核苷酸結合寡聚結構域1在急性胰腺炎中的作用機制研究進展

李仁禮 毛駿 向曉輝 夏時海

武警特色醫學中心消化疾病研究所，天津 300171

【提要】 核苷酸結合寡聚結構域1(NOD1)是核苷酸結合寡聚結構域樣受體(NLRs)中的一種，它作為一種模式識別受體，能夠識別微生物物種之間的保守結構，這種保守結構即病原相關分子模式(PAMPs)。某些PAMPs能夠與NOD1結合，激活相應通路，從而引起炎癥反應，誘發天然免疫。NOD1的激活在多種疾病中發揮著重要作用，本文就其在AP中的作用進行綜述。

天然免疫系統是機體抵抗病原微生物的第一道防線，它是由巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞、肥大細胞以及自然殺傷細胞等多種細胞組成，通過模式識別受體(pattern recognition receptors，PRRs)識別微生物物種之間的保守結構，如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、鞭毛蛋白、RNA、DNA以及肽聚糖等，這些保守結構即病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)[1-3]。目前已知的PRRs包括Toll樣受體 (toll-like receptors,TLRs)、核苷酸結合寡聚結構域樣受體(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors，NLRs)、RIG-I樣受體(RIG-I-like receptors,RLRs)、C型凝集素受體(c-type lectin receptors,CLRs)和AIM2樣受體(AIM2-like receptors,ALRs)[4]。過去幾十年中，人們通過對TLRs的研究加深了對天然免疫系統的理解，TLRs的激活通常會引起促炎細胞因子反應和抗原特異性免疫反應，它們主要表達于先天免疫細胞的細胞表面或核內小體上[5]。與TLRs結構和位置不同，NLRs是細胞內PRRs的一個大家族，其特征是存在保守的核苷酸結合寡聚結構域(nucleotide-binding oligomerization domain，NOD)結構，根據N端結構不同，可分為CARD-containing NODs、 PYD-containing NALPs和BIR-containing NAIPs 3個亞家族[6]。NOD1屬于CARD-containing NODs中的一種，它在病原體的識別和免疫應答的激活中起著重要的作用[7]。

一、NOD1的結構及信號轉導

NOD1是一種位于胞質內的模式識別受體，它能夠識別大多數革蘭陰性菌和少數革蘭陽性菌在細胞壁肽聚糖合成或分解過程中產生的小分子物質，即iE-DAP[8-9]。NOD1主要由3個功能結構域構成，C端富含亮氨酸重復序列的LRR結構域參與配體識別；中間NOD域能促進自身寡聚化并具有ATP酶活性；N端半胱天冬酶募集域(caspase recruitment domain,CARD)募集相應蛋白并產生信號分子。當配體iE-DAP與NOD1中C端LRR結構域結合時，中間NOD域發生寡聚化反應，引起N端CARD域暴露，通過CARD-CARD相互作用，募集并激活受體相互作用絲氨酸/蘇氨酸激酶(receptor-interacting serine/threonine kinase,RICK)，進而引起κB抑制劑(inhibitors of κB, IκB)降解，導致NF-κB核易位，炎性基因轉錄表達。除此之外，還可引起絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路的激活[7,9]。

二、表達NOD1的細胞

NOD1在造血細胞和非造血細胞中都有表達，其中主要在巨噬細胞、樹突狀細胞等抗原提呈細胞中表達[6-7,9]。此外，Le等[10]發現在沙門菌引起的小鼠傷寒模型中，腸道固有層樹突狀細胞表達的NOD1在清除致病菌的過程中起關鍵作用；Grubman等[11]發現在胃上皮細胞中，NOD1在清除幽門螺桿菌感染的宿主防御機制中發揮重要作用；Opitz等[12]發現肺炎衣原體能夠引起內皮細胞NOD1的活化，提示NOD1可能與心血管疾病相關；Xu等[13]發現在牛磺膽酸鈉誘發的ANP大鼠模型中，腸道組織NOD1表達增高；Tsuji等[14]發現在蛙皮素誘導的小鼠腺泡細胞炎癥模型中，NOD1的激活是炎癥發生發展的關鍵步驟。

三、NOD1引起AP的分子機制

NOD1的激活在AP發生發展過程中起到關鍵作用。動物實驗中，蛙皮素是小鼠AP模型常用誘導劑，然而，Tsuji等[14]發現，在經抗生素處理腸道無菌狀態的情況下，蛙皮素不能誘導小鼠產生AP。隨后，他們應用FK156(NOD1配體)、MDP(NOD2配體)單獨或聯合蛙皮素處理腸道無菌狀態的小鼠，結果發現，FK156組、MDP組以及MDP+蛙皮素組均未誘導出明顯的胰腺炎，而FK156+蛙皮素組表現出明顯的胰腺炎癥。此外，對于腸道有耐藥大腸桿菌的小鼠，用抗生素處理腸道后，應用蛙皮素可誘導出與FK156+蛙皮素組相似的胰腺炎癥。在腸道菌群存在的情況下，用蛙皮素對基因敲除鼠TLR2-/-型、TLR4-/-型、TLR9-/-型、NOD1-/-型以及野生型小鼠進行實驗，結果發現，野生型、TLR2-/-型和TLR9-/-型小鼠血清淀粉酶明顯升高，TLR4-/-型小鼠血清淀粉酶升高不明顯，而NOD1-/-型小鼠血清淀粉酶幾乎不升高。也就是說，即使蛙皮素與腸道菌群均存在，沒有NOD1依然無法誘導小鼠AP。NOD1主要通過以下途徑在AP發生發展過程中起作用。

1．蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)：PKC是一類膜定位的蛋白激酶，在細胞信號轉導中發揮著重要作用[15]。當膽囊收縮素受體被激活時，能夠引起細胞內PKC的活化[16]。然而，由蛙皮素信號通路引起的PKC活化并不能激活足夠的NF-κB，同樣地，由NOD1信號通路引起的RICK活化也不能激活足夠的NF-κB，而當PKC與RICK同時活化時則能夠激活足夠的NF-κB，進而導致AP的發生[14]。而應用PKC抑制劑或基因敲除PKC能夠減少蛙皮素所誘導的胰腺腺泡細胞NF-κB的激活[17]。研究發現[18]，PKC與RICK是通過共同作用于TGF-β激活性激酶1(TGF β-activated kinase 1，TAK1)而誘導NF-κB的產生(圖1)。

2．TAK1：TAK1是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)家族中的一員，在哺乳動物中以與適配蛋白TAB1及TAB2結合的復合體存在，在調節介導炎癥基因表達方面起著非常重要的作用[19]。Shim等[20]發現，TAK1-/-突變體的小鼠胚胎致死，且TAK1-/-的胚成纖維細胞NF-κB信號通路嚴重受損。用IL-1β、TNF-α及LPS等促炎因子刺激細胞能激活TAK1，進而引起其下游IκB激酶(IκB kinase，IKK)激活，結果導致NF-κB釋放[19]。然而Sato等[21]發現用IL-1β、TNF-α及LPS等刺激TAK1-/-細胞并不能誘導NF-κB的產生。上述結果表明，TAK1位于NF-κB的上游并對其調控起關鍵作用。

3．NF-κB：NF-κB是一種核轉錄因子，介導與炎癥、胚胎發育、組織損傷和再生有關的基因的表達，在AP的發生和發展中起著核心作用[17,22-23]。正常情況下，NF-κB與其抑制劑IκB結合存在于細胞質中，當細胞受到細胞因子、LPS或活性氧(reactive oxygen species,ROS)等因素刺激時，IκB迅速被IKK磷酸化并被蛋白酶體降解，NF-κB被釋放并發生核易位，然后與其同源DNA序列結合，進而誘導靶基因的轉錄，包括TNF-α、TGF-β、IL-1β、IL-6等(圖1)[17,23]。在蛙皮素、牛磺膽酸鹽、L-精氨酸、膽胰管結扎等各種AP動物模型中均發現NF-κB活性增高[23-24]。而應用蛙皮素處理NF-κB基因敲除型小鼠，其血清淀粉酶、脂肪酶較對照組明顯降低，組織學炎癥表現明顯減輕[25]。此外，一些抗氧化劑、抗炎藥、蛋白酶抑制劑等均被證實通過抑制NF-κB的活性進而減輕AP炎癥程度[23]。

4．Ⅰ型干擾素(type-I interferon,IFNⅠ)：IFNⅠ包括IFN-α、IFN-β、IFNω 3種形式，是一類具有抑制增殖、誘導分化、調節免疫系統和抑制血管生成等多種生物學功能的細胞因子[26]。研究發現應用NOD1的配體FK156刺激細胞能引起IFNⅠ大量產生[27]。Tsuji等[14]應用FK156與低劑量蛙皮素共同刺激IFN-αβ受體缺失型小鼠，與對照組相比，IFN-αβ受體缺失型組小鼠表現為MAP，血清淀粉酶和單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)水平顯著降低，磷酸化信號轉導及轉錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)表達均明顯降低，提示NOD1通過IFNⅠ對STAT3起著調控作用(圖1)。

5．STAT3：STAT3是STAT蛋白家族中的一種，參與免疫、炎癥和腫瘤發生等，正常情況下STAT3是以非激活態存在于細胞內，當細胞受到各種細胞因子或生長因子刺激時，STAT3迅速轉化為激活態，誘導一系列炎癥因子產生[28]。在低劑量蛙皮素+NOD1小鼠胰腺炎模型中可見胰腺腺泡細胞中pSTAT3核表達，而在NOD1-/-小鼠則幾乎不表達pSTAT3，這與之前NOD1通過IFNⅠ對STAT3起著調控作用的結論一致[14]。

6．MCP-1：MCP-1是調節單核/巨噬細胞遷移和浸潤的關鍵趨化因子之一，其通過募集趨化因子受體2陽性的巨噬細胞內流至胰腺，參與AP的發生發展[29]。Brady等[30]發現，在蛙皮素或牛磺膽酸鈉誘導的AP動物模型中，血液及胰腺組織MCP-1表達增高。Régner等[31]觀察到臨床患者入院時血清MCP-1水平與SAP的發展密切相關，血清MCP-1水平高則易發生SAP。而應用MCP-1陰性突變體質粒或阻滯劑的蛙皮素AP動物模型中，血清MCP-1水平明顯降低，血清酶學以及胰腺組織病理學亦明顯改善[32-33]。研究表明，MCP-1的產生依賴于STAT3和NF-κB的激活，應用STAT3抑制劑JSI-124或NF-κB抑制劑IMD-0354均可導致血清淀粉酶和MCP-1水平部分降低，而兩種藥物同時使用則可導致血清淀粉酶和MCP-1水平明顯下降，在胰腺炎癥評分方面也得到了類似的結果[14]。

四、結束語

AP是胰腺的一種炎癥狀態，可引起胰腺局部損傷、全身炎癥反應綜合征和多器官功能衰竭，SAP并發癥嚴重，預后差，病死率高，臨床治療難度大。NOD1信號通路可能是治療AP的相關靶點，期待更多的研究進一步闡明其機制以及進行相關臨床探索，為AP的診治提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突