沈雪瑩 方傳雷 劉志華

(中國科學(xué)院生物物理研究所，中科院感染與免疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101)

·專家述評·

NOD蛋白與免疫應(yīng)答

沈雪瑩 方傳雷 劉志華

(中國科學(xué)院生物物理研究所，中科院感染與免疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101)

NOD蛋白包括NOD1和NOD2，兩者識別細(xì)菌肽聚糖的片段，誘導(dǎo)促炎和抗菌反應(yīng)。在本篇綜述中，我們介紹近年來NOD蛋白的研究進(jìn)展，包括激活的方式，信號途徑的調(diào)節(jié)，在細(xì)胞中的定位以及在免疫防御過程中發(fā)揮的作用。洞悉NOD蛋白誘導(dǎo)的信號通路有助于了解相關(guān)疾病的致病機(jī)理，為疾病的治療提供新的視角。

NOD蛋白；胞內(nèi)定位；生理功能

沈雪瑩(1992年-)，2015年畢業(yè)于廈門大學(xué)生物科學(xué)專業(yè)，同年就讀于中國科學(xué)院大學(xué)，并推薦免試進(jìn)入中國科學(xué)院生物物理研究所，目前就讀研究生二年級，師從劉志華研究員，主要從事腸道菌與宿主之間相互作用的研究。

方傳雷(1991年-)，2014年畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)專業(yè)，2015年考入中國科學(xué)院大學(xué)，并于生物物理研究所攻讀碩士學(xué)位，師從劉志華研究員，主要從事腸道共生菌與宿主肥胖研究。

劉志華(1976年-)，現(xiàn)任中國科學(xué)院生物物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師。同時就職于中科院生物大分子科教融合卓越中心。1999年畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2006年畢業(yè)于美國哈佛大學(xué)，2006～2011年在美國國立衛(wèi)生院進(jìn)行博士后研究，主要從事腸道共生菌與宿主健康的關(guān)系研究。

固有免疫系統(tǒng)作為宿主防御機(jī)制之一，在識別和清除感染機(jī)體病原菌的過程中發(fā)揮重要作用。固有免疫應(yīng)答的實(shí)現(xiàn)依賴于體內(nèi)蛋白對保守的微生物相關(guān)分子模式的識別作用。 含有核苷酸結(jié)合寡聚域(Nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)的NOD1和NOD2同屬NOD樣蛋白，是一類胞內(nèi)模式識別受體蛋白。 NOD1和NOD2蛋白具有同源性并且其信號通路高度相似，本綜述將NOD1和NOD2蛋白統(tǒng)稱為NOD蛋白。NOD1可識別的最小單元為gamma-D-glutamyl-meso-diaminopimelic acid(iE-DAP)，iE-DAP常見于革蘭氏陰性菌的肽聚糖中，在某些革蘭氏陽性菌中也有存在，例如李斯特菌和芽孢桿菌；NOD2可識別的最小單元為胞壁酸酰二肽(Muramyldipeptide，MDP)，MDP廣泛存在于細(xì)菌肽聚糖中?；罨腘OD1和NOD2可以進(jìn)一步誘導(dǎo)NF-κB和MAPK依賴的基因轉(zhuǎn)錄，從而啟動促炎和抗菌應(yīng)答。

2001年研究發(fā)現(xiàn)NOD2是與克羅恩病相關(guān)的基因[1,2]，目前也是較受關(guān)注的克羅恩病易感基因之一。NOD1和NOD2蛋白在維持腸道穩(wěn)態(tài)過程中的作用吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。十余年來，關(guān)于NOD蛋白的研究已有了突破性進(jìn)展，其中包括NOD蛋白相關(guān)的信號通路研究、在細(xì)菌感染過程中發(fā)揮的作用以及維持組織穩(wěn)態(tài)和疾病相關(guān)的研究。在這篇綜述中，我們主要對領(lǐng)域內(nèi)關(guān)于NOD蛋白的一些前沿研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)并提示目前的研究還沒有闡明的問題。

1 NOD蛋白的生物學(xué)

1.1NOD蛋白的結(jié)構(gòu) NOD1和NOD2蛋白主要由三部分構(gòu)成，即：羧基末端連串的富含亮氨酸的重復(fù)單元(LRRs)、中間核苷酸結(jié)合功能域(NBD)以及氨基末端細(xì)胞凋亡蛋白酶募集結(jié)構(gòu)域(CARD)。NOD1蛋白氨基末端由單個CARD功能域組成；NOD2蛋白氨基末端由串聯(lián)的CARD功能域組成。有研究表明NOD蛋白的LRR功能域行使配體感應(yīng)的功能，即：NOD2對MDP的識別；NOD1對iE-DAP的識別[3,4]。并且，NOD蛋白對其配體的識別引發(fā)其構(gòu)象的改變，促使NBD介導(dǎo)的NOD蛋白自身寡聚化。

對NOD信號通路的研究發(fā)現(xiàn)了NOD1或NOD2的寡聚化促進(jìn)其招募下游接頭蛋白RIP2，并通過 CARD-CARD結(jié)構(gòu)域相互作用形成大的蛋白復(fù)合物[5-8]。盡管NOD信號通路模型的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)被研究了多年，然而其潛在的分子模式仍未被證實(shí)，如NBD功能域的ATP結(jié)合以及水解區(qū)的作用、NOD1或NOD2結(jié)合各自配體的方式。

1.2NOD蛋白配體進(jìn)入宿主細(xì)胞的方式 NOD蛋白作為胞內(nèi)受體，目前認(rèn)為存在以下幾種其配體進(jìn)入細(xì)胞的方式：①胞內(nèi)病原菌感染，比如弗氏志賀菌的感染，這種胞內(nèi)病原菌能引起NOD蛋白信號通路的活化[9]。②胞外菌通過分泌系統(tǒng)將細(xì)菌肽聚糖傳遞到宿主細(xì)胞中。有研究表明，幽門螺旋菌的分泌系統(tǒng)以及革蘭氏陰性菌外膜囊泡可以將細(xì)菌肽聚糖傳遞到宿主細(xì)胞中[10-12]。③在上皮細(xì)胞中，細(xì)菌肽聚糖也可以通過內(nèi)吞作用進(jìn)入宿主細(xì)胞[13,14]。④寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)子，如PEPT1和SLC15A4，可以有效地攜帶肽聚糖片段進(jìn)入宿主細(xì)胞胞質(zhì)中[14,15]。⑤間隙連接能夠介導(dǎo)感染細(xì)胞周圍的正常細(xì)胞內(nèi)NOD1信號通路的活化[16]。另外，最近的研究表明，在小腸遠(yuǎn)端區(qū)域，納米顆粒能夠誘捕環(huán)境中的肽聚糖或口服來源的蛋白抗原，利用上皮M細(xì)胞進(jìn)入派爾氏集合淋巴小結(jié)，將肽聚糖轉(zhuǎn)運(yùn)到腸道組織中的免疫細(xì)胞中，進(jìn)而維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)[17]。

這些進(jìn)入胞質(zhì)的途徑表明NOD1和NOD2蛋白可能感應(yīng)胞外細(xì)菌釋放的配體，包括腸道共生菌的成分。盡管從傳統(tǒng)意義上講，NOD蛋白涉及侵入到胞質(zhì)的細(xì)菌檢測，然而最近的研究進(jìn)展拓寬了NOD1和NOD2所檢測的范圍，這暗示NOD蛋白在免疫應(yīng)答中發(fā)揮著更廣泛的作用。

2 NOD蛋白的表達(dá)與胞內(nèi)定位

NOD1蛋白在造血來源或非造血來源的細(xì)胞中均有表達(dá)；而NOD2蛋白的表達(dá)具有一定的限制性，其主要在髓系來源以及淋巴來源的細(xì)胞中表達(dá)。研究表明，在胃腸道中，NOD2蛋白在腸道上皮細(xì)胞以及潘式細(xì)胞中均有表達(dá)，并且NOD2的表達(dá)受多種刺激調(diào)控[18,19]。目前的文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)NOD2蛋白在TNF、IFN-γ、1,25-dihydroxyvitamin D3以及丁酸鹽處理的上皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，并且增加對MDP的應(yīng)答[20-23]。NOD1和NOD2的表達(dá)在造血細(xì)胞來源的細(xì)胞中被調(diào)控，比如脂多糖(LPS)、Ⅰ型IFN以及TNF均會增加巨噬細(xì)胞內(nèi)NOD1和NOD2的表達(dá)[24,25]。除此之外，NOD蛋白的降解也被嚴(yán)密調(diào)控。有研究表明巨噬細(xì)胞經(jīng)過MDP刺激后引發(fā)細(xì)胞內(nèi)依賴蛋白酶體途徑的NOD2和RIP2蛋白的降解[26，27]。

NOD1和NOD2屬于胞質(zhì)蛋白，缺少跨膜功能域。有意思的是，有研究報道NOD1和NOD2均可被招募到質(zhì)膜上，從而使NOD1和NOD2位于在細(xì)菌侵入宿主細(xì)胞的入口處[28]。近期研究發(fā)現(xiàn)NOD1和NOD2蛋白被招募到S.flexneri侵入的質(zhì)膜位點(diǎn)上，招募ATG16L1到質(zhì)膜，促進(jìn)S.flexneri進(jìn)入自噬小體中并清除[29]。含有支架蛋白FERM和PDZ功能域的蛋白2(FRMPD2)蛋白定位在上皮細(xì)胞的基底外側(cè)膜上。有研究表明FRMPD2蛋白為NOD2和ERBIN蛋白提供關(guān)鍵的聯(lián)系，從而形成復(fù)合體結(jié)構(gòu)[30]。NOD1被報道同緊密連接相關(guān)蛋白RHO鳥嘌呤核苷酸交換因子2(ARHGEF2)相互作用，促進(jìn)病原菌感染時信號通路的活化[31]。有研究表明NOD2定位到質(zhì)膜上也與其驅(qū)使NF-κB活化的能力相關(guān)[18,29]。 Irving等[32]證明NOD1在檢測革蘭氏陰性菌胞外囊泡包裹的肽聚糖時，可以遷移到早期胞內(nèi)體上，并與RIP2相互作用來活化細(xì)胞自噬以及炎癥應(yīng)答。Nakamura等[33]的研究表明NOD2和RIP2募集到內(nèi)體膜(Endosome)上，并與SLC15A3/A4形成復(fù)合體來感應(yīng)病原菌來源的MDP。在腸道共生菌影響小腸隱窩中潘氏細(xì)胞胞內(nèi)溶菌酶分選的研究中，Zhang等[34]證明NOD2和LRRK2募集Rab2a到潘氏細(xì)胞的致密核心囊泡(DCV)表面上，并且三者在DCV上影響潘氏細(xì)胞中溶菌酶的分選過程。盡管NOD蛋白定位到膜結(jié)構(gòu)上使NOD蛋白信號通路活化，但是這個領(lǐng)域仍需要未來的工作去完全理解這個過程。

3 NOD信號通路與調(diào)節(jié)

NOD2基因的功能喪失型突變和功能獲得型突變都會引起疾病發(fā)生。功能喪失型突變影響了NOD2介導(dǎo)的肽聚糖識別過程，這一突變與克羅恩病相關(guān)[35]；在NOD2的NBD段發(fā)生功能獲得型突變與自身炎癥性疾病相關(guān)，如Blau綜合征、早發(fā)型結(jié)節(jié)病[36，37]。越來越多的研究證實(shí)了疾病過程中NOD蛋白的表達(dá)變化，因此了解NOD蛋白的信號通路和調(diào)節(jié)機(jī)制十分重要。

3.1NOD蛋白的激活 NOD1和NOD2蛋白在結(jié)構(gòu)上具有一個相同的NOD組件，由NBD、WH、HD1和HD2組成。由ADP介導(dǎo)的NBD與WH之間相互作用使NOD蛋白具有穩(wěn)定的緊密構(gòu)象，同時NOD蛋白的構(gòu)成元件之一LRRs起到封閉這些結(jié)構(gòu)域的作用，導(dǎo)致胞漿中的NOD1和NOD2蛋白以自我抑制的單體形式存在[38]。通常認(rèn)為與相應(yīng)肽聚糖配體結(jié)合后，NOD1和NOD2蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，從而促進(jìn)激活，然而這種看法目前還缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)。Keestragounder等[39]發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘發(fā)的促炎應(yīng)答過程由依賴NOD1/NOD2，且易受TUDCA/KIRA6影響的信號通路調(diào)節(jié)。其中TUDCA是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制劑，KIRA6是IRE1α激酶抑制劑，IRE1α參與這一過程中NOD蛋白誘導(dǎo)的NF-κB信號通路。這一信號通路區(qū)別于細(xì)菌肽聚糖片段誘導(dǎo)的不受TUDCA/KIRA6影響的信號通路。這一研究結(jié)果提示我們，除了經(jīng)典的感應(yīng)細(xì)菌來源的配體而被激活的NOD蛋白通路，NOD蛋白可能由其他形式激活并發(fā)揮功能。

3.2NOD信號通路過程 NOD1和NOD2一旦活化，通過同型CARD之間相互作用招募RIPK2(Receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 2)，活化RIPK2?；罨腞IPK2招募并激活TAK1激酶，TAK1激酶(TGFβ-activated kinase 1)進(jìn)而激活I(lǐng)KK復(fù)合物和MAPK途徑。IKK調(diào)節(jié)NF-κB抑制劑IkBα的磷酸化，導(dǎo)致IkBα聚泛素隨后降解，使NF-κB能夠入核作為轉(zhuǎn)錄因子影響下游靶基因的表達(dá)[40]。NOD信號同時也激活MAPK，包括ERK1、ERK2、JNK和p38。RIPK2在整體NOD信號通路中扮演重要角色，有研究表明RIPK2缺陷型小鼠不會對NOD配體產(chǎn)生應(yīng)答[41]。

另外，NOD蛋白也能夠激活其他的信號途徑，但目前的研究并沒有完全闡明其中機(jī)制。已有研究發(fā)現(xiàn)感應(yīng)細(xì)菌來源的配體激活的NOD蛋白招募RIPK2，活化的RIPK2結(jié)合TRAF3蛋白。TRAF3蛋白繼而激活TBK1和IKKε，促進(jìn)IRF3和IRF7的磷酸化而被激活。活化的IRF3和IRF7形成二聚體入核，誘導(dǎo)Ⅰ型IFN基因的表達(dá)[42-44]。

3.3NOD信號通路的調(diào)節(jié) 在NOD介導(dǎo)的NF-κB信號通路中，蛋白翻譯后的泛素化修飾影響了很多環(huán)節(jié)。例如，RIPK2的泛素化修飾促進(jìn)TAK1的招募[45]。已有研究證實(shí)了一些可以結(jié)合并催化RIPK2泛素化從而調(diào)控NOD信號通路的E3連接酶，包括cIP1(cellular inhibitor of apoptosis 1)、cIP2、ITCH和Pellino3[46-48]。類似于NOD2突變的影響，已證實(shí)在NOD信號通路過程中發(fā)揮作用的E3連接酶突變影響正常的NOD信號通路并與克羅恩病相關(guān)，例如XIAP(X-linked inhibitor of apoptosis protein)的突變[49，50]。NOD信號通路的調(diào)節(jié)對維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)從而抑制過度或不足的免疫應(yīng)答的過程十分重要。目前的研究已經(jīng)證實(shí)了一些影響NOD信號通路的正調(diào)控物和負(fù)調(diào)控物。

A20是第一個被證實(shí)可以負(fù)調(diào)控NOD介導(dǎo)的NF-κB信號通路的泛素蛋白酶。Hitotsumatsu等[51]研究表明A20敲除會導(dǎo)致RIPK2泛素化水平提高，增強(qiáng)NF-κB信號。除此之外，過表達(dá)A20的細(xì)胞內(nèi)NOD2活性被抑制，而且呈現(xiàn)A20劑量依賴性。有趣的是，A20的激活需要NOD2的活化，這暗示著NOD2和A20是某負(fù)反饋環(huán)的一部分[52]。A20減弱NF-κB信號通路的機(jī)制是A20自身的調(diào)節(jié)作用。A20蛋白的N端可以去除C端的泛素化，并在RIPK2的K48位加入泛素鏈，兩者共同作用切斷了NOD2介導(dǎo)的NF-κB信號途徑。A20的單核苷酸突變與幾種慢性炎癥疾病相關(guān)，例如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、牛皮癬、系統(tǒng)性紅斑狼瘡[53]。多方面獨(dú)立的研究證實(shí)了A20是克羅恩病的易感基因[54，55]。與健康的樣本相比，克羅恩患者的活組織切片檢查結(jié)果顯示著較低或缺失表達(dá)的A20蛋白[56]。此外，研究顯示A20缺陷型小鼠對DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎更加敏感并對TNF-α的應(yīng)答反應(yīng)更強(qiáng)[57，58]。綜上所述，缺乏A20調(diào)節(jié)的NOD2活性可能導(dǎo)致機(jī)體對共生菌的過度應(yīng)答并引發(fā)機(jī)體無法掌控的炎癥反應(yīng)。

Zurek等[27]研究證實(shí)了一種E3連接酶TRIM27(Tripartite motif containing 27)可以通過影響蛋白泛素化來負(fù)調(diào)控NOD信號通路。TRIM27與NOD2蛋白以高親和力相互作用，使NOD2上的第48位賴氨酸(K48)泛素連接，最后介導(dǎo)NOD2進(jìn)入蛋白酶體而被降解。MDP能夠增強(qiáng)TRIM27與NOD2之間的相互作用，這也許能夠解釋MDP耐受的現(xiàn)象。MDP耐受表現(xiàn)為，MDP預(yù)處理的人細(xì)胞和小鼠細(xì)胞在MDP的再次刺激下誘導(dǎo)的NOD2活性降低[59，60]。對克羅恩患者的結(jié)腸切片檢查顯示，與健康樣本相比，TRIM27的表達(dá)水平升高，這一結(jié)果告訴我們上調(diào)TRIM27會減弱NOD2活性導(dǎo)致腸道穩(wěn)態(tài)受損。

環(huán)指蛋白34(RNF34)和PSMA7(20S proteas-ome subunit alpha 7)被認(rèn)為是新發(fā)現(xiàn)的具有負(fù)調(diào)控NOD1信號通路的調(diào)控蛋白。體外實(shí)驗(yàn)已證明NOD1的活性與RNF34和PSMA7的水平相關(guān)。普遍認(rèn)為這一調(diào)控機(jī)制是RNF34和PSMA7通過泛素-蛋白酶體途徑，將K48位泛素化的NOD1蛋白靶向到蛋白酶體并通過蛋白水解的作用被降解。抑制實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也支持了這種解釋，實(shí)驗(yàn)顯示RNF34和PSMA7對NOD1蛋白活性的抑制作用通過抑制劑的作用被明顯減弱。但是，RNF34和PSMA7蛋白與慢性炎癥疾病的聯(lián)系還需要進(jìn)一步的研究[61，62]。

構(gòu)成NOD1蛋白的CARD元件與泛素之間的相互作用的機(jī)制已經(jīng)通過核磁共振和X射線結(jié)晶的手段闡明[63，64]。此外，NOD2蛋白的CARD突變導(dǎo)致NOD2不能被有效泛素化進(jìn)行降解而提高了下游CXCL8的分泌。

Erbin作為能與NOD2蛋白特異性結(jié)合的蛋白，無論在體內(nèi)還是體外都能夠負(fù)調(diào)控NOD2蛋白的活性。Erbin過表達(dá)會降低MDP誘導(dǎo)的NOD2信號并呈現(xiàn)劑量依賴性[65，66]。因此推測Erbin調(diào)控的潛在分子機(jī)制是通過改變MDP的敏感性實(shí)現(xiàn)對NOD2蛋白的調(diào)控。然而Erbin蛋白在疾病模型中的表達(dá)情況還需要進(jìn)一步檢測。

另一種調(diào)控NOD2信號的蛋白CARD8(Caspase recruitment domain-containing protein 8)能夠與NOD2蛋白共定位。研究顯示CARD8能夠抑制NOD2對細(xì)菌的作用以及MDP誘導(dǎo)的NF-κB促炎信號?；顧z分析顯示克羅恩患者的結(jié)腸黏膜相比健康樣本表達(dá)更高的CARD8[67]。通過對CARD8的一種特定的突變形式的研究更加證實(shí)了CARD8與克羅恩病的聯(lián)系。除了與克羅恩病之間的聯(lián)系，已有研究表明CARD8與其他NLR相關(guān)疾病的關(guān)系，包括動脈粥樣硬化。在動脈粥樣硬化患者的斑塊中檢測到更高的CARD8信使RNA的表達(dá)[68]。

對比負(fù)調(diào)控NOD信號的發(fā)現(xiàn)，迄今為止已有的研究只證實(shí)了較少的正調(diào)控NOD信號的調(diào)控物。凋亡蛋白BID(BH3-interacting domain death agonist)是通過siRNA篩選手段被證實(shí)的正調(diào)控NOD信號的蛋白，它能夠連接到活化的RIPK2促進(jìn)IKK復(fù)合物的招募。缺乏BID的表達(dá)會抑制NOD2誘導(dǎo)的NF-κB和ERK1、ERK2的活化，但并不影響JNK和p38的活化。這一有趣的研究結(jié)果暗示我們NOD信號中復(fù)合物具有多種形式[69]。需要指出的是，也有研究表明BID缺陷型小鼠表現(xiàn)出正常的依賴NOD蛋白的應(yīng)答[70，71]。另外有報道揭示了LRRK2能夠促進(jìn)NOD2激活的RIP2的磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)了NOD-RIP2信號通路誘導(dǎo)的炎性因子的表達(dá)[72]。

早期的研究表明細(xì)胞骨架相關(guān)分子會影響NOD信號。經(jīng)過細(xì)胞松弛素D作用的巨噬細(xì)胞會增強(qiáng)對NOD蛋白配體的應(yīng)答[73]。同時NOD2的激活會被細(xì)胞骨架調(diào)控蛋白RAC1和PAK3BP抑制，敲低RAC1或PAK3BP蛋白的表達(dá)都會增強(qiáng)MDP誘導(dǎo)的NOD2激活。此外，RHO亞家族GTP酶的活化結(jié)構(gòu)(RAC1、CDC42、RHOA)在缺乏肽聚糖感應(yīng)的時候能夠顯著激活NOD1蛋白依賴的NF-κB信號。類似地，在沒有NOD蛋白配體感應(yīng)的情況下，調(diào)節(jié)RHOA活化的ARHGEF2蛋白的激活也能夠增強(qiáng)NOD信號[31，74]。但是目前這些研究的深層含義并不清楚，因?yàn)檫@些結(jié)果暗示著在沒有細(xì)菌刺激的情況下，細(xì)胞骨架正常改變導(dǎo)致的GTP酶的激活會誘發(fā)炎癥，這是目前無法理解的。

已有研究結(jié)果顯示促炎因子可能調(diào)控NOD蛋白的表達(dá)。IFN-γ能夠通過增加細(xì)胞核干擾素調(diào)控因子1(Nuclear interferon regulatory factor 1)間接地提高NOD1的RNA和蛋白表達(dá)水平，并呈現(xiàn)時間劑量依賴性。而其他細(xì)胞因子(包括TNF-α和IL-1β)并不會影響NOD1的水平，因此IFN-γ對NOD1表達(dá)的提高是特異的[75]。早前的研究表明TNF-α可以通過IkBα磷酸化降解途徑，增強(qiáng)NF-κB信號[76]。基于這個結(jié)果，有研究證實(shí)TNF-α處理過的腸道上皮細(xì)胞內(nèi)，NOD2的RNA水平提高[23]。不同于對NOD1蛋白的影響，IFN-γ并不能上調(diào)NOD2蛋白的表達(dá)，但是IFN-γ與TNF-α之間具有協(xié)同作用，IFN-γ可以增強(qiáng)TNF-α誘導(dǎo)的NOD2表達(dá)水平的提高[77]。

除了通過蛋白調(diào)控NOD通路的方式外，飲食同樣在NOD信號通路的調(diào)控過程中發(fā)揮作用。短鏈脂肪酸丁酸鹽是腸道內(nèi)食物纖維厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，丁酸鹽在維持腸道免疫的過程中發(fā)揮作用。Candido等[78]發(fā)現(xiàn)丁酸鹽能夠提高NOD2蛋白的表達(dá)并呈現(xiàn)劑量依賴性。Leung等[21]發(fā)現(xiàn)丁酸鹽能夠通過NOD2啟動子H3和H4的乙?；龠M(jìn)NOD2轉(zhuǎn)錄。值得注意的是，炎癥性腸病患者服用丁酸鹽后腸道炎癥減輕，對此解釋可能是丁酸鹽幫助重建了正常的NOD2針對共生菌的應(yīng)答[79]。

目前的研究已經(jīng)證實(shí)了很多調(diào)控NOD信號途徑的方式以及調(diào)控蛋白。整個調(diào)控環(huán)節(jié)的失衡會導(dǎo)致機(jī)體穩(wěn)態(tài)的失衡，在細(xì)菌侵襲時會表現(xiàn)出不恰當(dāng)?shù)膽?yīng)答而引發(fā)NOD蛋白相關(guān)的疾病發(fā)生。例如，正調(diào)控蛋白的高表達(dá)以及負(fù)調(diào)控蛋白的低表達(dá)都會間接引發(fā)過度的炎癥反應(yīng)。而且從本綜述中可以了解到有些調(diào)控只針對NOD1信號，有些調(diào)控只針對NOD2信號，也有些調(diào)控對NOD1和NOD2信號通路均有影響，很好的區(qū)分不同調(diào)控帶來的影響差別也是很重要的環(huán)節(jié)。因此熟悉能夠調(diào)控NOD信號通路的物質(zhì)與NOD1/NOD2的聯(lián)系為我們尋找一個新的治療NOD信號受損導(dǎo)致的相關(guān)疾病的靶點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。

4 NOD蛋白在免疫方面的功能

在NOD信號通路與調(diào)節(jié)的章節(jié)中，我們了解到NOD蛋白參與的幾種信號途徑：依賴NOD蛋白的NF-κB途徑、MAPK途徑、IRF途徑。活化的NOD蛋白最終會激活不同的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控不同基因的表達(dá)。例如，NF-κB可以誘導(dǎo)促炎因子，生長因子，刺激免疫細(xì)胞的效應(yīng)因子的表達(dá)[80-82]。MAPK途徑激活的AP1調(diào)控細(xì)胞增殖分化與凋亡的相關(guān)蛋白[83，84]。IRF途徑誘導(dǎo)的Ⅰ型IFN作為連接固有免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁，可以激活DC細(xì)胞和NK細(xì)胞，同時在效應(yīng)T/B細(xì)胞的發(fā)育過程中發(fā)揮作用?？偟膩碚f，活化的NOD蛋白在免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要的作用。因此在這一部分我們著重了解NOD蛋白與免疫系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

4.1NOD1與免疫 NOD1蛋白的表達(dá)很廣泛，例如上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞都有NOD1的表達(dá)[6,85]。

4.1.1NOD1與固有免疫 在體內(nèi)腸道上皮細(xì)胞NOD1激活的信號途徑能夠誘導(dǎo)趨化因子的生成并招募急性的炎性細(xì)胞[86]。弗氏志賀菌和幽門螺桿菌感染模型會通過Ⅳ型分泌系統(tǒng)促進(jìn)上皮細(xì)胞中依賴NOD1的NF-κB信號途徑[9，87]。除此之外，Watanabe等[88]發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌可以通過NOD1誘導(dǎo)Ⅰ型IFN的生成。已有研究證明，NOD1敲除小鼠對艱難梭菌更加易感，表現(xiàn)為艱難梭菌的清除能力減弱，共生菌的易位升高并且招募到感染位置的中性粒細(xì)胞減少[89]。Jiao等[90]發(fā)現(xiàn)NOD1招募中性粒細(xì)胞的能力不僅局限于腸道，當(dāng)牙周遭受病生菌(Pathobiont)聚集的時候，中性粒細(xì)胞被招募到受損位置，這一過程中NOD1蛋白發(fā)揮重要作用。Frutuoso等[91]也在噬肺軍團(tuán)桿菌感染情況下，發(fā)現(xiàn)NOD1敲除小鼠募集中性粒細(xì)胞的能力變?nèi)酢?/p>

4.1.2NOD1與適應(yīng)性免疫 腸道淋巴組織產(chǎn)生成群活性的分泌IgA的B細(xì)胞，腸道淋巴組織包括派爾集合淋巴結(jié) (Peyer′s patches)，腸系膜淋巴結(jié)和大量孤立淋巴濾泡(ILFs)[92，93]。Bouskra等[94]發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性菌來源的肽聚糖通過腸上皮細(xì)胞中NOD1受體感應(yīng)途徑誘導(dǎo)Cryptopatches(CPs)形成ILFs。但是成熟的ILFs還依賴于TLR感應(yīng)細(xì)菌誘導(dǎo)的途徑來完成。研究證實(shí)了通過NOD1依賴的配體識別過程建立的腸道共生菌與免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系。ILFs的形成在腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育進(jìn)而維持腸道穩(wěn)態(tài)的過程中發(fā)揮重要作用。因此有趣的猜想是，給予NOD1配體或能夠高水平分泌NOD1配體的革蘭氏陰性益生菌也許可以使處于疾病狀態(tài)的腸道重建腸道穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。

幽門螺桿菌感染通過NOD1蛋白不僅能誘導(dǎo)Ⅰ型IFN的生成，慢性的幽門螺桿菌感染還能激發(fā)胃黏膜中Th1細(xì)胞的免疫應(yīng)答。Th1細(xì)胞通過IFN-γ介導(dǎo)作用發(fā)揮宿主防御功能，因?yàn)樵贗FN-γ缺陷型小鼠中幽門螺桿菌不能被機(jī)體清除[95]。盡管已闡明幽門螺桿菌感染患者的胃黏膜中適應(yīng)性Th1細(xì)胞的應(yīng)答發(fā)揮著重要作用，但是固有免疫應(yīng)答引發(fā)的Th1細(xì)胞應(yīng)答的機(jī)制還很模糊。

已有研究證實(shí)NOD1或NOD2的單獨(dú)激活均能夠明顯的導(dǎo)致Th2細(xì)胞依賴的適應(yīng)性免疫應(yīng)答。同時在TLR興奮劑的共刺激條件下會促進(jìn)Th1、Th2和Th17細(xì)胞的免疫應(yīng)答[96,97]。Fritz等[96]發(fā)現(xiàn)抗輻射的非造血細(xì)胞能啟動NOD1調(diào)控的Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答，然而這一調(diào)控途徑的機(jī)制還需要更多的研究。Magalhaes[97]和Wei[98]等發(fā)現(xiàn)NOD1和NOD2激活會誘導(dǎo)OX40配體產(chǎn)生，促進(jìn)Th2型的免疫應(yīng)答。Geddes等[99]人發(fā)現(xiàn)在早期腸道檸檬酸桿菌感染和鼠傷寒沙門氏菌感染中，NOD1蛋白和NOD2蛋白可以激活I(lǐng)L-6依賴的Th17細(xì)胞的黏膜免疫應(yīng)答。

4.2NOD2與免疫 不同于NOD1、NOD2的表達(dá)限定在特定的細(xì)胞中，例如造血細(xì)胞以及腸道內(nèi)的潘氏細(xì)胞和干細(xì)胞[19,100,101]。

4.2.1NOD2與固有免疫 目前許多研究結(jié)果證明體內(nèi)NOD2蛋白在宿主防御的過程中發(fā)揮作用。例如，肺炎雙球菌的感染通過NOD2識別作用可以誘導(dǎo)CCL2的生成進(jìn)而促進(jìn)炎性巨噬細(xì)胞的募集，對肺部病原菌的清除發(fā)揮作用[102]。Kim等[103]發(fā)現(xiàn)檸檬酸桿菌感染過程中，結(jié)腸基質(zhì)細(xì)胞內(nèi) NOD2 調(diào)控趨化因子的產(chǎn)生，募集CCL2依賴的炎性單核細(xì)胞向感染部位的聚集, 炎性單核細(xì)胞分泌 IL-12誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫應(yīng)答來清除病原菌。因此, NOD2 介導(dǎo)的炎性單核細(xì)胞的募集對檸檬酸桿菌的清除發(fā)揮重要作用。Hruz等[104]在金黃色葡萄球菌皮膚感染過程中發(fā)現(xiàn)NOD2不僅能夠識別進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的細(xì)菌也能檢測到通常停留在細(xì)胞外的細(xì)菌，而這種識別方式可以區(qū)別腸道共生菌與合成穿孔毒素的病原菌。穿孔毒素促進(jìn)了細(xì)胞外細(xì)菌細(xì)胞壁有效成分進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)激活NOD2信號。研究認(rèn)為NOD2啟動的固有免疫應(yīng)答可以激活caspase1信號并進(jìn)一步生成IL-1，caspase1和IL-1可以放大NOD2信號，作為IL-1的下游調(diào)控物質(zhì)IL-6的生成進(jìn)一步激活具有殺傷能力的中性粒細(xì)胞達(dá)到清除病原菌的目的。因此IL-1，IL-6以及穿孔毒素在這個NOD2依賴的防御途徑中發(fā)揮重要作用[104]。

NOD2作為宿主細(xì)胞內(nèi)重要的模式識別受體，通過識別病原菌或共生菌的模式分子參與固有免疫應(yīng)答。有研究表明，NOD2缺陷型小鼠對TNBS誘導(dǎo)的腸炎模型異常敏感，但是其潛在的機(jī)制還不是很清楚。研究報道肺結(jié)核疫苗誘導(dǎo)的單核細(xì)胞發(fā)揮的宿主防御功能也需要NOD2的作用，而且由NOD2誘導(dǎo)的單核細(xì)胞在繼發(fā)的非真菌感染過程中也發(fā)揮作用[105]。這一結(jié)果啟示我們NOD2在調(diào)控固有免疫的適應(yīng)性特征中發(fā)揮作用。

4.2.2NOD2與適應(yīng)性免疫 NOD2作為重要的胞質(zhì)模式分子識別受體，通過感應(yīng)微生物產(chǎn)物以及危險信號來調(diào)控宿主免疫[106]。NOD2主要識別腸道共生菌或病原菌產(chǎn)生的MDP肽聚糖片段，從而誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB以及MAPK的活化[8,107,108]。在小腸中，NOD2通過調(diào)控潘式細(xì)胞中抗菌肽的表達(dá)、分揀和釋放來控制正常的共生菌和病原菌[34,109]。

Kim等[103]發(fā)現(xiàn)NOD2缺陷型小鼠的腸道對檸檬酸桿菌清除的能力是受損的。檸檬酸桿菌感染小鼠的病理模型模擬了人類受到大腸桿菌感染的病理過程[110]。在NOD2缺陷型小鼠腸道中，趨化因子CCL2的減少、炎癥單核細(xì)胞數(shù)量的減少以及Th1細(xì)胞應(yīng)答的減少發(fā)生在細(xì)菌負(fù)荷增加前。結(jié)腸基質(zhì)細(xì)胞通過依賴NOD2的方式產(chǎn)生CCL2來應(yīng)答檸檬酸桿菌的感染。不像定居的巨噬細(xì)胞和DCs，在檸檬酸桿菌侵染的小鼠結(jié)腸中，炎癥型單核細(xì)胞以及CD11b+吞噬細(xì)胞能產(chǎn)生大量的IL-12，從而誘導(dǎo)Th1細(xì)胞免疫應(yīng)答以及該病原菌的清除[111-113]。Ramanan等[114]發(fā)現(xiàn)NOD2 通過限制普通擬桿菌在腸道內(nèi)的病理性擴(kuò)張,抑制小腸內(nèi)炎癥。 研究發(fā)現(xiàn),NOD2 缺陷型小鼠的小腸上皮表型異常而且上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞 IFN-γ表達(dá)上升,這些腸道異常的表型依賴于 NOD2 缺陷型小鼠腸道普通擬桿菌的擴(kuò)張。

Jiang等[115]發(fā)現(xiàn)NOD2信號在維持腸道上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞的平衡過程中發(fā)揮作用，且這一調(diào)控過程依賴于NOD2蛋白對腸道菌的識別以及IL-15的生成。這是之前沒有被人意識到的NOD2的新功能。研究表明，NOD2缺陷型小鼠的腸道內(nèi)缺乏上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞，而且僅有的上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞增殖減弱，凋亡水平上升。但同時在胸腺、脾臟、肝臟中的淋巴結(jié)仍表現(xiàn)正常。他們的研究也顯示了NOD2缺陷型小鼠抗原提呈細(xì)胞的IL-15的表達(dá)受損。Jiang等的研究表明NOD2信號通路通過對腸道共生菌的識別來調(diào)控腸道內(nèi)APCs細(xì)胞IL-15的表達(dá)，從而影響腸道上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)和生存。而NOD2蛋白的缺失引起IELs細(xì)胞的缺失，這可能損害了固有免疫，并且加重了NOD2缺陷型小鼠和患克羅恩病患者對黏膜破壞的高敏感性。

Costa[116]報道了 NOD2 活化可以導(dǎo)致Ⅰ型糖尿病的發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)鏈脲霉素誘導(dǎo)Ⅰ型糖尿病的過程中,腸道菌組成發(fā)生改變, 腸道共生菌轉(zhuǎn)位到胰腺淋巴結(jié)中激活髓樣細(xì)胞內(nèi)NOD2活性,誘發(fā)了Th1和Th17細(xì)胞的活化而導(dǎo)致Ⅰ型糖尿病早期的發(fā)生。這一研究結(jié)果可能為早期Ⅰ型糖尿病的介入治療提供新的具有可能性的靶點(diǎn)。

5 總結(jié)與展望

NOD1和NOD2蛋白作為宿主細(xì)胞內(nèi)模式識別受體，感應(yīng)病原菌或腸道共生菌高度保守的肽聚糖分子。這些肽聚糖分子通過吞噬作用、內(nèi)吞作用、胞內(nèi)體膜轉(zhuǎn)運(yùn)子、細(xì)菌分泌系統(tǒng)、細(xì)菌的外膜囊泡以及磷酸鈣納米顆粒等方式進(jìn)入宿主細(xì)胞。NOD1和NOD2的活化會誘導(dǎo)促炎抗菌反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)揮免疫應(yīng)答作用。生化分析以及遺傳篩選已經(jīng)揭示了調(diào)控NOD1和NOD2信號通路的復(fù)雜機(jī)制。若干實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明NOD2和NOD1蛋白分別通過調(diào)控固有免疫類細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)以及募集、適應(yīng)性免疫應(yīng)答的起始以及腸道淋巴組織發(fā)生來影響對克羅恩疾病的敏感性(圖1)。盡管我們對NOD1和NOD2蛋白的了解不斷完善，但依然存在一些關(guān)鍵性問題有待闡明，如：NOD1和NOD2蛋白被細(xì)菌肽聚糖活化更精確的機(jī)制；NOD蛋白促進(jìn)抗病毒免疫應(yīng)答的機(jī)制；NOD1-NOD2-ATG16L1軸對克羅恩疾病的影響；以及NOD配體在Th2疫苗佐劑發(fā)展中的應(yīng)用等。

圖1 NOD蛋白的生理功能示意圖Fig.1 Schematic of NOD protein physiological functionNote:NOD1 and NOD2 recognize bacterial PGNs which enter cells. The NOD proteins self-oligomerize and recruit RIP2.RIP2 activates TAK1 and MAPKs,then activate transcription factors and influence the expression of downstream target genes.

若干實(shí)驗(yàn)組正在嘗試發(fā)展能夠調(diào)節(jié)NOD蛋白信號通路的小分子，用它們來影響病原菌清除和炎癥[117-119]。目前，通過活性小分子的文庫的篩選來鑒定出對NOD1和NOD2蛋白信號通路發(fā)揮作用的成分[120-122]。盡管這些小分子調(diào)控NOD1和NOD2信號通路的機(jī)制有待證明，但它們直接影響NOD蛋白的穩(wěn)定性、配體識別以及ATP結(jié)合與水解活性具有可能性。

一些研究已經(jīng)嘗試鑒定出NOD1和NOD2蛋白的免疫刺激分子，這些分子可以作為疫苗佐劑或者抗菌成分去應(yīng)用。這個領(lǐng)域早期的研究是對肽聚糖核心成分進(jìn)行化學(xué)修飾來增強(qiáng)或減弱NOD1和NOD2活性[120,121]。也有研究表明NOD1和NOD2也參與調(diào)控結(jié)腸炎有關(guān)的癌癥。在結(jié)腸炎關(guān)聯(lián)的腫瘤病理模型中，NOD1、NOD2以及RIP2的敲除會加劇小鼠體內(nèi)腫瘤的發(fā)生，這暗示NOD1和NOD2信號通路可能在腸道外的腫瘤發(fā)育中發(fā)揮作用[125，126]。

總之，這些研究支持將NOD1和NOD2信號通路的調(diào)節(jié)作為治療手段來治療炎癥性疾病或癌癥。然而，我們需要更深入的研究來評估這一治療手段可能帶來的影響。

[1] Hugot JP,Chamaillard M,Zouali H,etal.Association of NOD2 leucine-rich repeat variants with susceptibility to Crohn′s disease[J].Nature,2001,411(6837):599-603.

[2] Ogura Y,Bonen DK,Inohara N,etal.A frameshift mutation in NOD2 associated with susceptibility to Crohn′s disease[J].Nature,2001,411(6837):603-606.

[3] Girardin SE,Jéhanno M,Menginlecreulx D,etal.Identification of the critical residues involved in peptidoglycan detection by Nod1[J].J Biol Chem,2005,280(46):38648-38656.

[4] Tanabe T,Chamaillard M,Ogura Y,etal.Regulatory regions and critical residues of NOD2 involved in muramyl dipeptide recognition[J].Embo J,2004,23(7):1587-1597.

[5] Chin AI,Dempsey PW,Bruhn K,etal.Involvement of receptor-interacting protein 2 in innate and adaptive immune responses[J].Nature,2002,416(4):190-194.

[6] Inohara N，Koseki T，del Peso L，etal.Nod1,an Apaf-1-like activator of caspase-9 and nuclear factor-κB[J].J Biol Chem,1999,274(21):14560-14567.

[7] Ogura Y,Inohara N,Benito A,etal.Nod2,a Nod1/Apaf-1 family member that is restricted to monocytes and activates NF-κB[J].J Biol Chem,2001,276(7):4812-4818.

[8] Park JH,Kim YG,Mcdonald C,etal.RICK/RIP2 mediates innate immune responses induced through Nod1 and Nod2 but not TLRs[J].J Immunol,2007,178(4):2380-2386.

[9] Girardin SE,Tournebize R,Mavris M,etal.CARD4/Nod1 mediates NF-κB and JNK activation by invasive Shigella flexneri[J].EMBO Reports,2001,2(8):736-742.

[10] Viala J,Chaput C,Boneca IG,etal.Nod1 responds to peptidoglycan delivered by the Helicobacter pylori cag pathogenicity island[J].Nature Immunol,2004,5(11):1166-1174.

[11] Bielig H,Rompikuntal PK,Dongre M,etal.NOD-Like receptor activation by outer membrane vesicles from vibrio cholerae Non-O1 Non-O139 strains is modulated by the quorum-sensing regulator HapR[J].Infect Immunity,2011,79(4):1418-1427.

[12] Kaparakis M,Turnbull L,Carneiro L,etal.Bacterial membrane vesicles deliver peptidoglycan to NOD1 in epithelial cells[J].Cell Microbiol,2010,12(3):372-385.

[13] Marina-Garcia N,Franchi L，Kim YG，etal.Clathrin-and dynamindependent endocytic pathway regulates muramyl dipeptide internalization and NOD2 activation[J].J Immunol,2009,182:4321-4327.

[14] Lee J,Tattoli I,Wojtal KA,etal.pH-dependent internalization of muramyl peptides from early endosomes enables Nod1 and Nod2 signaling[J].J Biol Chem,2009,284(35):23818-23829.

[15] Vavricka SR,Musch MW,Chang JE,etal.hPepT1 transports muramyl dipeptide,activating NF-kappaB and stimulating IL-8 secretion in human colonic CaCO2/bbe cells[J].Gastroenterology,2004,127(5):1401-1409.

[16] Kasper CA,Sorg I,Schmutz C,etal.Cell-cell propagation of NF-κB transcription factor and MAP kinase activation amplifies innate immunity against bacterial infection[J].Immunity,2010,33(5):804-816.

[17] Powell JJ,Thomasmckay E,Thoree V,etal.An endogenous nano mineral chaperones luminal antigen and peptidoglycan to intestinal immune cells[J].Nat Nanotechnol,2015,10(4):331-333.

[18] Barnich N,Aguirre JE,Reinecker HC,etal.Membrane recruitment of NOD2 in intestinal epithelial cells is essential for nuclear factor-kappaB activation in muramyl dipeptide recognition[J].J Cell Biol,2005,170(1):21-26.

[19] Ogura Y,Lala S,Xin W,etal.Expression of NOD2 in Paneth cells:a possible link to Crohn′s ileitis[J].Gut,2003,52(11):1591-1597.

[20] Wang TT,Dabbas B,Laperriere D,etal.Direct and indirect induction by 1,25-dihydroxyvita min D3 of the NOD2/CARD15-defensin beta2 innate immune pathway defective in Crohn disease[J].J Biol Chem,2010,285(4):2227-2231.

[21] Leung CH,Lam W,Ma DL,etal.Butyrate mediates nucleotide-binding and oligomerisation domain (NOD) 2-dependent mucosal immune responses against peptidoglycan[J].Eur J Immunol,2009,39(12):3529-3537.

[22] Rosenstiel P，F(xiàn)antini M，Br?utigam K，etal.TNF-α and IFNγ regulate the expression of the NOD2 (CARD15) gene in human intestinal epithelial cells[J].Gastroenterology,2003,124(4):1001-1009.

[23] Gutierrez O,Pipaon C,Inohara N,etal.Induction of Nod2 in myelomonocytic and intestinal epithelial cells via nuclear factor-kappa B activation[J].J Biol Chem,2002,277(44):41701-41705.

[24] Kim YG,Park JH,Reimer T,etal.Viral infection augments Nod1/2 signaling to potentiate lethality associated with secondary bacterial infections[J].Cell Host Microbe,2011,9(6):496-507.

[25] Takahashi Y，Isuzugawa K，Murase Y，etal.Up-regulation of NOD1 and NOD2 through TLR4 and TNF-alpha in LPS-treated murine macrophages[J].J Veterinary Med Sci,2006,68(5):471-8.

[26] Lee KH,Biswas A,Liu YJ,etal.Proteasomal degradation of Nod2 protein mediates tolerance to bacterial cell wall components[J].J Biol Chem,2012,287(47):39800-39811.

[27] Zurek B,Schoultz I,Neerincx A,etal.TRIM27 negatively regulates NOD2 by ubiquitination and proteasomal degradation[J].PLoS One,2012,7(7):e41255.

[28] Philpott DJ,Girardin SE.Nod-like receptors:sentinels at host membranes[J].Current Opin Immunol,2010,22(4):428-434.

[29] Travassos LH,Carneiro LA,Ramjeet M,etal.Nod1 and Nod2 direct autophagy by recruiting ATG16L1 to the plasma membrane at the site of bacterial entry[J].Nature Immunol,2010,11(11):55-62.

[30] Lipinski S,Grabe N,Jacobs G,etal.RNAi screening identifies mediators of NOD2 signaling:implications for spatial specificity of MDP recognition[J].Proc Natl Acad Sci,2012,109(52):21426-21431.

[31] Fukazawa A,Alonso C,Kurachi K,etal.GEF-H1 Mediated Control of NOD1 Dependent NF-κB Activation by Shigella Effectors[J].Plos Pathogens,2008,4(11):e1000228.

[32] Irving AT,Mimuro H,Kufer TA,etal.The immune receptor NOD1 and kinase RIP2 interact with bacterial peptidoglycan on early endosomes to promote autophagy and inflammatory signaling[J].Cell Host Microbe,2014,15(5):623-635.

[33] Nakamura N,Lill JR,Phung Q,etal.Endosomes are specialized platforms for bacterial sensing and NOD2 signalling[J].Nature,2014,509(7499):240-244.

[34] Zhang Q,Pan Y,Yan R,etal.Commensal bacteria direct selective cargo sorting to promote symbiosis[J].Nat Immunol,2015,16(9):918-926.

[35] Philpott DJ,Sorbara MT,Robertson SJ,etal.NOD proteins:regulators of inflammation in health and disease[J].Nat Rev Immunol,2013,14(1):9-23.

[36] Franchi L,Warner N,Viani K,etal.Function of Nod-like receptors in microbial recognition and host defense[J].Immunological Rev,2009,227(1):106-128.

[37] Caso F,Costa L,Rigante D,etal.Caveats and truths in genetic,clinical,autoimmune and autoinflammatory issues in Blau syndrome and early onset sarcoidosis[J].Autoimmunity Rev,2014,13(12):1220-1229.

[38] Hu Z,Yan C,Liu P,etal.Crystal structure of NLRC4 reveals its autoinhibition mechanism[J].Science,2013,341(6142):172-175.

[39] Keestragounder AM,Byndloss MX,Seyffert N,etal.NOD1 and NOD2 signalling links ER stress with inflammation[J].Nature,2016,532(7599):394-397.

[40] Yang Y,Yin C,Pandey A,etal.NOD2 pathway activation by MDP or Mycobacterium tuberculosis infection involves the stable polyubiquitination of Rip2[J].J Biol Chem,2007,282(50):36223-36229.

[41] Magalhaes JG,Lee J,Geddes K,etal.Essential role of Rip2 in the modulation of innate and adaptive immunity triggered by Nod1 and Nod2 ligands[J].Eur J Immunol,2011,41(5):1445-1455.

[42] Correa RG,Milutinovic S,Reed JC.Roles of NOD1 (NLRC1) and NOD2 (NLRC2) in innate immunity and inflammatory diseases[J].Bioscience Reports,2012,32(6):597-608.

[43] Mccartney SA,Colonna M.Viral sensors:diversity in pathogen recognition[J].Immunological Rev,2009,227(1):87-94.

[44] Takeuchi O,Akira S.Innate immunity to virus infection[J].Immunological Rev,2009,227(1):75-86.

[45] Hasegawa M,Fujimoto Y,Lucas PC,etal.A critical role of RICK/RIP2 polyubiquitination in Nod-induced NF-κB activation[J].Embo J,2008,27(2):373-383.

[46] Bertrand MJ,Doiron KK.Cellular inhibitors of apoptosis cIAP1 and cIAP2 are required for innate immunity signaling by the pattern recognition receptors NOD1 and NOD2[J].Immunity,2009,30(6):789-801.

[47] Tao M,Scacheri PC，Marinis JM,etal.ITCH K63-ubiquitinates the NOD2 binding protein,RIP2,to influence inflammatory signaling pathways[J].Curr Biol,2009,19(15):1255-1263.

[48] Yang S,Wang B,Humphries F,etal.Pellino3 ubiquitinates RIP2 and mediates Nod2-induced signaling and protective effects in colitis[J].Nat Immunol,2013,14(9):927-936.

[49] Damgaard RB,Fiil BK,Speckmann C,etal.Disease-causing mutations in the XIAP BIR2 domain impair NOD2-dependent immune signaling[J].Embo Mol Med,2013,5(8):1278-1295.

[50] Zeissig Y,Petersen BS,Milutinovic S,etal.XIAP variants in male Crohn′s disease[J].Gut,2015,64(1):66-76.

[51] Hitotsumatsu O,Ahmad RC,Tavares R,etal.The ubiquitin-editing enzyme A20 restricts nucleotide-binding oligomerization domain containing 2-triggered signals[J].Immunity,2008,28(3):381-390.

[52] Billmann-Born S,Till A，Arlt A，etal.Genome-wide expression profiling identifies an impairment of negative feedback signals in the Crohn′s disease-associated NOD2 variant L1007fsinsC[J].J Immunol,2011,186(7):4027-4038.

[53] Musone SL,Taylor KE,Nititham J,etal.Sequencing of TNFAIP3 and association of variants with multiple autoimmune diseases[J].Genes Immun,2011,12(3):176-182.

[54] Barmada MM,Brant SR,Nicolae DL,etal.A genome scan in 260 inflammatory bowel disease-affected relative pairs[J].Inflamm Bowel Dis,2004,10(5):513-520.

[55] Burton PR,Clayton DG,Cardon LR,etal.Genome-wide association study of 14,000 cases of seven common diseases and 3,000 shared controls[J].Nature,2007,447(7145):661-678.

[56] Nasser MS.Signature biomarkers in Crohn′s disease:toward a molecular classification[J].Mucosal Immunol,2008,1(1):399-411.

[57] Vereecke L,Sze M,Guire CM,etal.Enterocyte-specific A20 deficiency sensitizes to tumor necrosis factor-induced toxicity and experimental colitis[J].J Exp Med,2010,207(7):1513-1523.

[58] Lee EG,Boone DL,Chai S,etal.Failure to regulate TNF-induced NF-kappaB and cell death responses in A20-deficient mice[J].Science,2000,289(5488):2350-2354.

[59] Hedl M,Li J,Cho JH,etal.Chronic stimulation of NOD2 mediates tolerance to bacterial products[J].Proc Natl Acad Sci,2008,104(49):19440-19445.

[60] Kim Y,Park JS,Fukase K,etal.Cross-tolerization between Nod1 and Nod2 signaling results in reduced refractoriness to bacterial infection in Nod2-deficient macrophages[J].J Immunol,2008,181(6):4340-4346.

[61] Zhang R,Zhao J,Song Y,etal.The E3 ligase RNF34 is a novel negative regulator of the NOD1 pathway[J].Cell Physiol Biochem,2014,33(6):1954-1962.

[62] Yang L,Tang Z,Zhang H,etal.PSMA7 directly interacts with NOD1 and regulates its function[J].Cell Phy Biochem,2013,31(6):952-959.

[63] Ver Heul AM,Fowler CA,Ramaswamy S,etal.Ubiquitin regulates caspase recruitment domain-mediated signaling by nucleotide-binding oligomerization domain-containing proteins NOD1 and NOD2[J].J Biol Chem,2013,288(10):6890-6902.

[64] Ver Heul AM,Gakhar L,Piper RC,etal.Crystal structure of a complex of NOD1 CARD and ubiquitin[J].PLoS One,2014,9(8):e104017.

[65] McDonald C,Chen FF,Ollendorff V,etal.A role for erbin in the regulation of Nod2-dependent NF-κB signaling[J].J Biol Chem,2005,280(48):40301-40309.

[66] Kufer TA,Kremmer E,Banks DJ,etal.Role for erbin in bacterial activation of Nod2[J].Infect Immunity,2006,74(6):3115-3124.

[67] Von KO,Lipinski S,Till A,etal.Caspase recruitment domain-containing protein 8 (CARD8) negatively regulates NOD2-mediated signaling[J].J Biol Chem,2010,285(26):19921.

[68] Paramel GV,Folkersen L,Strawbridge RJ,etal.CARD8 gene encoding a protein of innate immunity is expressed in human atherosclerosis and associated with markers of inflammation[J].Clin Science,2013,125(8):401-407.

[69] Yeretssian G,Correa RG,Doiron K,etal.Non-apoptotic role of BID in inflammation and innate immunity[J].Nature,2011,474(7349):96-99.

[70] Nachbur U,Vince JE,O′Reilly LA,etal.Is BID required for NOD signalling?[J].Nature,2012,488:E4-E6.

[71] Yeretssian G,Correa RG,Doiron K,etal.Yeretssianetal.reply[J].Nature,2012,488,E6-E8.

[72] Yan R,Liu Z.LRRK2 enhances Nod1/2-mediated inflammatory cytokine production by promoting Rip2 phosphorylation[J].Protein Cell,2017,8(1)：55-66.

[73] Magalhaes JG,Philpott DJ，Nahori MA，etal.Murine Nod1 but not its human orthologue mediates innate immune detection of tracheal cytotoxin[J].EMBO Rep,2005,6:1201-1207.

[74] Zhao Y,Alonso C，Ballester L，etal.Control of NOD2 and Rip2-dependent innate immune activation by GEF-H1[J].Inflamm Bowel Dis,2012,18:603-612.

[75] Hisamatsu T，Suzuki M，Podolsky DK.Interferon-γ augments CARD4/NOD1 gene and protein expression through interferon regulatory factor-1 in intestinal epithelial cells[J].J Biol Chem,2003,278(35):32962-32968.

[76] Beg AA,Finco TS,Nantermet PV,etal.Tumor necrosis factor and interleukin-1 lead to phosphorylation and loss of I kappa B alpha:a mechanism for NF-kappa B activation[J].Mol Cell Biol,1993,13(6):3301-3310.

[77] Rosenstiel P,Fantini M,Br?utigam K,etal.TNF-alpha and IFN-gamma regulate the expression of the NOD2 (CARD15) gene in human intestinal epithelial cells[J].Gastroenterology,2003,124(4):1001-1009.

[78] Candido EP,Reeves R,Davie JR.Sodium butyrate inhibits histone deacetylation in cultured cells[J].Cell,1978,14(1):105-113.

[79] Scheppach W,Sommer H,Kirchner T,etal.Effect of butyrate enemas on the colonic mucosa in distal ulcerative colitis[J].Gastroenterology,1992,103(1):51-56.

[80] Burns KA,Martinon F.Inflammatory diseases:is ubiquitinated NEMO at the Hub?[J].Current Biol,2004,14(24):1040-1042.

[81] Rahighi S,Ikeda F,Kawasaki M,etal.Specific recognition of linear ubiquitin chains by NEMO is important for NF-κB activation[J].Cell,2009,136(6):1098-1109.

[82] Jiang X,Chen ZJ.The role of ubiquitylation in immune defence and pathogen evasion[J].Nat Rev Immunol,2012,12(1):35-48.

[83] Karin M.The regulation of AP-1 activity by mitogen-activated protein kinases[J].J Biol Chem,1995,270:16483-16486.

[84] Kobayashi KS,Chamaillard M,Ogura Y,etal.Nod2-dependent regulation of innate and adaptive immunity in the intestinal tract[J].Science,2005,307(5710):731-734.

[85] Park JH,Kim YG,Shaw M,etal.Nod1/RICK and TLR signaling regulate chemokine and antimicrobial innate immune responses in mesothelial cells[J].J Immunol,2007,179(1):514-521.

[86] Masumoto J,Yang K,Varambally S,etal.Nod1 acts as an intracellular receptor to stimulate chemokine production and neutrophil recruitment in vivo[J].J Exp Med,2006,203(1):203-213.

[87] Allison CC,Kufer TA,Kremmer E,etal.Helicobacter pylori induces MAPK phosphorylation and AP-1 activation via a NOD1-dependent mechanism[J].J Immunol,2009,183(12):8099-8109.

[88] Watanabe T,Asano N,Fichtner-Feigl S,etal.NOD1 contributes to mouse host defense against Helicobacter pylori via induction of type I IFN and activation of the ISGF3 signaling pathway[J].J Clin Invest,2010,120(5):1645-1662.

[89] Hasegawa M,Yamazaki T,Kamada N,etal.Nucleotide-binding oligomerization domain 1 mediates recognition of Clostridium difficile and induces neutrophil recruitment and protection against the pathogen[J].J Immunol,2011,186(8):4872-4880.

[90] Jiao Y,Darzi Y,Tawaratsumida K,etal.Induction of bone loss by pathobiont-mediated Nod1 signaling in the oral cavity[J].Cell Host Microbe,2013,13(5):595-601.

[91] Frutuoso MS,Hori JI,Pereira MS,etal.The pattern recognition receptors Nod1 and Nod2 account for neutrophil recruitment to the lungs of mice infected with Legionella pneumophila[J].Microbes Infect,2010,12(11):819-827.

[92] Hamada H,Hiroi T,Nishiyama Y,etal.Identification of multiple isolated lymphoid follicles on the antimesenteric wall of the mouse small intestine[J].J Immunol,2002,168(1):57-64.

[93] Tsuji M,Suzuki K,Kitamura H,etal.Requirement for lymphoid tissue-inducer cells in isolated follicle formation and T cell-independent immunoglobulin A generation in the gut[J].Immunity,2008,29(2):261-271.

[94] Bouskra D，Brézillon C，Bérard M，etal.Lymphoid tissue genesis induced by commensals through NOD1 regulates intestinal homeostasis[J].Nature,2008,456(7221):507-510.

[95] Watanabe T,Asano N,Kitani A,etal.NOD1-mediated mucosal host defense against helicobacter pylori[J].Intern J Inflammation,2010,2010(1):476482.

[96] Fritz JH,Le BL,Sellge G,etal.Nod1-mediated innate immune recognition of peptidoglycan contributes to the onset of adaptive immunity[J].Immunity,2007,26(4):445-459.

[97] Magalhaes JG,Philpott DJ.Nucleotide oligomerization domain-containing proteins instruct T cell helper type 2 immunity through stromal activation[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(36):14896-14901.

[98] Wei D,Mehta AK,Magalhaes JG,etal.Innate signals from Nod2 block respiratory tolerance and program Th2 driven allergic inflammation[J].J Allergy Clin Immunol,2010,126(6):1284-1293.

[99] Geddes K,Rubino SJ,Magalhaes JG,etal.Identification of an innate T helper type 17 response to intestinal bacterial pathogens[J].Nat Med,2011,17(7):837-844.

[100] Barnich N,Hisamatsu T,Aguirre JE,etal.GRIM-19 interacts with nucleotide oligomerization domain 2 and serves as downstream effector of anti-bacterial function in intestinal epithelial cells[J].J Biol Chem,2005,280(19):19021-19026.

[101] Nigro G,Rossi R,Commere PH,etal.The cytosolic bacterial peptidoglycan sensor Nod2 affords stem cell protection and links microbes to gut epithelial regeneration[J].Cell Host Microbe,2014,15(6):792-798.

[102] Davis KM,Nakamura S,Weiser JN.Nod2 sensing of lysozyme-digested peptidoglycan promotes macrophage recruitment and clearance of S.pneumoniae colonization in mice[J].J Clin Invest,2011,121(9):3666-3676.

[103] Kim YG,Kamada N,Shaw M,etal.The Nod2 sensor promotes intestinal pathogen eradication via the chemokine CCL2-dependent recruitment of inflammatory monocytes[J].Immunity,2011,34(5):769-780.

[104] Hruz P,Zinkernagel AS,Jenikova G,etal.NOD2 contributes to cutaneous defense against Staphylococcus aureus through alpha-toxin-dependent innate immune activation[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2009,106(31):12873-12878.

[105] Kleinnijenhuis J,Quintin J,Preijers F,etal.Bacille Calmette-Guérin induces NOD2-dependent nonspecific protection from reinfection via epigenetic reprogramming of monocytes[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(43):17537-17542.

[106] Shaw MH,Reimer T,Kim YG,etal.NOD-like receptors (NLRs):bona fide intracellular microbial sensors[J].Curr Opini Immunol,2008,20(4):377-382.

[107] Kobayashi K,Inohara N,Hernandez LD,etal.RICK/Rip2/CARDIAK mediates signalling for receptors of the innate and adaptive immune systems[J].Nature,2002,416(6877):194-199.

[108] Biswas A,Liu YJ,Hao L,etal.Induction and rescue of Nod2-dependent Th1-driven granulomatous inflammation of the ileum[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(33):14739-14744.

[109] Denning TL,Wang YC,Patel SR,etal.Lamina propria macrophages and dendritic cells differentially induce regulatory and interleukin 17-producing T cell responses[J].Nature Immunol,2007,8(10):1086-1094.

[110] Bry L,Brenner MB.Critical role of T cell-dependent serum antibody,but not the gut-associated lymphoid tissue,for surviving acute mucosal infection with Citrobacter rodentium,an attaching and effacing pathogen[J].J Immunol,2004,172(1):433-441.

[111] Maaser C,Housley MP,Iimura M,etal.Clearance of citrobacter rodentium requires b cells but not secretory immunoglobulin A (IgA) or IgM antibodies[J].Infec Immunity,2004,72(6):3315-3324.

[112] Simmons CP,Clare S,Ghaemmaghami M,etal.Central role for B lymphocytes and CD4+T cells in immunity to infection by the attaching and effacing pathogen Citrobacter rodentium[J].Infect Immunity,2003,71(9):5077-5086.

[113] Mebius RE.Organogenesis of lymphoid tissues[J].Nat Rev Immunol,2003,3(4):292-303.

[114] Ramanan D,Tang MS,Bowcutt R,etal.Bacterial sensor Nod2 prevents inflammation of the small intestine by restricting the expansion of the commensal Bacteroides vulgatus[J].Immunity,2014,41(2):311-324.

[115] Jiang W,Wang X,Zeng B,etal.Recognition of gut microbiota by NOD2 is essential for the homeostasis of intestinal intraepithelial lymphocytes[J].J Exp Med,2013,210(11):2465-2476.

[116] Costa FRC,Franozo MCS,Oliveira GGD,etal.Gut microbiota translocation to the pancreatic lymph nodes triggers NOD2 activation and contributes to T1D onset[J].J Exp Med,2016,213(7):1223-1239.

[117] Geddes K,Magalh?es JG,Girardin SE.Unleashing the therapeutic potential of NOD-like receptors[J].Dressnature Rev Drug Discovery,2009,8(6):465-479.

[118] Ziga Jakopin.Nucleotide-binding oligomerization domain (NOD) inhibitors:a rational approach toward inhibition of NOD signaling pathway[J].J Med Chem,2014,57(16):6897-6918.

[119] Maisonneuve C,Bertholet S,Philpott DJ,etal.Unleashing the potential of NOD-and Toll-like agonists as vaccine adjuvants[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2014,111(34):12294-12299.

[120] Khan PM,Correa RG,Divlianska DB,etal.Identification of inhibitors of NOD1-induced nuclear factor-κB activation[J].Acs Medicinal Chemistry Letters,2011,2(10):780-785.

[121] Rickard DJ,Sehon CA,Kasparcova V,etal.Identification of benzimidazole diamides as selective inhibitors of the nucleotide-binding oligomerization domain 2 (NOD2) signaling pathway[J].PLoS One,2013,8(8):e69619.

[122] Correa RG,Khan PM,Askari N,etal.Discovery and characterization of 2-aminobenzimidazole derivatives as selective NOD1 inhibitors[J].Chem Biol,2011,18(7):825-832.

[123] Agnihotri G,Ukani R,Malladi SS,etal.Structure-activity relationships in nucleotide oligomerization domain 1 (Nod1) agonistic g-glutamyldia minopimelic acid derivatives[J].J Med Chem,2011,54：1490-1510.

[124] Rubino SJ,Magalhaes JG,Philpott D,etal.Identification of a synthetic muramyl peptide derivative with enhanced Nod2 stimulatory capacity[J].Innate Immunity,2013,19(5):493-503.

[125] Chen GY,Shaw MH,Redondo G,etal.The innate immune receptor Nod1 protects the intestine from inflammation-induced tumorigenesis[J].Cancer Res,2008,68(24):10060-10067.

[126] Couturiermaillard A,Secher T,Rehman A,etal.NOD2-mediated dysbiosis predisposes mice to transmissible colitis and colorectal cancer[J].J Clin Invest,2013,123(2):700-711.

[收稿2017-01-11]

(編輯 倪 鵬)

NODproteinsandimmuneresponse

SHENXue-Ying,FANGChuan-Lei,LIUZhi-Hua.CASKeyLaboratoryofInfectionandImmunity,InstituteofBiophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

The NOD protein family include NOD1 and NOD2,both of which recognize intracellular bacterial peptidoglycan,induce inflammation and promote host defense.In this review article,we summarize the research progress on NOD family,including signaling and regulation.We will also discuss their cellular localization and the role in host defense.Understanding on their physiological function will help shed light on pathogenesis on related diseases.

NOD protein;Cellular localization;Physiological function

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.06.001

R392.1

A

1000-484X(2017)06-0801-10