核酸识别模式识别受体在糖尿病中的作用研究进展

刘英奇，谢 璐，刘雨霞，周 娟，刘志平，

（1. 赣南医学院2019级硕士研究生；2. 赣南医学院基础医学院；3. 赣南医学院炎症与免疫中心，江西 赣州 341000）

据国际糖尿病联盟（International Diabetes Federa-tion，IDF）的数据显示，全球糖尿病患病人数约为4.25亿人［1］。糖尿病是心血管疾病高发病率和死亡率的主要原因之一［2］。但糖尿病的发病机制十分复杂，包括环境因素，饮食因素，遗传因素等多方面原因。

模式识别受体（Pattern recognition receptors，PRRs）是主要分布在先天性免疫细胞的受体，它们能识别体外微生物的保守结构称之为病原相关分子模式（Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）来感应微生物的存在，也能识别体内受损细胞释放的某种因子，称之为损伤相关分子模式（Damage-as-sociated molecular pattern，DAMPs）［3］。PRRs家族成员主要有TOLL 样受体（Toll-like receptors，TLRs）、NOD样受体（Nod-like receptors，NLRPs）、AIM2样受体（Aim2-like receptors，ALRs）、STING（Stimulator of interferon genes）和RIG-Ⅰ样受体（RIG-Ⅰ-like re-ceptors，RLRs）等。其中能够识别核酸（DNA 或RNA）的PRRs，包 括 部 分TLRs 如TLR3、TLR7、TLR8、TLR9，ALRs 如AIM2（Absent in melanoma 2）、IFI16、STING、CGAS和RLRs如RIG-Ⅰ、MDA5 等。这些受体结合相应的核酸，激活不同的信号通路，介导不同的细胞因子的产生和免疫细胞的激活，在宿主抵御病原感染和其他各种疾病包括糖尿病及其综合征的发生发展中发挥重要作用［4］。在这里，我们综述了识别核酸的PRRs 中的ALRs、STING 和RLRs 在糖尿病及其并发症中相关作用和机制的研究进展。

1 ALRs

1.1 AIM2AIM2 是ALRs 样受体的主要成员，它位于细胞质或者细胞核内，包含HIN200 结构域和PYD 结构域，前者能结合双链DNA（dsDNA）而后者能将结合dsDNA的信号向下游分子传导［5］。在经典途径中，AIM2 和dsDNA 结合后就能诱导PYD 与衔接蛋白ASC 相互作用从而活化Caspase-1形成炎症小体［6］，使pro-IL-1β 和pro-IL-18 变成成熟的IL-1β 和IL-18及诱导细胞焦亡，从而介导各种免疫反应。

在Ⅱ型糖尿病患者血液中，循环无细胞线粒体DNA 和IL-1β 水平都比健康人高。这些来自糖尿病患者的线粒体DNA 能够诱导巨噬细胞的AIM2炎症小体激活，促进IL-1β 和IL-18 的分泌，提示线粒体DNA 激活的AIM2 炎症小体可能促进Ⅱ型糖尿病的发生［7］。

在胰岛细胞过表达胰岛素样生长因子-Ⅱ（IGF-Ⅱ）的经典小鼠Ⅱ型糖尿病模型中，线粒体自噬存在缺陷，释放更多的线粒体DNA，而这些DNA 能够诱导AIM2 炎症小体的激活和IL-1β 及IL-18 的分泌增加，从而恶化了糖尿病引发的心肌梗塞和心脏衰竭，提示线粒体DNA 诱导的AIM2 炎症小体激活促进糖尿病心肌病的发生［8］。另有研究发现在链脲佐菌素诱导的大鼠糖尿病模型中，AIM2 表达异常升高，而敲低AIM2 后，糖尿病心肌病的症状包括代谢紊乱、心肌纤维化和心肌细胞死亡等明显改善。在体外实验，对心肌细胞进行高葡萄糖处理能诱导AIM2 基因表达明显上调，而对AIM2 的敲低处理能够抑制心肌细胞的炎症小体依赖的细胞焦亡。这说明AIM2 能够通过炎症小体诱导的细胞焦亡来促进糖尿病心肌病［9］。在糖尿病肾病中，坏死细胞产生的DNA 激活巨噬细胞中的AIM2 炎症小体，促进了肾脏的损伤、纤维化和炎症反应。AIM2缺陷能够逆转肾脏损伤和炎症小体的激活，提示AIM2 通过炎症小体促进糖尿病肾病［10］。

从以上研究结果发现，线粒体DNA 或者坏死细胞产生的DNA 能够激活AIM2 炎症小体，通过促进IL-1β 及IL-18 的产生和/或细胞焦亡，介导糖尿病和糖尿病心肌病或者肾病的产生。

1.2 IFI16IFI16 作为ALRs 家族的主要成员之一，存在于细胞质或细胞核中。具有200 个氨基酸的特征基序（Hematopoietic interferon inducible nucleus，HIN）［11］。IFI16 通过其HIN 结构域上的正电荷残基与dsDNA 糖磷酸骨架结合［12-13］，可以被认为是一种DNA 传感器。既参与包括HSV-1、HCMV和HIV-1 在内的DNA 病毒感染的先天性免疫反应［14-16］，也参与了干扰素基因途径的激活。

干扰素诱导蛋白IFI202b和人类同源基因IFI16属于细胞增殖、分化、凋亡和炎症转录调控因子P200 家族［17-18］。一方面IFI202b 在原代胰岛细胞中的过度表达抑制了增殖，能促进糖尿病的进展［19］。另一方面IFI202b 诱导一种重要的白色脂肪细胞决定因子ZFP423 表达，从而激活促成脂基因，抑制脂肪细胞产热基因程序［20］。从而引起脂肪细胞肥大，脂肪储存增加，诱导炎性细胞因子的表达，最终导致胰岛素抵抗［21］。

有研究认为胰岛素产生抵抗的一种机制是脂肪组织的病理性扩张导致的炎症因子、免疫细胞、巨噬细胞浸润的增加所引起的［22］，这可能促进糖尿病的发生发展。IFI16最有可能是IFI202b的人类同源基因［23］，因此检测了IFI16 和ZFP423 同源基因ZNF423 在人类SGBs 细胞早期分化过程中的表达，结果表明IFI16 也参与人类脂肪生成［24］。这提示IFI16 可能通过激活脂肪细胞导致胰岛素抵抗从而促进糖尿病的发生。

从以上研究结果发现，IFI16可能通过调控胰岛细胞的增殖、分化、凋亡来促进糖尿病的发展。另一方面IFI16 可能通过脂肪细胞抑制胰岛素进而促进糖尿病的发生。

2 STING

STING 是内质网内的跨膜蛋白，最初被认为是内质网转位系统的一部分［25］，它的N 端有5 个结构域从而使之锚定在内质网上，它的C 端能与环状双核苷酸（Cyclic dinucleotide，CDNs）如c-di-GMP 和c-di-AMP 结合进而招募TBK1（TANK binding kinase 1）激活IRF3（Interferon regulatory Factor 3）诱导Ⅰ型干扰素表达，参与炎症反应［26］。炎症被认为是肥胖相关的代谢性紊乱如糖尿病的主要影响因素，而cGAS-cGAMP-STING信号通路在炎症发生中起着关键作用［27］。这一通路激活后可以诱导干扰素和其他细胞因子的产生，从而调节机体的炎症相关的代谢性疾病。

有研究表明，在肥胖条件下，这个信号级联中的cGAS、STING 和TBK1 的表达水平或活性显著上调［28-29］。全身敲 除cGAS-cGAMP-STING 下 游 靶标TBK1［30］、IRF3［31］，或用氨来昔诺对TBK1 进行抑制会增强胰岛素的敏感性，并且改善肥胖小鼠和部分Ⅱ型糖尿病患者的糖耐量水平［32］。有研究表明，STING 缺失的小鼠比WT（Wild type mice）小鼠在高脂饮食后胰岛素敏感性更好，血糖的调节能力更强［33］，提示STING 激活可能增加胰岛素耐受进而促进肥胖和Ⅱ型糖尿病的发生。

伤口愈合延迟是糖尿病的主要并发症，导致患者的残疾和死亡［34-35］，有研究发现，棕榈酸（PA）能通过诱导线粒体损伤和线粒体DNA 释放［18］，激活cGAS-cGAMP-STING 信号通路和下游IRF3［36-37］，其直接与MST1 启动子结合诱导MST1 表达，进一步导致YAP 磷酸化/失活和血管生成抑制［38］。这提示cGAS-cGAMP-STING 可能抑制YAP 的生成，从而阻碍糖尿病患者的伤口愈合。在Ⅰ型糖尿病模型中，有研究发现单核细胞严重依赖细胞质DNA 传感器，这些传感器能触发STING信号通路下游的TBK1，导致炎性细胞因子和IFN 分泌增加进而促进各种慢性炎症［39］，提示STING 的激活可能进一步促进糖尿病的发生。

综合以上结果可以发现，STING 信号通路的激活可能通过增加胰岛素耐受或者释放过多细胞因子和IFN 促进糖尿病发生或者通过抑制血管生成，阻碍伤口愈合而促进糖尿病综合征。

3 RLRs

3.1 RIG-ⅠRIG-Ⅰ是RLRs 家族的同源胞浆蛋白成员［40］，RIG-Ⅰ样受体包括RIG-Ⅰ，MDA5 和LGP-2。RIG-Ⅰ包含一个结合dsRNA 的羧基末端解旋酶结构域和两个作为信号域的氨基末端半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。随后激活和招募结构域（CARD），参与炎症或细胞死亡途径相关作用［41］，除了识别dsRNA 外，RIG-Ⅰ还识别病毒核酸分子结构即无帽5′三磷酸单链RNA（5’Single stranded RNA triphosphate，5’Trip-ssRNA）［42-43］，随后促进它们与接头分子VISA 的相互作用［44］，进一步传递下游信号，导致转录因子NF-κB 和IRF-3 的激活引起Ⅰ型干扰素的合成和分泌［45-46］，在抑制病毒和启动免疫反应中发挥关键作用。

在对暴发型Ⅰ型糖尿病和缓慢进展型胰岛素依赖型糖尿病的调查研究中发现，识别微小核糖核酸病毒的LPG2，它在上游位点充当RIG-Ⅰ介导的病毒识别的正调控因子很可能增强了RIG-Ⅰ介导的肠道病毒传感途径，从而加速了特异性β 细胞的破坏［47］。这提示LPG2/RIG-Ⅰ可能通过破坏β 细胞加速糖尿病的发生。另有研究发现在胞内RIG-Ⅰ能识别胰岛β细胞中的双链RNA进一步诱导NF-κB和干扰素β 启动子的激活，转录因子NF-kB 的激活在胰岛β 细胞中具有促凋亡作用［48］，因此RIG-Ⅰ的激活可能有助于内部dsRNA 诱导的β 细胞凋亡［49］。这提示RIG-Ⅰ能通过促进NF-kB的激活诱导β细胞的凋亡来促进糖尿病的发生。

一些研究发现RIG-Ⅰ和MDA5 不仅能通过促炎因子破坏胰腺β 细胞，而且肠道病毒激活的T 细胞和巨噬细胞最有可能浸润胰岛，诱导这些细胞产生IL-18 之后通过胰岛细胞或胰岛基质细胞上的受体以自分泌/旁分泌的方式诱导IFN-γ 的产生，随后一直持续到β 细胞被完全破坏［50］。这提示RIG-Ⅰ和MDA5启动的与适应性免疫相关的先天免疫加速暴发性Ⅰ型糖尿病的发生。

从以上研究结果发现一方面RIG-Ⅰ能识别dsRNA进而诱导NF-κB激活导致β细胞的凋亡从而促进糖尿病的发生。另一方面RIG-Ⅰ启动的有关适应性免疫反应能诱导IFN-γ 的产生，随后一直持续到β 细胞被完全破坏进一步加重糖尿病的发生发展。

3.2 MDA5MDA5 又 称 为IFIH1（Interferon induced with helicase C domain 1），是RIG-Ⅰ样受体的一个重要成员。它能与病毒核酸结合进而导致CARD-CARD 同型相互作用进一步与衔接蛋白（MAVS）结合［51］。一方面能诱导TBK1 进而激活IRF3 诱导干扰素表达，另一方面能活化IKKβ 介导NF-kB 有利于炎症细胞因子表达，从而启动固有免疫应答［52］。

有研究发现激活MDA5 后，一方面可以通过产生的干扰素和促炎因子来限制柯萨奇病毒的感染［53］。另一方面先天免疫信号通路在不同靶组织中的异常激活或表达可导致炎症事件的失调性，导致代谢性疾病如糖尿病的发生发展［21］。Ⅰ型［54］和Ⅱ型糖尿病的产生主要是胰岛素的胰腺β细胞分泌受损的结果，促进β 细胞增殖及其与胰岛素需求相关的物质补偿将有助于有效地预防糖尿病的发生［55］。

在Ⅱ型糖尿病模型中，MDA5明显升高，升高后的MDA5 竞争性结合活性Src，然后阻断Src/stat3/Skp2 通路，降低了胰岛β 细胞的增殖效应［56］，提示MDA5可能通过抑制胰岛β细胞的增殖进而促进糖尿病的发生。有研究对艾迪生病（Addison"s Disease，AD）和Ⅰ型糖尿病的患者进行了基因型分析，分析表明MAVS可能与它们的易感性无关［57］。另有研究显示MDA5 作为Ⅰ型糖尿病的候选基因，能通过调节胰腺β细胞的凋亡和炎症介质的释放来调控糖尿病［58］。MDA5作为Ⅰ型糖尿病的候选基因它能和泛素 特 异 性 肽 酶18（Ubiquitin-specific peptidase，USP18）调节Ⅰ型干扰素信号通路之间相互作用，增加病毒dsRNA 诱导的趋化因子的产生，增加β 细胞的促炎反应［59］。提示MDA5的激活可能促进糖尿病的发生。

以上研究结果发现MDA5一方面能通过降低胰岛β 细胞的增殖升高血糖，另一方面它过度产生的干扰素和促炎因子能促进糖尿病等代谢性疾病的发生和发展。

4 展 望

固有免疫应答在机体免疫和调节中起着重要作用，PRRs 作为固有免疫应答中的重要部分，能识别各种微生物和机体的各种病原体，启动机体免疫反应，预防并阻止炎症所引起的代谢性疾病如糖尿病的进一步发展。线粒体DNA 对AIM2的相关作用促进炎症小体的产生，进而促进糖尿病的发生。STING参与的信号通路cGAS-CGAMP-STING与各种炎症因子有关进而调节各种代谢性疾病，其中高脂饮食能促进cGAS-CGAMP-STING的下游TBK1的产生，进而升高血糖，棕榈酸能促进cGAS-CGAMP-STING的下游IRF3 的产生进而延缓糖尿病患者伤口的愈合。MDA5 的升高能中断Src 下游STAT3 对Skp2 调控，进一步阻止胰腺β细胞的增殖，降低对血糖的调控能力。IFI16 可能通过脂肪细胞抑制胰岛素进而促进糖尿病的发生。RIG-Ⅰ诱导NF-κB、IFN-γ的产生，能导致胰腺β 细胞的破坏从而加重糖尿病的发生发展。总体来说这些受体与糖尿病及相关并发症联系密切，但它的具体作用机制还不明确，值得我们进一步探究。