细胞因子引起的炎症反应中可能 发挥负调节功能。氧化亚氮可以诱导NLRP12的表 达，使其抑制 NF-kB的激活，并抑制促炎因子和 趋化因子的表达，从而减弱炎症反应。在THP-1细 胞中， NLRP12的沉默促进了NF-kB激活，从而证 实内源性NLRP12在单核细胞中抑制NF-kB激活， 并且促炎因子IL-6和IL-1b在NLRP12沉默后的THP-1 单核细胞中增高。这些发现均证实了NLRP12在控 制炎症反应中的负调节作用。除了抑制经典NF-kB 的激活外，NLRP12也可以抑制非经典NF-kB的激 活[22]。 MyD88、IRAK-1、TRAF6 和 p65的过量表 达可导致大量NF-kB的产生；共转染NLRP12的表 达质粒导致MyD88、IRAK-1和 TRAF6诱导的NF- kB减少，而 p65 诱导的 NF-kB 并未减少，说明 NLRP12作用在上游p65表达。有研究证明NLRP12 在结核感染反应中对 IL-6因子的表达起负调节作 用，并在 TLR2、TLR4和 TNFR介导的细胞因子 分泌中起负调节作用[21]。 5　小结与展望 近年来，通过对 NLRs 及其结构、功能的认 识，使我们对哺乳动物宿主识别微生物的机制有了 更深入的认识。虽然NLRs在炎症反应中的调控作 用已得到确定，但仍需进一步明确NLRs在炎症疾 病的作用及其相关机制，这些研究将为炎症疾病的 诊断和防治、新药的靶点设计以及新型疫苗的开发 提供新的思路。 [参 考 文 献] [1] Rebeccah JM, Michael BS, Michael FM. 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