NLRX1相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展*

黨 贏,王小燕，師建平,劉 鈺,張 鎖

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院(呼和浩特 010110)，2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)學(xué)院(呼和浩特 010110)

主題詞 @NLRX1 @ROS 炎癥 自噬/相關(guān)蛋白質(zhì)類 細(xì)胞凋亡

NLR家族受體可以被外源性的危險(xiǎn)信號(hào)和內(nèi)源性的危險(xiǎn)信號(hào)識(shí)別并激活，通過(guò)調(diào)節(jié)下游多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[2]，調(diào)節(jié)機(jī)體的多種生命活動(dòng)[3]，維持機(jī)體正常生命活動(dòng)。NLRX1(Nucleotide binding domain and leucine rich repeat containing family member X1)也被稱為NOD5、NOD9、NOD26、DLNB26，是一種重要的模式識(shí)別受體，屬于NLR家族成員之一。據(jù)相關(guān)報(bào)道，它是第一個(gè)位于線粒體中的蛋白質(zhì)，它在調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、促進(jìn)ROS生成、線粒體損傷、細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡等方面起著重要的作用[4]，并且與許多疾病的發(fā)生，發(fā)展，變化密切相關(guān)，由于NLRX1的相關(guān)作用機(jī)制仍然不明確，研究領(lǐng)域較為廣泛，依然是近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

1 NLRX1的基本結(jié)構(gòu)

人類的NLRX1基因位于11號(hào)染色體上，編碼1008個(gè)氨基酸，保守功能極高，在鑒別病原微生物方面起著重要作用[1]。NLRX1作為NLR家族的成員之一，與其他成員的結(jié)構(gòu)不同，NLRX1的氮端包含一個(gè)線粒體定位序列，這使它成為第一個(gè)定位于線粒體的NLR，沒有氮終端效應(yīng)結(jié)構(gòu)域，它被39個(gè)氨基酸殘基的線粒體靶向序列所取代，使NLRX1位于線粒體外膜中，在線粒體的定向傳遞中起著重要的作用。但是對(duì)于NLRX1的定位目前還存在爭(zhēng)議，Unger BL等在研究呼吸道上皮細(xì)胞的屏障功能時(shí)顯示NLRX-1主要表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)和頂端表面而不是線粒體中，研究結(jié)果表明一種新穎的RV誘導(dǎo)屏障破壞機(jī)制涉及NLRX-1和線粒體ROS，并且NLRX-1在RV感染后易位至線粒體[5]。

Hong等用X射線晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)純化的NLRX1碳端重組片段(cNLRX1)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)NLRX1的LRR結(jié)構(gòu)域由三部分組成，包括氮端螺旋結(jié)構(gòu)(LRRNT) ,中心LRR基序(LRRM)和碳端三螺旋束結(jié)構(gòu)(LRRCT)[6]。也發(fā)現(xiàn)了NLRX1分子不同于其他分子位于線粒體外膜的碳端(cNLRX1，殘留629-975)是一個(gè)亮氨酸重復(fù)(LRR)，可分為三個(gè)部分：氮端螺旋結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)OT螺旋域，中央重復(fù)模塊和三螺旋結(jié)構(gòu)的C端。通過(guò)由NLRX1單體形成兩個(gè)聚合物介導(dǎo)的相互作用，通過(guò)氮介導(dǎo)的分子間相互作用形成三聚體的完整的六聚合物蛋白可以直接激活NLRX1結(jié)合的侵入病毒RNA。碳末端LRR在NLRX1形成六聚體蛋白和配體激活識(shí)別中起著重要的作用。在NLRX1序列中，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NODNAD)位于NLRX1的表面，可以形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)自聚體與其它分子如線粒體反應(yīng)，與線粒體抗病毒信號(hào)分子(MAVS)相互作用，并且負(fù)反饋參與調(diào)節(jié)下游炎癥信號(hào)通路[7]。

2 NLRX1的分布與定位

NLRX1作為模式識(shí)別受體NLRs家族成員之一，廣泛分布于各種生物中[8]，在人體中，主要分布于人體各種組織細(xì)胞中，特別是在肌肉、心臟、乳腺等高能量代謝和強(qiáng)代謝的組織中，其分布特征也表明它與線粒體能量代謝密切相關(guān)。NLRX1在細(xì)胞內(nèi)定位存在一定的爭(zhēng)議，有學(xué)者認(rèn)為NLRX1定位于線粒體外膜并與MAVS相互作用形成復(fù)合物，并且定位于線粒體膜基質(zhì)，其與內(nèi)膜呼吸鏈復(fù)合物III 緊密相關(guān)；也有學(xué)者認(rèn)為NLRX1存在于細(xì)胞質(zhì)中和調(diào)節(jié)激酶(IKK)的活動(dòng)中，上述研究結(jié)果與NLRX1的不同作用功能有關(guān)，是其在不同的細(xì)胞內(nèi)定位、監(jiān)管的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不同的反映。

3 NLRX1的功能

3.1 固有免疫 NLRX1是一種免疫調(diào)節(jié)分子，先天免疫可以識(shí)別病原微生物入侵機(jī)體的早期階段，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生適應(yīng)性的免疫應(yīng)答過(guò)程。其主要是通過(guò)TLRs識(shí)別病原體相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular pattems，PAMps)和LRR識(shí)別損傷相關(guān)分子模式(Damage associated molecular pattern，DAMPs)[9-13]，IFN-I的激活，包括IFNβ、IFN-α和IFNω，通過(guò)干擾素受體進(jìn)一步誘導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝、營(yíng)養(yǎng)、凋亡等過(guò)程，并且直接清除病原體，進(jìn)一步形成免疫記憶。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明NLRX1是炎癥性腸炎(IBD)期間粘膜炎癥，代謝和腸道微生物組之間相互作用的候選調(diào)節(jié)劑[14]。

模式識(shí)別受體主要有三種：TLRs(Toll樣受體，TLRs)，RLRs(RIG1樣受體,RLRs)和NLRsl類受體。NLRX1作為NLRs家族成員，可以阻斷RIGI與MAVs之間的相互作用，從而在調(diào)節(jié)線粒體抗病毒免疫應(yīng)答中發(fā)揮負(fù)向作用[15]。目前，有研究顯示NLRX1在固有免疫和被動(dòng)免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[16]，能夠積極參與多種PRRs介導(dǎo)的信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。NLRX1靶向調(diào)控線粒體抗病毒蛋白MAVS，進(jìn)一步來(lái)負(fù)向調(diào)控RLR信號(hào)；在接受LPS刺激后，NLRX1快速發(fā)生K63泛素化，并與TRAF6分離，結(jié)合IKK復(fù)合物，抑制IKKa/IKKp的磷酸化過(guò)程，進(jìn)而抑制NF-oB的激活。NLRX1還可以通過(guò)靶向STING負(fù)向調(diào)節(jié)干擾素反應(yīng),抑制病毒出發(fā)的先天免疫，并促進(jìn)HIV-1和DNA病毒的復(fù)制[17]；NLRX 1通過(guò)抑制MAVS依賴的NLRP3炎癥小體的活化來(lái)減弱心肌缺血中的細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)[18]。病毒感染后，NLRX1除了抑制IFN-I的產(chǎn)生，還能促進(jìn)細(xì)胞自噬。NLRX1的這種雙重功能和自噬相關(guān)蛋白Atg5 -Atg 12非常相似，但它們并不直接相互作用。NLRX1通過(guò)中間分子-----線粒體Tu轉(zhuǎn)錄延伸因子(TUFM)，與Atg_5-Atg 12及Atg16-L1組成結(jié)構(gòu)較大的復(fù)合體，促進(jìn)感染細(xì)胞的自噬作用。IAV (Influenza A virus)通過(guò)其輔助蛋白PB1-F2來(lái)破壞線粒體的電位，從而誘導(dǎo)免疫細(xì)胞的早期凋亡，進(jìn)而破壞宿主的免疫系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)自身的免疫逃避;而NLRX1能夠與PB1-F2結(jié)合來(lái)抑制IAV誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞凋亡，并促進(jìn)巨噬細(xì)胞的存活和IFN-I信號(hào)。當(dāng)病毒感染時(shí)，NLRX1還能改變細(xì)胞死亡途徑，使細(xì)胞由壞死轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛲?并促進(jìn)DRP1磷酸化，增加線粒體分裂。

3.2 NLRX1促進(jìn)ROS生成 活性氧(ROS)是真核細(xì)胞在電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中產(chǎn)生的具有高活性的O2代謝產(chǎn)物的統(tǒng)稱，具有較高細(xì)胞毒性[6]。NLRX1對(duì)免疫起著積極的調(diào)節(jié)作用，通過(guò)過(guò)度表達(dá)調(diào)節(jié)，可以促進(jìn)ROS的迅速生成。在某些微生物的刺激下，NLRX1可以促進(jìn)ROS的產(chǎn)生。ROS作為炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答的二級(jí)信號(hào)分子，在機(jī)體抵抗入侵病原體的先天免疫過(guò)程中起著重要作用。在生理?xiàng)l件下，機(jī)體的有氧呼吸等生理活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生少量的ROS，由于ROS有一定的細(xì)胞毒性，因此機(jī)體會(huì)啟動(dòng)一系列的機(jī)制來(lái)清除過(guò)量的ROS，維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)水平。有研究表明低水平ROS在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控和宿主防御等方面起著重要的調(diào)控作用。例如，NLRX1通過(guò)促進(jìn)ROS的產(chǎn)生和JNK信號(hào)傳導(dǎo)途徑的激活，加速HEI-OC1細(xì)胞中順鉑誘導(dǎo)的耳毒性[19]。細(xì)胞內(nèi)大部分的ROS主要通過(guò)兩種途徑產(chǎn)生:線粒體電子運(yùn)輸鏈復(fù)合物和膜結(jié)合氧化酶(NADPH和DUOX)。NLRX1借助其氨基末端MT序列由線粒體外膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)，通過(guò)與呼吸鏈復(fù)合物III中的UQCRC2交互作用，促使線粒體生成ROS，產(chǎn)生的ROS能夠激活NF-KB和JNK介導(dǎo)的信號(hào)通路，但NLRX1與UQCRC2互作是如何調(diào)控ROS產(chǎn)生的機(jī)制尚不清楚，仍需要等待進(jìn)一步研究。

3.3 NLRX1促進(jìn)自噬作用 病毒感染機(jī)體后，NLRX1除了減少IFN-Ⅰ生成，還可以促使ROS生成，也可以促進(jìn)自噬作用[20]，清除入侵的病原微生物。NLRX1是由中間分子線粒體Tu轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)因子(Tutranslation elongation factor,TUFM)和自噬相關(guān)蛋白At95-Atgl2(Autophagy related protein 5-12，At95-Atgl2)和Atgl6L1(Autophagy related protein 16L1,Atg16L1)組成復(fù)合物，通過(guò)調(diào)節(jié)NF-KB、IRF-3增加IFN-1的產(chǎn)生同時(shí)抑制RIG-Ⅰ，增強(qiáng)細(xì)胞自噬，感染被阻斷細(xì)胞成分被再循環(huán)[21-22]。TUFM、At95-Atgl2與NLRX1類似，抑制RIG-Ⅰ信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞自噬作用[23]。例如，NLRX1介導(dǎo)的自噬作用加速激活了聽覺細(xì)胞中順鉑的耳毒性的發(fā)生[19,24]。NLRX1很少與線粒體其他蛋白相互作用，這種是由于NLRX1的LRR結(jié)構(gòu)域缺失并終止于氮端，而使得它的自噬作用增強(qiáng)的結(jié)果[25-27]。沒有病毒刺激時(shí)，MAVS、NLRX1、TUFM、Atg5-Atgl2、Atgl6L1組成大復(fù)合體，當(dāng)病毒入侵時(shí)，RIG-Ⅰ與病毒RNA5＇端結(jié)合并被激活，與從大復(fù)合體中排出來(lái)的MAVs結(jié)合發(fā)生作用，快速激活抗病毒信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。RIG-Ⅰ具有抑制自噬的作用，NLRX1對(duì)RIGⅠ信號(hào)通路的抑制作用間接促進(jìn)了自噬的進(jìn)行[28-29]。

圖1 NLRX1調(diào)控IFN-I，ROS和自噬信號(hào)示意圖(Allen 2014)

圖2 經(jīng)典的NF-κB激活通路(Iwai and Tokunaga 2009)

3.4 NLRX1促進(jìn)凋亡發(fā)生 當(dāng)機(jī)體內(nèi)存在腫瘤細(xì)胞時(shí)，常常可以出現(xiàn)高水平的ROS以及持續(xù)性的NF-κB信號(hào)通路激活當(dāng)高水平的ROS出現(xiàn)在氧量比較低的腫瘤組織內(nèi)，代表能量的消耗加快，是腫瘤細(xì)胞快速增殖的具體表現(xiàn)[30-31]。除此之外，NLRX1還可以激活Caspase-8增強(qiáng)TNF-α的作用來(lái)促進(jìn)凋亡發(fā)生。當(dāng)有TNF-α產(chǎn)生時(shí)，NLRX1通過(guò)促進(jìn)前凋亡復(fù)合體Ⅱ產(chǎn)生，同時(shí)激活Caspase-8，通過(guò)線粒體呼吸鏈復(fù)合體I、Ⅲ促進(jìn)ROS生成，改變腫瘤生存環(huán)境，抑制體腫瘤的生長(zhǎng)[32]。在非病毒感染的神經(jīng)退行性疾病，如亨廷頓舞蹈癥中，NLRX1還可以通過(guò)促進(jìn)線粒體腫脹裂解重調(diào)細(xì)胞轉(zhuǎn)歸，使其避免壞死轉(zhuǎn)向凋亡。NLRX1通過(guò)降低AKT的磷酸化下調(diào)抑制肝癌細(xì)胞(HCC)上皮 - 間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(EMT)的Snail1表達(dá)，并通過(guò)AKT-P21依賴性途徑誘導(dǎo)癌細(xì)胞衰老，此外NLRX1還通過(guò)抑制PI3K-AKT信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)衰老和降低侵襲力，從而起到腫瘤抑制作用[33]。

3.5 其他功能 有研究顯示，負(fù)壓創(chuàng)面可以通過(guò)促進(jìn)肉芽血管生成來(lái)使創(chuàng)面愈合，其作用機(jī)制是使miR-195的表達(dá)水平上調(diào)來(lái)抑制NLRX1的表達(dá)，促進(jìn)血管生成[34]。此外，NLRX1還能通過(guò)通過(guò)抑制MAVS依賴性NLRP3炎性體激活來(lái)介導(dǎo)，抑制炎癥和凋亡，作為心肌保護(hù)性分子，在心肌缺血性損傷中起作用[35]。

4 結(jié) 語(yǔ)

胞內(nèi)模式識(shí)別受體NLRX1結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣，在炎癥反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮雙重作用，除此之外，還參與細(xì)胞能量代謝、線粒體損傷、ROS生成、自噬和凋亡等生命活動(dòng)，與腫瘤發(fā)生以及肺炎、流感、HIV、糖尿病、耳聾、非酒精性脂肪肝疾病、代謝綜合征和多發(fā)性硬化癥等多種疾病密切相關(guān)[36-39]。目前對(duì)NLRX1的研究才剛剛起步，對(duì)此研究也相對(duì)較少，其在不同疾病中的發(fā)病機(jī)制仍不明確，因此還需要我們進(jìn)行深入研究，為預(yù)防、治療和診斷相關(guān)疾病提供可靠思路與方法。