NOD-1在介导固有免疫中的作用

肖楚丽

（邵阳医学高等专科学校，湖南 邵阳422000）

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 activatingfactor 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重要作用[2]。

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（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κB(nuclear factor-κB，NF-κB)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；NOD1广泛表达于多种组织细胞中，而NOD2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——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NOD1的表达，IFN-γ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-κB活化对NOD1的表达没有影响。

3 NOD1的活化与信号通路

目前已经确定NOD1能够识别来自细菌细胞壁PGN的小分子，NOD1能够识别的最小的配体分子是γ-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iEDAP，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-κB和MAPkinases能力[6]。首先，NOD1中的LRR结构域识别配体，继而募集下游的效应分子RICK。RICK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-β激活蛋白激酶1（TAK1）；随后，启动NF-κB亚基的活化，通过磷酸化和IκBα-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IκBα与K48连接的多聚泛素化链的结合导致了IκBα的降解和NF-κB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-γ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-γ诱导蛋白，IP-10）。起先许多研究者都认为这是由NF-κB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-κB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-κB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-κB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），IKKε以及下游的IRF7的活化，进而诱导IFN-β和ISGF3的产生。ISGF3是由Stat1、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，进而诱导IP-10和IFN-β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。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cag-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，因为NOD1诱导IFN-β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。

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