NLRC5的生物学功能及其在呼吸系统疾病发病中作用的研究进展

李庆苏，窦冬冬，朱薇薇

1 潍坊医学院临床医学院儿科，山东 潍坊 261000；2 济南市中心医院儿科

由微生物感染或组织损伤引发的固有免疫反应是机体抵御病原体入侵的第一道防线，核苷酸寡聚化结构域（NOD）样受体在固有免疫过程中发挥重要作用［1］。NLRC5是近10年新发现的NOD 样受体，已被证实在人高和动物的脑、肺、前列腺等组织中表达［2］。近年研究发现，NLRC5在过敏性气道炎症、肺癌、肺损伤及呼吸道病毒感染等呼吸系统疾病的发病机制中起重要作用［3-4］，成为探索呼吸系统疾病发病机制和治疗疾病研究的新位点。现就NLRC5 的生物学功能及其在呼吸系统疾病发病中作用的研究进展作一综述。

1 NLRC5概述

1.1 NLRC5 的结构 NLRs 在结构上有三重结构域的同类性，其C 端结构为LRR 结构域富含亮氨酸，参与结合配体；中间结构为中心核苷酸结合结构域（NBD），对自我寡聚化起重要作用；N 端可表现为CARD、PYD 及BIR 等多种结构域类型［1，5-6］。自2010年NLRC5 被发现以来，NLRC5 已被证实位于人类16q13 号染色体上约96 kb 的区域［1，7］。NLRC5 是目前发现NLRs 家族中蛋白相对分子质量最大的，约204 kD，其结构特征是非典型的N 端CARD 结构，又称死亡折叠结构域［8］。此外，NLRC5 的NBD 结构域包含Walker A 区和Walker B 区，分别对核苷三磷酸（NTP）结合和NTP 水解过程起重要作用。KUENZEL 等［2］通过核磁共振对比分析NLRC5 与其他NLRs 成员的中间结构域发现，在其CARD 和NOD结构域之间存在一个二分型核定位信号（NLS），参与蛋白在胞间穿梭（见图1）。

图1 NLRC5的结构

1.2 NLRC5的表达

1.2.1 NLRC5 在组织中的表达 NLRC5 在绝大多数物种中普遍表达，但其表达水平在机体不同器官及组织中的高低不一。KUENZEL 等［2］通过RT-PCR技术发现，NLRC5 mRNA 在人体内表达最高的部位是脑、肺和前列腺组织，次之为心脏、消化道和胸腺，而在脾脏、淋巴结和白细胞等免疫组织中表达最低［2］。WANG 等［9］研究发现，NLRC5 mRNA 在患有免疫系统疾病的人及小鼠的免疫组织中表达显著增加，包括骨髓、淋巴结、胸腺、脾脏等部位，这一结果与现有的微阵例数据库一致。近年来，NLRC5 已在神经系统疾病、癌症以及免疫系统疾病的发病机制及靶向治疗的研究中取得阶段性成果，NLRC5 同样在人肺组织中高表达，已成为肺癌、肺损伤、病毒感染及哮喘等肺部疾研究的新方向。

1.2.2 NLRC5 在细胞中的表达 NLRC5 不同于多数NLRs 受体，其具有核蛋白特性，其在胞质及胞核中均有表达，高表达NLRC5 的细胞多见于细胞质，而低表达NLRC5 的细胞多见于细胞核［10-11］。已知MHCⅡ类分子反式激活因子（CⅡTA）包含三个核定位信号（NLSs），经输入蛋白α 和核转运蛋白受体（CRM1）介导的出核机制实现细胞核和细胞质之间穿梭，NLRC5 同样包含两个NLS 信号实现胞间穿梭。MEISSENR 等［12］使用CRM1 抑制剂莱普霉素B抑制蛋白的出核转运，检测到NLRC5 在细胞核中表达增高，同样证实了其穿梭作用及转录调控作用。

1.3 NLRC5的生物学功能

1.3.1 负性调控NF-κB 表达 NF-κB 是一组高度保守的多功能转录因子，在先天性和适应性免疫中起关键作用，其调节失常导致多种疾病的发生，如免疫缺陷病、病毒感染、炎症和癌症等［1］。在呼吸系统气道上皮细胞中，由激酶异二聚体IKKα/IKKβ 和调节亚基NEMO 组成的IκB 激酶复合物（IKK）激活引起NF-κB 过度激活，进一步诱导细胞因子的表达及中性粒细胞募集，可导致肺部炎症及肺损伤。CUI等［13］通过荧光素酶检测首次证实NLRC5 是NF-κB激活的有效负调节因子，NLRC5 的LRR 结构域可与调节亚基NEMO 竞争，亦可同IKKα/IKKβ 亚基相互影响并阻断其磷酸化和激酶活性。有研究显示，细胞高表达NLRC5 对NF-κB 基因核易位具有调控作用，并可抑制NF-κB下游通路从而抑制炎症反应［14］。

1.3.2 调控IFN-Ⅰ表达 干扰素（IFN）协调多种生物及细胞反应，可抵抗病毒感染、调节细胞生长，抑制肿瘤的增殖，并可诱导产生抑制病毒复制的细胞因子诱发炎症反应和实现免疫控制［14-15］。有研究表明，IFN 对NLRC5 的启动子及其基因产物具有调控作用，早期已有实验数据表明NLRC5 可正向调控IFN-Ⅰ信号通路的激活。近年来，多项实验结果趋向于NLRC5 负性调控IFN-Ⅰ的表达。在体外试验中通过基因敲除技术抑制巨噬细胞中NLRC5 的表达后，水疱性口炎病毒（VSV）和Poly（I：C）刺激该细胞，结果表明NLRC5 作用于RIG-Ⅰ/MDA5 配体，并抑制IFN-Ⅰ应答，从而敲减NLRC5 后IFN-β 表达增加［11，16］。NLRC5 同样抑制了浆细胞样树突状细胞IFN-Ⅰ表达［17］。NLRC5 的负反馈调控作用同样在体内实验中得以验证，NLRC5 缺陷小鼠在受到LPS或VSV感染时，血清中可检测到产生更多的IFN-β。

1.3.3 调控主要组织相容性复合体-Ⅰ（MHC-Ⅰ）表达 MCH-Ⅰ向T 淋巴细胞呈递抗原激活适应性免疫应答，参与机体自身免疫、癌症和感染等病理过程。NLRC5 可特异性调控并反式激活编码MHC-Ⅰ类基因，为探究这一过程，KOBAYASHI 等［18］构建了野生型及突变型NLRC5 的细胞系，并通过聚类分析证实NLRC5可促进MHC-Ⅰ类基因及其附属基因的表达。研究表明，NLRC5 表达可通过IFN-γ 通路调控MHC-Ⅰ类基因，NLRC5 的激活可促进MHC-Ⅰ表达，反之亦然，不影响MHC-Ⅱ类基因表达。在NLRC5 敲除小鼠模型中，经典小鼠MHC-Ⅰ类基因在T细胞、NK 细胞和NKT 细胞中的构成性表达严重受损，轻度损伤非经典MHC-Ⅰ类基因表达，这一结论同人体细胞系的观察结果相符。NLRC5 在多种细胞类型起促进MHC-Ⅰ类高表达的关键作用，尤其在淋巴细胞中作用更为显著［19］。IFN-g、病毒感染、细菌感染等激活STAT1 同源二聚体，诱导NLRC5 直接与NLRC5启动子中的GAS位点结合，NLRC5从细胞质穿梭到细胞核，并与S-X-Y 基序结合，形成一个有效的增强体，进一步诱导MHC-Ⅰ转录。无论是在人类还是小鼠中，NLRC5 均有较集中的转录调节活性，可调控经典和非经典MHC-Ⅰ类基因及少数编码APM蛋白的基因的表达［20］。

2 NLRC5在呼吸系统疾病发展中的作用

NLRC5是一种新发现的NOD 样受体，近年来在神经系统疾病、肿瘤发生、靶向治疗及免疫系统疾病的发病机制等领域的研究取得了突破性进展。呼吸系统疾病的发生与早期炎症因子的识别及炎症的激活等有关。

2.1 NLRC5 在肺癌发展中的作用 近年来，对肿瘤进展和免疫逃避机制的认识取得较大进展，部分研究表明，NLRC5 通过增强肿瘤MHC-Ⅰ类基因的表达参与调控肿瘤免疫逃逸，通过统计分析发现，近期的实验研究结果多呈现为NLRC5 在肿瘤组织中高表达并促进肿瘤发生发展［3，12］。一项研究表明，NLRC5 是Ⅲ期非小细胞肺癌的阴性预后指标，NLRC5 与MHC-Ⅰ类基因的表达在肿瘤组织中呈正相关，提示患儿预后差［21］。这项研究仅集中于免疫组织化学实验，未探讨NLRC5 是否对肺癌细胞有影响，还需随机筛选试验验证NLRC5 是否可以作为癌症生物标志物预测患儿预后。此外，有待更多体外和体内实验验证MHC-Ⅰ类基因和NLRC5对肿瘤生长和分化的影响。

2.2 NLRC5 在哮喘发展中的作用 近年来，哮喘发病随环境变化呈逐年升高趋势。研究显示，采用OVA 诱导建立小鼠过敏性哮喘模型的肺组织中NLRC5、TLR2、NLRP3、ASC 等炎性小体复合物成分表达上升［22］。已知TLR2 介导的过敏性气道炎症反应是哮喘重要的发病机制之一。研究表明NLRC5 参与TLR2 激活的炎症信号通路，可调控TLR2/NF-κB信号通路抑制巨噬细胞的炎症反应及炎性小体的表达［23］。呼吸道病毒感染是哮喘和慢性阻塞性肺病的主要病因，KATHY 等［24］采用鼻病毒刺激人原代支气管上皮细胞，结果表明NLRP3和NLRC5可独立识别鼻病毒2B 蛋白，激活Caspase-1、促进IL-1β 的分泌并激活炎症小体，进而诱发哮喘发作。呼吸道合胞病毒（RSV）刺激肺癌A549 细胞气道上皮细胞，也可导致上调NLRC5 的表达诱发下游过敏性哮喘反应［4］。NLRC5 与哮喘发病关系密切，参与的信号通路仍有待进一步实验研究。

2.3 NLRC5 在肺损伤发病中的作用 急性肺损伤（ALI）具有较高的发病率和病死率，常继发于重症肺炎、重症脓毒症等急性炎症性疾病［25］。LI 等［26］采用脂多糖（LPS）诱导建立的小鼠体内ALI 模型和肺癌A549 细胞体外ALI 模型，组织及细胞受到LPS 刺激后NLRC5 的表达升高，而高水平的NLRC5 可降低细胞活力、诱导细胞凋亡并促进TNF-α、IL-6 和IL-1β 等促炎性细胞因子释放（见图2），这一结果在其他急性肺损伤实验中同样得以验证。

图2 NLRC5调控NF-κB和IFN-I通路以及MHC-I基因表达示意图

2.4 NLRC5 在其他呼吸系统疾病发展中的作用 呼吸道病毒感染发病率极高，已知NLRC5 在不同细胞类型的几种病毒感染中被激活，包括Raus肉瘤病毒感染的A549细胞、巨细胞病毒感染的HFF细胞和仙台病毒感染的HeLa 细胞。CHOTHE 等［27］发现NLRC5 是流感病毒感染的前病毒因子，参与了依赖IFN 的基因转录调控，其敲低可导致IP10、IFNβ 和CCL5 的释放和IFNα 的分泌减少，这一结果在鸡巨噬细胞中得以验证，此外NLRC5 可抑制NF-κB通路，抑制促炎介质IL-2、IL-6、CCL5、IL-5、STAT3和IFN-ν 的上调。KATHY 等［24］发现，鼻病毒感染支气管细胞时，鼻病毒可诱导细胞高尔基体及内质网中的钙离子减少，破坏细胞内钙稳态，NLRC5可与NLRP3协同作用感知钙离子失衡并触发IL-1β激活，进而引发炎症小体激活。 GUO 等［4］发现，RSV 感染A549 细胞经两个通路激活NLRC5，一方面RSV 通过刺激细胞分泌IFN-β激活NLRC5，另一方面，细胞可直接识别病毒RNA 经RIG-I 通路激活IRF3 和IFN-β 分泌，进而激活NLRC5 表达。Vero 细胞是遗传缺陷导致的IFN-β 缺陷细胞系，可通过直接识别病毒RNA 激活NPRC5，敲减NLRC5 激活NF-κB 通路抑制病毒的复制。此外，NLRC5 参与肺纤维化的形成过程可能与NF-κB 通路相关，但其具体机制尚不明确，有待进一步研究。

综上所述，NLRC5 与呼吸系统疾病的发生密不可分，是哮喘、急性肺损伤、肺癌等疾病发展的重要调控因子，对呼吸系统疾病具有明确的调节作用。NLRC5 通过调节NF-κB、IFN-Ⅰ、炎症信号通路和MHC-Ⅰ类基因表达等多条通路参与呼吸系统疾病的病理生理过程。NLRC5 与MHC-Ⅰ类基因过度激活诱导肿瘤的发生，其表达可作为非小细胞肺癌的预后指标；NLRC5 参与哮喘的炎症反应过程并可负反馈调节巨噬细胞的炎症反应及炎性小体相关蛋白的表达，有望成为过敏性气道炎性反应治疗的新靶点；NLRC5 在急性肺损伤、呼吸道病毒感染和肺纤维化等疾病发生过程中表达上调，并受miR-520c-3p基因调控。