核苷酸结合寡聚结构域1在急性胰腺炎中的作用机制研究进展

2020-12-10李仁礼毛骏向晓辉夏时海

中华胰腺病杂志 2020年4期

李仁礼毛骏向晓辉夏时海

武警特色医学中心消化疾病研究所，天津 300171

【提要】核苷酸结合寡聚结构域1(NOD1)是核苷酸结合寡聚结构域样受体(NLRs)中的一种，它作为一种模式识别受体，能够识别微生物物种之间的保守结构，这种保守结构即病原相关分子模式(PAMPs)。某些PAMPs能够与NOD1结合，激活相应通路，从而引起炎症反应，诱发天然免疫。NOD1的激活在多种疾病中发挥着重要作用，本文就其在AP中的作用进行综述。

天然免疫系统是机体抵抗病原微生物的第一道防线，它是由巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、肥大细胞以及自然杀伤细胞等多种细胞组成，通过模式识别受体(pattern recognition receptors，PRRs)识别微生物物种之间的保守结构，如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、鞭毛蛋白、RNA、DNA以及肽聚糖等，这些保守结构即病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)[1-3]。目前已知的PRRs包括Toll样受体 (toll-like receptors,TLRs)、核苷酸结合寡聚结构域样受体(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)、RIG-I样受体(RIG-I-like receptors,RLRs)、C型凝集素受体(c-type lectin receptors,CLRs)和AIM2样受体(AIM2-like receptors,ALRs)[4]。过去几十年中，人们通过对TLRs的研究加深了对天然免疫系统的理解，TLRs的激活通常会引起促炎细胞因子反应和抗原特异性免疫反应，它们主要表达于先天免疫细胞的细胞表面或核内小体上[5]。与TLRs结构和位置不同，NLRs是细胞内PRRs的一个大家族，其特征是存在保守的核苷酸结合寡聚结构域(nucleotide-binding oligomerization domain，NOD)结构，根据N端结构不同，可分为CARD-containing NODs、 PYD-containing NALPs和BIR-containing NAIPs 3个亚家族[6]。NOD1属于CARD-containing NODs中的一种，它在病原体的识别和免疫应答的激活中起着重要的作用[7]。

一、NOD1的结构及信号转导

NOD1是一种位于胞质内的模式识别受体，它能够识别大多数革兰阴性菌和少数革兰阳性菌在细胞壁肽聚糖合成或分解过程中产生的小分子物质，即iE-DAP[8-9]。NOD1主要由3个功能结构域构成，C端富含亮氨酸重复序列的LRR结构域参与配体识别；中间NOD域能促进自身寡聚化并具有ATP酶活性；N端半胱天冬酶募集域(caspase recruitment domain,CARD)募集相应蛋白并产生信号分子。当配体iE-DAP与NOD1中C端LRR结构域结合时，中间NOD域发生寡聚化反应，引起N端CARD域暴露，通过CARD-CARD相互作用，募集并激活受体相互作用丝氨酸/苏氨酸激酶(receptor-interacting serine/threonine kinase,RICK)，进而引起κB抑制剂(inhibitors of κB, IκB)降解，导致NF-κB核易位，炎性基因转录表达。除此之外，还可引起丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路的激活[7,9]。

二、表达NOD1的细胞

NOD1在造血细胞和非造血细胞中都有表达，其中主要在巨噬细胞、树突状细胞等抗原提呈细胞中表达[6-7,9]。此外，Le等[10]发现在沙门菌引起的小鼠伤寒模型中，肠道固有层树突状细胞表达的NOD1在清除致病菌的过程中起关键作用；Grubman等[11]发现在胃上皮细胞中，NOD1在清除幽门螺杆菌感染的宿主防御机制中发挥重要作用；Opitz等[12]发现肺炎衣原体能够引起内皮细胞NOD1的活化，提示NOD1可能与心血管疾病相关；Xu等[13]发现在牛磺胆酸钠诱发的ANP大鼠模型中，肠道组织NOD1表达增高；Tsuji等[14]发现在蛙皮素诱导的小鼠腺泡细胞炎症模型中，NOD1的激活是炎症发生发展的关键步骤。

三、NOD1引起AP的分子机制

NOD1的激活在AP发生发展过程中起到关键作用。动物实验中，蛙皮素是小鼠AP模型常用诱导剂，然而，Tsuji等[14]发现，在经抗生素处理肠道无菌状态的情况下，蛙皮素不能诱导小鼠产生AP。随后，他们应用FK156(NOD1配体)、MDP(NOD2配体)单独或联合蛙皮素处理肠道无菌状态的小鼠，结果发现，FK156组、MDP组以及MDP+蛙皮素组均未诱导出明显的胰腺炎，而FK156+蛙皮素组表现出明显的胰腺炎症。此外，对于肠道有耐药大肠杆菌的小鼠，用抗生素处理肠道后，应用蛙皮素可诱导出与FK156+蛙皮素组相似的胰腺炎症。在肠道菌群存在的情况下，用蛙皮素对基因敲除鼠TLR2-/-型、TLR4-/-型、TLR9-/-型、NOD1-/-型以及野生型小鼠进行实验，结果发现，野生型、TLR2-/-型和TLR9-/-型小鼠血清淀粉酶明显升高，TLR4-/-型小鼠血清淀粉酶升高不明显，而NOD1-/-型小鼠血清淀粉酶几乎不升高。也就是说，即使蛙皮素与肠道菌群均存在，没有NOD1依然无法诱导小鼠AP。NOD1主要通过以下途径在AP发生发展过程中起作用。

1．蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)：PKC是一类膜定位的蛋白激酶，在细胞信号转导中发挥着重要作用[15]。当胆囊收缩素受体被激活时，能够引起细胞内PKC的活化[16]。然而，由蛙皮素信号通路引起的PKC活化并不能激活足够的NF-κB，同样地，由NOD1信号通路引起的RICK活化也不能激活足够的NF-κB，而当PKC与RICK同时活化时则能够激活足够的NF-κB，进而导致AP的发生[14]。而应用PKC抑制剂或基因敲除PKC能够减少蛙皮素所诱导的胰腺腺泡细胞NF-κB的激活[17]。研究发现[18]，PKC与RICK是通过共同作用于TGF-β激活性激酶1(TGF β-activated kinase 1，TAK1)而诱导NF-κB的产生(图1)。

2．TAK1：TAK1是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)家族中的一员，在哺乳动物中以与适配蛋白TAB1及TAB2结合的复合体存在，在调节介导炎症基因表达方面起着非常重要的作用[19]。Shim等[20]发现，TAK1-/-突变体的小鼠胚胎致死，且TAK1-/-的胚成纤维细胞NF-κB信号通路严重受损。用IL-1β、TNF-α及LPS等促炎因子刺激细胞能激活TAK1，进而引起其下游IκB激酶(IκB kinase，IKK)激活，结果导致NF-κB释放[19]。然而Sato等[21]发现用IL-1β、TNF-α及LPS等刺激TAK1-/-细胞并不能诱导NF-κB的产生。上述结果表明，TAK1位于NF-κB的上游并对其调控起关键作用。

3．NF-κB：NF-κB是一种核转录因子，介导与炎症、胚胎发育、组织损伤和再生有关的基因的表达，在AP的发生和发展中起着核心作用[17,22-23]。正常情况下，NF-κB与其抑制剂IκB结合存在于细胞质中，当细胞受到细胞因子、LPS或活性氧(reactive oxygen species,ROS)等因素刺激时，IκB迅速被IKK磷酸化并被蛋白酶体降解，NF-κB被释放并发生核易位，然后与其同源DNA序列结合，进而诱导靶基因的转录，包括TNF-α、TGF-β、IL-1β、IL-6等(图1)[17,23]。在蛙皮素、牛磺胆酸盐、L-精氨酸、胆胰管结扎等各种AP动物模型中均发现NF-κB活性增高[23-24]。而应用蛙皮素处理NF-κB基因敲除型小鼠，其血清淀粉酶、脂肪酶较对照组明显降低，组织学炎症表现明显减轻[25]。此外，一些抗氧化剂、抗炎药、蛋白酶抑制剂等均被证实通过抑制NF-κB的活性进而减轻AP炎症程度[23]。

4．Ⅰ型干扰素(type-I interferon,IFNⅠ)：IFNⅠ包括IFN-α、IFN-β、IFNω 3种形式，是一类具有抑制增殖、诱导分化、调节免疫系统和抑制血管生成等多种生物学功能的细胞因子[26]。研究发现应用NOD1的配体FK156刺激细胞能引起IFNⅠ大量产生[27]。Tsuji等[14]应用FK156与低剂量蛙皮素共同刺激IFN-αβ受体缺失型小鼠，与对照组相比，IFN-αβ受体缺失型组小鼠表现为MAP，血清淀粉酶和单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)水平显著降低，磷酸化信号转导及转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)表达均明显降低，提示NOD1通过IFNⅠ对STAT3起着调控作用(图1)。

5．STAT3：STAT3是STAT蛋白家族中的一种，参与免疫、炎症和肿瘤发生等，正常情况下STAT3是以非激活态存在于细胞内，当细胞受到各种细胞因子或生长因子刺激时，STAT3迅速转化为激活态，诱导一系列炎症因子产生[28]。在低剂量蛙皮素+NOD1小鼠胰腺炎模型中可见胰腺腺泡细胞中pSTAT3核表达，而在NOD1-/-小鼠则几乎不表达pSTAT3，这与之前NOD1通过IFNⅠ对STAT3起着调控作用的结论一致[14]。

6．MCP-1：MCP-1是调节单核/巨噬细胞迁移和浸润的关键趋化因子之一，其通过募集趋化因子受体2阳性的巨噬细胞内流至胰腺，参与AP的发生发展[29]。Brady等[30]发现，在蛙皮素或牛磺胆酸钠诱导的AP动物模型中，血液及胰腺组织MCP-1表达增高。Régner等[31]观察到临床患者入院时血清MCP-1水平与SAP的发展密切相关，血清MCP-1水平高则易发生SAP。而应用MCP-1阴性突变体质粒或阻滞剂的蛙皮素AP动物模型中，血清MCP-1水平明显降低，血清酶学以及胰腺组织病理学亦明显改善[32-33]。研究表明，MCP-1的产生依赖于STAT3和NF-κB的激活，应用STAT3抑制剂JSI-124或NF-κB抑制剂IMD-0354均可导致血清淀粉酶和MCP-1水平部分降低，而两种药物同时使用则可导致血清淀粉酶和MCP-1水平明显下降，在胰腺炎症评分方面也得到了类似的结果[14]。