NLRX1相关机制研究进展*

党 赢,王小燕，师建平,刘 钰,张 锁

1.内蒙古医科大学研究生学院(呼和浩特 010110)，2.内蒙古医科大学中医学院(呼和浩特 010110)

主题词 @NLRX1 @ROS 炎症 自噬/相关蛋白质类 细胞凋亡

NLR家族受体可以被外源性的危险信号和内源性的危险信号识别并激活，通过调节下游多个信号转导途径[2]，调节机体的多种生命活动[3]，维持机体正常生命活动。NLRX1(Nucleotide binding domain and leucine rich repeat containing family member X1)也被称为NOD5、NOD9、NOD26、DLNB26，是一种重要的模式识别受体，属于NLR家族成员之一。据相关报道，它是第一个位于线粒体中的蛋白质，它在调节免疫应答、促进ROS生成、线粒体损伤、细胞自噬、细胞凋亡等方面起着重要的作用[4]，并且与许多疾病的发生，发展，变化密切相关，由于NLRX1的相关作用机制仍然不明确，研究领域较为广泛，依然是近年来的一个研究热点。

1 NLRX1的基本结构

人类的NLRX1基因位于11号染色体上，编码1008个氨基酸，保守功能极高，在鉴别病原微生物方面起着重要作用[1]。NLRX1作为NLR家族的成员之一，与其他成员的结构不同，NLRX1的氮端包含一个线粒体定位序列，这使它成为第一个定位于线粒体的NLR，没有氮终端效应结构域，它被39个氨基酸残基的线粒体靶向序列所取代，使NLRX1位于线粒体外膜中，在线粒体的定向传递中起着重要的作用。但是对于NLRX1的定位目前还存在争议，Unger BL等在研究呼吸道上皮细胞的屏障功能时显示NLRX-1主要表达于细胞质和顶端表面而不是线粒体中，研究结果表明一种新颖的RV诱导屏障破坏机制涉及NLRX-1和线粒体ROS，并且NLRX-1在RV感染后易位至线粒体[5]。

Hong等用X射线晶体学实验对纯化的NLRX1碳端重组片段(cNLRX1)进行了分析，发现NLRX1的LRR结构域由三部分组成，包括氮端螺旋结构(LRRNT) ,中心LRR基序(LRRM)和碳端三螺旋束结构(LRRCT)[6]。也发现了NLRX1分子不同于其他分子位于线粒体外膜的碳端(cNLRX1，残留629-975)是一个亮氨酸重复(LRR)，可分为三个部分：氮端螺旋结构包含两个OT螺旋域，中央重复模块和三螺旋结构的C端。通过由NLRX1单体形成两个聚合物介导的相互作用，通过氮介导的分子间相互作用形成三聚体的完整的六聚合物蛋白可以直接激活NLRX1结合的侵入病毒RNA。碳末端LRR在NLRX1形成六聚体蛋白和配体激活识别中起着重要的作用。在NLRX1序列中，核苷酸结合寡聚化结构域(NODNAD)位于NLRX1的表面，可以形成一个环状结构自聚体与其它分子如线粒体反应，与线粒体抗病毒信号分子(MAVS)相互作用，并且负反馈参与调节下游炎症信号通路[7]。

2 NLRX1的分布与定位

NLRX1作为模式识别受体NLRs家族成员之一，广泛分布于各种生物中[8]，在人体中，主要分布于人体各种组织细胞中，特别是在肌肉、心脏、乳腺等高能量代谢和强代谢的组织中，其分布特征也表明它与线粒体能量代谢密切相关。NLRX1在细胞内定位存在一定的争议，有学者认为NLRX1定位于线粒体外膜并与MAVS相互作用形成复合物，并且定位于线粒体膜基质，其与内膜呼吸链复合物III 紧密相关；也有学者认为NLRX1存在于细胞质中和调节激酶(IKK)的活动中，上述研究结果与NLRX1的不同作用功能有关，是其在不同的细胞内定位、监管的信号转导通路不同的反映。

3 NLRX1的功能

3.1 固有免疫 NLRX1是一种免疫调节分子，先天免疫可以识别病原微生物入侵机体的早期阶段，诱导机体产生适应性的免疫应答过程。其主要是通过TLRs识别病原体相关分子模式(Pathogen-associated molecular pattems，PAMps)和LRR识别损伤相关分子模式(Damage associated molecular pattern，DAMPs)[9-13]，IFN-I的激活，包括IFNβ、IFN-α和IFNω，通过干扰素受体进一步诱导相关基因的表达，进而调节细胞的代谢、营养、凋亡等过程，并且直接清除病原体，进一步形成免疫记忆。有动物实验研究表明NLRX1是炎症性肠炎(IBD)期间粘膜炎症，代谢和肠道微生物组之间相互作用的候选调节剂[14]。

模式识别受体主要有三种：TLRs(Toll样受体，TLRs)，RLRs(RIG1样受体,RLRs)和NLRsl类受体。NLRX1作为NLRs家族成员，可以阻断RIGI与MAVs之间的相互作用，从而在调节线粒体抗病毒免疫应答中发挥负向作用[15]。目前，有研究显示NLRX1在固有免疫和被动免疫反应中发挥着重要作用[16]，能够积极参与多种PRRs介导的信号通路的调节。NLRX1靶向调控线粒体抗病毒蛋白MAVS，进一步来负向调控RLR信号；在接受LPS刺激后，NLRX1快速发生K63泛素化，并与TRAF6分离，结合IKK复合物，抑制IKKa/IKKp的磷酸化过程，进而抑制NF-oB的激活。NLRX1还可以通过靶向STING负向调节干扰素反应,抑制病毒出发的先天免疫，并促进HIV-1和DNA病毒的复制[17]；NLRX 1通过抑制MAVS依赖的NLRP3炎症小体的活化来减弱心肌缺血中的细胞凋亡和炎症反应[18]。病毒感染后，NLRX1除了抑制IFN-I的产生，还能促进细胞自噬。NLRX1的这种双重功能和自噬相关蛋白Atg5 -Atg 12非常相似，但它们并不直接相互作用。NLRX1通过中间分子-----线粒体Tu转录延伸因子(TUFM)，与Atg_5-Atg 12及Atg16-L1组成结构较大的复合体，促进感染细胞的自噬作用。IAV (Influenza A virus)通过其辅助蛋白PB1-F2来破坏线粒体的电位，从而诱导免疫细胞的早期凋亡，进而破坏宿主的免疫系统以实现自身的免疫逃避;而NLRX1能够与PB1-F2结合来抑制IAV诱导的巨噬细胞凋亡，并促进巨噬细胞的存活和IFN-I信号。当病毒感染时，NLRX1还能改变细胞死亡途径，使细胞由坏死转变为凋亡,并促进DRP1磷酸化，增加线粒体分裂。

3.2 NLRX1促进ROS生成 活性氧(ROS)是真核细胞在电子转移反应中产生的具有高活性的O2代谢产物的统称，具有较高细胞毒性[6]。NLRX1对免疫起着积极的调节作用，通过过度表达调节，可以促进ROS的迅速生成。在某些微生物的刺激下，NLRX1可以促进ROS的产生。ROS作为炎症反应和免疫应答的二级信号分子，在机体抵抗入侵病原体的先天免疫过程中起着重要作用。在生理条件下，机体的有氧呼吸等生理活动会产生少量的ROS，由于ROS有一定的细胞毒性，因此机体会启动一系列的机制来清除过量的ROS，维持机体稳态水平。有研究表明低水平ROS在信号转导、基因表达调控和宿主防御等方面起着重要的调控作用。例如，NLRX1通过促进ROS的产生和JNK信号传导途径的激活，加速HEI-OC1细胞中顺铂诱导的耳毒性[19]。细胞内大部分的ROS主要通过两种途径产生:线粒体电子运输链复合物和膜结合氧化酶(NADPH和DUOX)。NLRX1借助其氨基末端MT序列由线粒体外膜进入线粒体基质，通过与呼吸链复合物III中的UQCRC2交互作用，促使线粒体生成ROS，产生的ROS能够激活NF-KB和JNK介导的信号通路，但NLRX1与UQCRC2互作是如何调控ROS产生的机制尚不清楚，仍需要等待进一步研究。

3.3 NLRX1促进自噬作用 病毒感染机体后，NLRX1除了减少IFN-Ⅰ生成，还可以促使ROS生成，也可以促进自噬作用[20]，清除入侵的病原微生物。NLRX1是由中间分子线粒体Tu转录延长因子(Tutranslation elongation factor,TUFM)和自噬相关蛋白At95-Atgl2(Autophagy related protein 5-12，At95-Atgl2)和Atgl6L1(Autophagy related protein 16L1,Atg16L1)组成复合物，通过调节NF-KB、IRF-3增加IFN-1的产生同时抑制RIG-Ⅰ，增强细胞自噬，感染被阻断细胞成分被再循环[21-22]。TUFM、At95-Atgl2与NLRX1类似，抑制RIG-Ⅰ信号通路，促进细胞自噬作用[23]。例如，NLRX1介导的自噬作用加速激活了听觉细胞中顺铂的耳毒性的发生[19,24]。NLRX1很少与线粒体其他蛋白相互作用，这种是由于NLRX1的LRR结构域缺失并终止于氮端，而使得它的自噬作用增强的结果[25-27]。没有病毒刺激时，MAVS、NLRX1、TUFM、Atg5-Atgl2、Atgl6L1组成大复合体，当病毒入侵时，RIG-Ⅰ与病毒RNA5＇端结合并被激活，与从大复合体中排出来的MAVs结合发生作用，快速激活抗病毒信号转导通路。RIG-Ⅰ具有抑制自噬的作用，NLRX1对RIGⅠ信号通路的抑制作用间接促进了自噬的进行[28-29]。

图1 NLRX1调控IFN-I，ROS和自噬信号示意图(Allen 2014)

图2 经典的NF-κB激活通路(Iwai and Tokunaga 2009)

3.4 NLRX1促进凋亡发生 当机体内存在肿瘤细胞时，常常可以出现高水平的ROS以及持续性的NF-κB信号通路激活当高水平的ROS出现在氧量比较低的肿瘤组织内，代表能量的消耗加快，是肿瘤细胞快速增殖的具体表现[30-31]。除此之外，NLRX1还可以激活Caspase-8增强TNF-α的作用来促进凋亡发生。当有TNF-α产生时，NLRX1通过促进前凋亡复合体Ⅱ产生，同时激活Caspase-8，通过线粒体呼吸链复合体I、Ⅲ促进ROS生成，改变肿瘤生存环境，抑制体肿瘤的生长[32]。在非病毒感染的神经退行性疾病，如亨廷顿舞蹈症中，NLRX1还可以通过促进线粒体肿胀裂解重调细胞转归，使其避免坏死转向凋亡。NLRX1通过降低AKT的磷酸化下调抑制肝癌细胞(HCC)上皮 - 间充质转变(EMT)的Snail1表达，并通过AKT-P21依赖性途径诱导癌细胞衰老，此外NLRX1还通过抑制PI3K-AKT信号通路诱导细胞凋亡，促进衰老和降低侵袭力，从而起到肿瘤抑制作用[33]。

3.5 其他功能 有研究显示，负压创面可以通过促进肉芽血管生成来使创面愈合，其作用机制是使miR-195的表达水平上调来抑制NLRX1的表达，促进血管生成[34]。此外，NLRX1还能通过通过抑制MAVS依赖性NLRP3炎性体激活来介导，抑制炎症和凋亡，作为心肌保护性分子，在心肌缺血性损伤中起作用[35]。

4 结 语

胞内模式识别受体NLRX1结构复杂，功能多样，在炎症反应和免疫调节中发挥双重作用，除此之外，还参与细胞能量代谢、线粒体损伤、ROS生成、自噬和凋亡等生命活动，与肿瘤发生以及肺炎、流感、HIV、糖尿病、耳聋、非酒精性脂肪肝疾病、代谢综合征和多发性硬化症等多种疾病密切相关[36-39]。目前对NLRX1的研究才刚刚起步，对此研究也相对较少，其在不同疾病中的发病机制仍不明确，因此还需要我们进行深入研究，为预防、治疗和诊断相关疾病提供可靠思路与方法。