NOD―1在介导固有免疫中的作用

1、【摘 要】机体对微生物入侵的免疫炎症应答过程中 模式识别受体(pattern recognition receptors , PRRs)是启动 机体天然免疫应答机制的关键，主要在获得性免疫系统被活 化之前发挥抗感染作用。 NODl 作为一种新的胞内识别受体 参与了细胞凋亡和核因子 NF-KB 的活化，并与一些炎症性 疾病密切相关，在天然免疫中发挥了重要的作用。【关键词】 NODl ；天然免疫；胞内受体NODs( nucleotide binding oligomerization domain ，NOD)是新近发现的一类重要的细胞质内受体，广泛存在于 植物、线虫、脊椎动物和人类的胞内，在宿主的

2、固有免疫中 发挥着重要作用。 NOD 结构域最早是在细胞凋亡蛋白激酶活 化因子 1 ( apoptotic protease activating factor 1 ， APAF1 )中 发现的，随后通过基因数据库的同源搜索，鉴定出两个含有NOD 结构域的分子：NOD1( CARD4)和 NOD2( CARD15) 目前，在人类已鉴定出 23 种 NLR 蛋白，在小鼠的基因组中 则含有 34 种 NLR 基因。在固有免疫中它们和 TLRs 一样， 识别病原体的相关分子，介导炎症反应和细胞凋亡的发生1。NODs是一类新的胞内模式识别受体，对其进行深入地 研究将有助于认识其在宿主的固有免疫系统中的

3、重要作用NOD1 是 NLR 家族中一个重要的受体， 表达于 APCs 和 胃上皮细胞， 主要识别肽聚糖产生的短肽， Viala 等已证实对 Hp 的清除需要胃上皮细胞表达 NOD1 来识别 Hp 的肽聚糖 3 。随着之后的一些发现， 科学家们提出了一些 NOD1 介导 粘膜对 Hp 的宿主免疫防御机制。在本文中，我们聚焦这些 机制，目的是为了阐明 NOD1 信号通路是如何促进胃部的炎 症反应以及介导机体的主动防御。1 NODs 结构特点与组织分布NODs 受体家族具有 3 个特征性的结构域： N 端募集和激活半胱氨酸蛋白水解酶 (caspase的CARD结构域，中心 核苷酸结合寡聚结构域 (

4、 NOD )和 C 端富含亮氨酸的重复结 构域(leucine-rich repeats , LRRs) 4。CARD 结构域通过 介导 NOD1 和 NOD2 的自身寡聚化参与下游效应分子启动， CARD 结构域在核因子 k B (nuclear factor- k B , NF- k B) 信号通路活化的过程中发挥着重要作用； LRR 结构域主要参 与配体的识别。 NOD1 和 NOD2 两者的不同之处在于： NOD1 (CARD4 )的编码基因位于染色体 7p14， NOD2( CARD15 ) 的编码基因位于 16q12；NOD1 只有一个 CARD 结构域而 NOD2有两个；N0D1

5、广泛表达于多种组织细胞中， 而N0D2 则仅在个别的组织细胞内有表达， 如单核 /巨噬细胞、 肠上皮 细胞等 5 。2 NOD1 的表达TLRs 主要表达于细胞质膜或胞内小泡表面，而 NOD1 则主要表达于细胞质中。 NOD1 主要表达在与病原体接触的 细胞中一一APCs和ECs。大部分的胃肠道细胞系和初始上 皮细胞都表达 NOD1 。前炎症细胞因子能够调节 N0D1的表达，IFN- 丫通过 IFN 调节因子( IRF1 )核易位活化 NOD1 启动子，进而上调 肠道上皮细胞中 NOD1 的表达， 而在这些细胞中， TNF 引起 的NF- k B活化对N0D1的表达没有影响。3 NOD1 的活

6、化与信号通路目前已经确定 NOD1 能够识别来自细菌细胞壁 PGN 的 小分子，N0D1能够识别的最小的配体分子是丫 -谷氨酰基-D-内消旋-二氨基庚二酸，称为iE-DAP。来源于革兰氏阳性 菌的 PGN 大多数缺少 iE-DAP ，相反，来源于革兰氏阴性菌 的 PGN 含有 iE-DAP 。因此， NOD1 的功能是作为革兰氏阴 性菌的一个识别受体，参与对多种革兰氏阴性菌引起的粘膜 感染的宿主防御，如 Shigella ， Escherichia coli 和 Hp。NOD1 信号通路的一条途径涉及到其活化 NF-k B 和 MAPkinases 能力6 。首先， NOD1 中的 LRR 结

7、构域识别配 体，继而募集下游的效应分子 RICK oRICK是一个含有CARD 结构域的丝氨酸 /苏氨酸激酶，通过与 NOD1-CARD 结构域 相互作用与NOD1结合。RICK然后通过K63连接的泛素化 进而募集和激活 TGF- B激活蛋白激酶1 (TAK1 );随后，启 动NF- k B亚基的活化，通过磷酸化和I k B a -K48连接的泛 素化 7 。这些一系列的事件表明： RICK 结合到 NOD1 以及 其 K63 连接的泛素化是 NOD1 介导的信号级联反应中重要一 步，在 RICK 缺陷的细胞中 NOD1 应答反应明显减弱，更证 明了这一观点 8 。在上面阐述的 NOD1 信号

8、通路中重点强调了泛素化在信 号级联反应中的重要作用 9 。一方面：抑制蛋白 I k Ba 与 K48连接的多聚泛素化链的结合导致了I k B a的降解和NF-k B 的亚基 p65、p50 的核易位。另一方面： RICK 和 K63 连 接的多聚泛素化链的结合，使 RICK 降解，从而能够募集下 游的信号分子，如 TAK1 。介导 RICK 和 K63 连接的多聚泛 素化链的结合的连接酶目前已经鉴定出来，就是细胞凋亡抑 制蛋白（ cIAP ），包含 cIAP1 和 cIAP2 。这些蛋白与 NOD1 结合后，通过其配体和具有 E3 泛素连接酶活性的指环结构 域使 RICK 进行 K63- 泛素

9、化。 在最近的研究中发现用 NOD1 的配体刺激 ECs 会导致大量的前炎症趋化因子产生， 在 IFN- Y存在与不存在的情况下， 都会刺激胃肠道 ECs包括新鲜分 离的初始ECs产生Th1型趋化因子（10KDa的IFN- 丫诱导 蛋白， IP-10 ）。起先许多研究者都认为这是由 NF- k B 活化 引起的，之所以这么认为的一种可能是研究中所使用的细胞 都是转染细胞， 其 NOD1 和 /或 NF- k B 的报告基因会过表达， 而不是在生理条件下研究刺激细胞后内源性的 NOD1 的表达。这就产生了一种可能： 在 NOD1 活化诱导 ECs 产生趋化因子的信号通路中，并不包括NF- k B

10、的活化。在随后的一系列研究中证实： NOD1 配体刺激 EC 以及 IP-10 的产生过程 中确实不需要 NF-k B 的活化，而是通过 I 型 IFN 诱导，它 通过IP-10转录复合物，IFN-刺激基因因子3 (ISGF3)诱导 IP-10 的产生。这就形成了一条独特的 NOD1 信号通路：首 先活化的 RICK 与 TRAF3 结合，随后 TANK 结合蛋白激酶 1(TBK1 ), IKK 以及下游的IRF7的活化，进而诱导IFN-B和ISGF3的产生。ISGF3是由Statl、Stat2和IRF9构成 的异源三聚体， 不仅是 IP-10 的转录因子， 同时也是 IRF7 的 转录因子，

11、进而诱导IP-10和IFN- B的产生。总之，这些研 究表明，至少是对 ECs 来说， NOD1 所利用的信号通路途径 在病毒的细胞信号通路更普遍，至于这一信号通路是否在其 他细胞中也有功能，仍需要深入的研究。4 Hp 感染与 NOD1 活化大部分 Hp 引起的胃炎患者的胃上皮细胞中都有 NOD1 的高表达，这表明 NOD1 信号通路参与了人胃部炎症反应10 。另外，动物实验表明，在 NOD1 缺陷的小鼠急性感染 cag-PAI 阳性 Hp 后胃部会有大量的 Hp 增殖， 而 NOD1 正常 的小鼠则不会出现这种现象，同时 cag-PAI 阴性的 Hp 感染 也不会出现大量的 Hp 增殖的现象

12、。这些实验结果表明：胃 部 ECs 识别 Hp 产生的 PGN 至少需要依赖 IV 型分泌系统的 功能。因此，正如 Viala 等人的实验表明， 表达功能性 cag-PAI 的 Hp 能够有效的分泌放射性标记的 PGN 到 ECs 中，而 Hp251 株含无功能性 cag-PAI 却不能分泌放射性标 记的 PGN 到 ECs 中。另外，一些实验结果表明，胃上皮细 胞系 AGS 细胞感染 Hp 后，能够诱导 IL-8 的产生，以 NOD1/cag-PAI 依赖的模式。然而，值得注意的是，最近 Kaparakis 等人提供了一种不依赖 cag-PAI 的 NOD1 活化的机 制实验证据。他们从 c

13、ag-PAI 阳性和阴性的 Hp 中纯化了外 膜囊泡（ OMVs ）， Hp 来源的 OMVs 包含了大量的细菌细胞 壁成分如 PGN ，通过 NOD1 依赖的和 cag-PAI 非依赖的模式 诱导AGS细胞产生IL-8。OMVs通过脂筏来活化 ECs胞质 中NOD1。另外，NOD1缺陷的小鼠对口服免疫 OMVs表现 出固有免疫和适应性免疫的缺失。病人感染缺少功能性 IV 型分泌系统的菌株仍然能够产生炎症反应和 Th1 免疫应答。 这些关于 OMVs 诱导 NOD1 活化的实验结果， 可能在某种程 度解释了 NOD1 介导的抗 Hp 的 Th1 免疫应答需要功能性的 cag-PAI 存在。在这

14、些结果的基础上，需要进一步的实验来 确定在什么条件下， Hp 感染引起的 NOD1 活化需要功能性 的 IV 型分泌系统存在 11。5 展望目前，关于 NLRs 在固有免疫中作用的研究已经取得许 多重要的发现，然而，对于 NLRs 识别其配体的机制仍不清 楚。虽然 NLRs 和其他含有 LRRs 结构域的病原识别分子有 共同点，但是 NLRs 能否直接识别或结合病原体或病原体的 产物，目前仍然缺少实验证据。 NLRs 中 LRRs 和哺乳动物 中的 TLRs 、植物中的 R 蛋白具有同源性， 可能参与到 NLRs 对病原体产物的结合，这种假设在某些 NLRs 成立，但并不 是所有的 NLRs1

15、2 。最近的研究表明， ECs 中的 NOD1 的活化是部分的，不 是全部的，因为N0D1诱导IFN- B的产生及其信号通路的活 化通常是由病毒感染引起的。这对我们认识粘膜系统如何利 用固有免疫机制应对慢性细菌感染具有重要意义。有意义的 是， TLR 配体诱导产生的前炎症细胞因子会在 NOD1 配体存 在的条件下显著增加。因此，胃部的 APCs 中 NOD1 和 TLR 的协同激活可能在粘膜防御病原体的过程中发挥重要作用， 因此，进一步实验验证 APCs 中 NOD1 的表达与否是否影响 APCs 对 Hp 的主动防御将非常有意义。总之，目前仍有许多问题没有解决，包括 NLRs 信号通 路的分

16、子机制， NLRs 如何识别病原分子， NLRs 和其他 PRRs 之间的相互作用以及 NLRs 在体内是如何参与机体免疫防 御，另外，我们还需要更好的认识 NLRs 的突变导致炎症性 疾病易感性的分子机制。 因此，需要进一步的深入研究 NLRs 在机体免疫应答中的作用，从而为 NLRs 相关炎症性的疾病 提供更合理的治疗。1 Henckaerts L ， Pierik M ， Joossens M，et al. Mutations in pattern recognition receptor genes modulate seroreactivity to microbial antige

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