NOD样受体在中枢神经系统相关疾病中的作用研究进展.pdf

Chinese Journal of Neuroanatomy志杂经解部立神2023,39(3):346350NOD样受体在中枢神经系统相关疾病中的作用研究进展陈玉洁1,2，符帆帆1.2，刘芳芳，吴兴安，刘蓉蓉，邝芳2*，高枫*（1.延安大学医学院神经生物学教研室，延安7 16 0 0 0；2.空军军医大学基础医学院神经生物学教研室，西安7 10 0 32；3.空军军医大学基础医学院微生物与病原生物学教研室，西安7 10 0 32）【摘要】NOD样受体（NLRs）家族是模式识别受体中一类拥有核苷酸寡聚结构域的固有免疫识别受体，能够识别进入细胞质内的异物、病原体或宿主损伤细胞的分子模式。不同的NLRs对炎性反应分别具有正向调控和负向调控的作用,广泛参与炎症、感染、肿瘤、和损伤等全身性疾病。中枢神经系统（CNS）疾病的发病机制与炎性反应的关系极为密切,因而有关 NLRs参与 CNS疾病的研究日益增多。本文对已发表的相关文献进行综述，分析总结了常见的CNS脱髓鞘疾病、退行性疾病、缺血缺氧和损伤等疾病中NLRs的研究报道,以加深对NOD样受体在CNS疾病中作用的理解，特别是其中对炎性反应起负向调控的NLRs,可能成为CNS疾病治疗的新靶点，为临床治疗提供新思路。【关键词NOD样受体；中枢神经系统疾病；炎性反应；正向调控；负向调控D0I:10.16557/ki.1000-7547.2023.03.015NOD样受体（NOD-likereceptors，NLRs）是和toll样受体（t o l l-l i k e r e c e p t o r s，T LRs）、C型凝集素受体（C-typelectinre-ceptors，CLRs）、RIG I样受体（RIG-I like receptors，RLRs）并列的模式识别受体（patternrecognitionreceptors，PRRs）家族，主要表达于多种免疫细胞和上皮细胞的胞质中，通过识别病原体相关分子模式（pathogen-associatedmolecularpat-tern，PA M P）和损伤相关分子模式（damage-associatedmolecu-larpattern，D A M P）启动固有免疫反应，以维持组织内环境稳定。中枢神经系统（central nervous system，CNS）相关疾病的机制与固有免疫介导的炎性反应密切相关，部分NLRs也表达于CNS,如NLRP1表达于神经元和小胶质细胞2 ,NL-RP2高表达于星形胶质细胞3,NLRC5在多种神经细胞和非神经细胞均有表达4。因此,NLRs在CNS疾病中的作用已然成为神经科学研究的热点之一。1.NLR家族概述NLRs是核苷酸结合的寡聚化结构域样受体家族，人类有2 2 个、小鼠有34个成员。NLRs分子通常包含3个结构域：C-末端富含亮氨酸重复序列(leucine-richrepeat，LRR）结构域负责配体结合，中央具有ATPase活性的结合核苷酸的寡聚结构域NACHT/NBD（也称为NOD），以及N-末端结构域负责蛋白质-蛋白质相互作用。根据N-末端结构域功能NLRs分为4个亚群：NLRA、NLRB、NLRC和NLRP。在细胞内，一部分NLRs可与调亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associ-ated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC）、酶类等蛋白质组成炎性小体（inflammasome），通过激活炎性小体正向调控炎性反应；另一部分NLRs不与其他蛋白形成复合物，被称为非形成炎性小体的（non-inflammasomeforming)NLRs，通过各种信号通路直接发挥负向调控炎性反应的作用51.1形成炎性小体的NLRsS参与形成炎性小体的NLRs主要有NLRP1、NLRP3、NLRC4和AIM2。第一个被发现的炎性小体含有NLRP1，它诱导不依赖ASC的炎性小体的组装；被研究最多的是NLRP3炎性小体。NLRP3的NACHT结构域负责接收外源性刺激，去泛素化的PYD结构域与ASC连接后，与胱天蛋白酶（cysteine aspartic acid specific protease，caspase）-1前体结合形成NLRP3炎性小体，caspase-1前体经蛋白酶裂解活化为caspase-1,促进IL-1和IL-18的成熟和释放,启动炎症反应3.4。类似的，NLRC4炎性小体的激活也不依赖ASC,而依赖于NLR家族的调亡抑制蛋白。AIM2炎性小体主要是由病原体或宿主来源的双链DNA激活。1.2非形成炎性小体的NLRs目前已知的非形成炎性小体的NLRs有NLRC3、NLRP12 和NLRX1等。其中，NLRC3基金项目：国家自然科学基金（8 2 2 7 150 1）；陕西省重点研发计划（2 0 2 2 ZDLSF02-05）*通信作者：高枫电话：1390 911398 3，E-mail：y a d x g f 16 3.c o m；邝芳电话：0 2 9-8 47 12 315,E-mail:共同第一作者347陈玉洁：NOD样受体在中枢神经系统相关疾病中的作用研究进展在T淋巴细胞中高表达，可以通过蛋白酶体促进肿瘤坏死因子受体 6（tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6)降解，并减弱TRAF6与K63的泛素化连接，抑制NF-kB信号通路6 ;NLRC3还可以影响NOD1或NOD2介导的NF-kB激活，或通过影响NLRP3炎性小体形成、caspase-1前体裂解和IL-1的成熟来负向调控炎性反应7 ;也可以通过降低磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide3-kinase，PI3K）的激活，抑制PI3K-AKT-mTOR通路，控制细胞增殖、调亡和代谢等生命活动8 。NLRX1氨基末端是含有39个氨基酸残基的线粒体靶向序列,其羧基末端由7 个LRR和1个非特征的三螺旋束组成，与线粒体活动关系密切9两类NLRs分别发挥正向和负向调控作用以平衡炎性反应，相互之间却并不直接作用。例如，NLRC3是通过其CARD结构域破坏NLRP3炎性小体ASC的形成，阻碍ASC和caspase-1前体相互作用，从而影响NLRP3炎性小体的组装和激活10 2.NLRs与中枢神经系统相关疾病2.1脱髓鞘疾病多发性硬化症（multiple sclerosis，M S）以脱髓鞘和胶质细胞增生为主要病变特点，最常累及脑室周围白质、视神经和脊髓等部位，导致视力、运动和情感认知等神经功能的进行性下降。MS系CNS自身免疫性疾病,因而有关NLRs的研究较为丰富和深人。MS的遗传学病因不明，但在一原发家族性MS患者中发现 NLRP1基因存在潜在致病性突变,使患者外周血单核细胞受刺激后IL-1产生增加,且NLRP1炎性小体介导的免疫信号通路被整体激活12 MS脱髓鞘和神经元轴突损伤与淋巴细胞异常激活、炎性反应有关13。小胶质细胞、星形胶质细胞和CD4+T细胞等是MS神经炎症的主要细胞类型。小胶质细胞中NLRP3炎性小体激活，促进IL-1和IL-18释放，引起T淋巴细胞、树突状细胞和巨噬细胞异常浸润,放大了CNS炎性级联反应。研究表明,NLRP3炎性小体使CD4*T淋巴细胞上调趋化因子CCR2和CXCR6,同时树突状细胞和巨噬细胞也上调41整合素、CCL7、CCL8 和CXCL16等趋化因子14。NL-RP3敲除使神经炎症和脱髓鞘模型小鼠的小胶质细胞聚集减少,NLRC4敲除使星形胶质细胞增生减少。两种敲除小鼠中神经变性和脱髓鞘相关分子溶血磷脂酰胆碱受体G2A的表达均减少,但MS患者脑组织样本中G2A表达增加。这表明NLRC4和NLRP3可能以协同的方式，分别介导星形胶质细胞和小胶质细胞在神经炎症中发挥作用15。实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmuneencephalomyelitis，EA E）在MS的小鼠模型中,CD4T细胞的NLRP3可促进Th2和Treg细胞分化来改善EAE（而不是发挥正向调控炎症作用）16 。NLRP12通过抑制T细胞增殖、减少IFN-、IL-2 的产生和调节Th1/Th2细胞的平衡发挥作用，但在诱导型EAE中,NLRP12通过降低2 D2转基因小鼠淋巴结中IFN-和IL4比值发挥保护作用，而在自发型EAE的2 D2转基因小鼠中,NLRP12增强EAE病理进展17 。NLRC3可减弱CD4T细胞IFN-和TNF的表达，减少辅助性T细胞Th1和Th17的增殖。RNA-seq研究显示,MS患者的CD4+T细胞中NLRC3的表达水平低于健康志愿者18 。NLRC3 敲除小鼠比野生型更容易发生MS,其脊髓中可见更多Th1和Th17细胞浸润，而注射NLRC3过表达的树突状细胞疫苗可抑制EAE小鼠的疾病进展19。NLRX1可抑制自身反应性T细胞，避免CNS中先天免疫细胞的异常激活，从而在CNS炎症的早期阶段发挥保护作用2 0 。NLRX1可以和血脑屏障(blood-brainbarrier,BBB）渗透肽dNP2形成融合蛋白，通过抑制T细胞活化、减少细胞因子产生和Th1分化来改善EAE。这些研究提示负向调控炎症的NLRs对MS发挥保护作用，对未来治疗MS具有重要意义。2.2退行性疾病2.2.1阿尔茨兹海默病（Alzheimers disease，A D）AD是目前全球最为普遍的神经退行性疾病，老年人高发，以学习记忆、认知障碍为主要临床表现，病理学以细胞外淀粉样蛋白（amyloidprotein，A）沉积和细胞内磷酸化tau蛋白的过度堆积为特征。AD动物模型APP/PS1转基因小鼠中，小胶质细胞和巨噬细胞NLRP3炎性小体激活、神经元NL-RP1 炎性小体激活,加剧了AD 的病理过程2 1。小胶质细胞通过吞噬A和溶酶体破裂后胞质中释放组织蛋白酶B的双重内源性信号激活NLRP3炎性小体，进一步激活caspase-1诱导IL-1产生。而NLRP3敲除的AD模型小鼠脑内A沉积减少，促炎细胞因子水平降低，小胶质细胞吞噬能力提高，小鼠的记忆和运动行为也有了一定改善2 1。与健康人脑相比,受AD影响的大脑中NLRP1表达增强2 0 2 5倍（APP/PS1小鼠神经元中也观察到NLRP1炎性小体上调），caspase-6活化导致轴突变性，提示NLRP1-caspase-1-caspase-6这一途径可能是AD轴突损伤的原因2 2 。有研究发现,NLRC4在AD患者脑内的表达上调,提示其在AD中也发挥作用2 3。另一方面，APP/PS1小鼠脑内NLRC3的表达下调；而在脑内过表达NLRC3可降低胶质细胞活化、抑制 A沉积,并改善AD小鼠的学习记忆功能2 4。2.2.2巾帕金森病（Parkinsons disease，PD）PD 是第二常见的神经退行性疾病，由黑质多巴胺能神经元大量丢失引发震颤、强直、运动迟缓和晚期痴呆等症状。研究表明，将mi-croRNA-7(miR-7)注射到小鼠纹状体中，可抑制小胶质细胞NLRP3（m i R-7 的靶标）的激活，能有效减少黑质多巴胺能神经元的损失2 52.2.3肌萎缩性侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS)ALS是以CNS运动神经元的选择性丧失为特征的神经退行性疾病。在ALS患者及其最常见的动物模型G93A-SOD1转基因小鼠中，脊髓星形胶质细胞被激活，NLRP3炎性小体通过释放促炎细胞因子促进ALS的炎症反应2 6 。另有研究发现，小胶质细胞表达ASC,但未发现NLRP3炎性小体的表达，表明其他炎性小体传感器分子可能在ALS的小胶质细胞驱动的神经炎症中发挥作用2 7 2.3中枢神经系统创伤脑损伤（traumatic brain injury,3482023年5月第39 卷第3期神经解剖学杂志，TBI)和脊髓损伤(spinal cord injury，SCI