NOD1受体、NOD2受体与糖尿病的关系研究进展

苟 芳，徐 勇

(1泸州医学院，四川泸州646000;2泸州医学院附属医院)

糖尿病是由多种致病因素共同作用于机体引起的以慢性高血糖为主要临床特点的全身慢性代谢性疾病，可以累及多个系统和脏器。其中胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病(T2DM)的重要机制，贯穿于T2DM的整个发生、发展过程中［1］。近年来，炎症被公认为是联系肥胖、IR和T2DM的重要病理生理过程。最新研究［2］发现，IR、T2DM的发生、发展与天然免疫的激活启动的慢性低度炎症有关。代谢反应与天然免疫在基础疾病的发生中有着错中复杂的联系，核苷酸结合寡聚域样受体(NLRs)家族中NOD1受体和NOD2受体介导的天然免疫在宿主抗早期感染起重要作用，其在糖尿病发病中的作用已受到广泛关注。现将NOD1受体、NOD2受体与糖尿病的关系研究进展情况综述如下。

1 NLRs

天然免疫系统是机体抵御病原微生物入侵的第一道防线，宿主细胞对入侵病原体的识别是依靠表达在细胞表面或活细胞内的能够识别病原相关分子模式(PAMPs)的模式识别受体(PRRs)介导。PRRs主要包括Toll样受体、NLRs、RLR和MDA5及C型凝集素家族。最近研究［3］发现，NLRs家族能够识别胞内危险信号分子，其中包括对胞内菌的识别。NLRs识别相应配体之后能够激化半胱氨酸蛋白水解酶(Caspase)-1和NF-κB、丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信号途径，促进促炎因子的产生，从而启动固有免疫和获得性免疫。

研究［4］发现，人的NLRs家族包括23个成员，鼠的NLRs家族成员还没有确定，但鼠至少有34个NLRs基因。NLRs在结构上共同具有三个结构域。NLRs碳端是一个富含亮氨酸重复区域(LRR)，中间的区域称为NOD，氨基端为CARD，因氨基端能够募集下游分子而激活NLRs信号传导，故称为功能结构域。根据氮端功能结构域的不同人类基因组命名委员会将NLRs家族划分五个亚家族，即CARD、PYD、BIR、NLRA、NLRX亚家族［5］。在NLRs家族成员中，NOD1受体、NOD2受体的功能研究最为清楚。

2 NOD1受体、NOD2受体

2.1 分子结构 在人体中，NOD1受体广泛分布于机体各组织中，而NOD2受体只表达于单核/巨噬细胞、肠上皮细胞等少数组织细胞。NOD1受体、NOD2受体的结构相似，均含三个域［6］:氨基端含可招募Caspase的CARD结构域，是信号传递位点，可与效应分子相互作用激活下游的信号通路;中间是NOD蛋白，含P环和Mg2+结合位点，为核苷酸结合位点，可诱导蛋白自身寡聚化;羧基端富含亮氨酸重复序列(LRRs)，为配体识别结构域。不同的是NOD1受体的氨基端只含一个CARD结构域，而NOD2受体含两个CARD结构域。对NOD2受体两个CARD域的具体功能目前还不清楚，但它们都参与结合下游效应分子，介导NF-κB活化，任何一个缺失都会影响NOD2受体蛋白的正常功能。

2.2 作用机制

2.2.1 识别病原菌PAMPs的机制 目前许多研究都支持NOD1受体、NOD2受体识别的PAMPs主要为病原菌细胞壁上的肽聚糖结构，但他们识别的最小结构却完全不同。NOD1受体主要识别革兰氏阴性菌的NOD1受体的配体(iE-DAP)，NOD2受体主要对细菌的MDP进行识别。NODs不仅可以识别细菌的PAMPs，而且可以识别真菌的PAMPs，烟曲霉的孢子在体内和体外实验中都可以上调NOD1受体和NOD2受体及其下游信号通路中的蛋白表达［7］。说明NODI和NOD2受体可以识别某些真菌的组份，介导抗真菌感染的天然免疫。

2.2.2 介导的信号通路 NOD1受体和NOD2受体的LRRs结构域识别配体后构象发生改变，中间的NOD蛋白自身寡聚化，接着其氨基端的CARD结构域通过CARD与CARD间的相互作用与下游的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶RIP2的CARD结构域结合，激活RIP2。活化的RIP2可通过两条途径激活转录因子，一条是NF-κB途径［8］。另一条是MAPK途径［9］。NLRs不仅可以以介导天然免疫应答，也可诱导适应性免疫反应，已经证明NOD1受体和NOD2受体途径可以产生IL-1β，IL-1β对天然免疫和适应性免疫有着诱导和放大效应［10］。

3 NOD1受体、NOD2受体与糖尿病的关系

IR主要是导致T2DM发生的重要机制［11］。最新研究［12，13］表明，天然免疫和适应性免疫的促炎反应成为IR的关键因素。Schertzer等［14］通过细菌的肽聚糖(PGN)作用于NOD蛋白导致IR，确定NOD蛋白作为天然免疫的成分参与了炎症和胰岛素耐受的发生。同时还有证据指出，IR与NOD1受体、NOD2受体激活肌肉细胞和肥胖有关［15～17］。

3.1 NOD1受体与糖尿病的关系 Schertzer等［14］对野生型小鼠进NOD1受体/NOD2受体双基因敲出，再喂食16周的高脂肪饮食，然后对其进行代谢和炎症性能的评估，发现通过饮食诱导炎症和胰岛素不耐受，确定NOD蛋白参与了天然免疫;通过PGN急性激活NOD蛋白导致全身IR，支持独特细菌通过天然免疫可直接导致IR;因此，NOD1受体可以直接导致炎症和IR。同时有关T2DM与肠道菌群之间的关系的研究发现，T2DM的发病与肠道菌群失调有关［18］，其发病机制包括NOD1受体促进高脂肪饮食的吸收，继而引起的代谢性疾病，但此机制不涉及NOD2受体［19］。

NOD1受体蛋白作为先天免疫的一个组件参与了IR。Zhou等［20］通过活检肥胖受试者腹部皮下脂肪，并通过研究发现iE-DAP及促炎细胞因子刺激了人类脂肪细胞。在脂肪细胞分化和人类脂肪集中处诱导NOD1受体/NOD2受体mRNA表达，并且刺激人体脂肪细胞分离与iE-DAP可诱导NF-κB p65核易位和促炎细胞因子显著增加。在人类脂肪细胞NOD1受体通过增加JNK、IRS-1、Ser307磷酸化，抑制IRS-1酪氨酸磷酸化，减少胰岛素诱导Ser473和Thr308蛋白激酶磷酸化来减弱胰岛素信号转导。此外，NOD1受体激活胰岛素诱导葡萄糖摄取减少，导致IR。这些结果表明，在人类脂肪细胞NOD1受体信号可能是联系先天免疫和IR之间的桥梁。

3.2 NOD2受体与糖尿病的关系 大量研究表明，在体外NOD2受体诱导促炎反应和受损的胰岛素信号和胰岛素诱导葡萄糖在足细胞的吸收。此外，足细胞处理葡萄糖、糖基化产物、TNF-α、TGF-β使NOD2受体的表达明显增强。敲出NOD2受体基因的糖尿病小鼠受到高血糖诱导其蛋白表达减少。以上均支持NOD2受体在介导高血糖诱导的足突细胞功能障碍中起重要作用。同时，NOD2受体还是糖尿病肾病中信号转导通路连接肾损伤炎症和足突细胞IR的关键部件之一［21］。

Clarke等［22］通过研究比较野生型老鼠和缺乏NOD1受体、NOD2受体老鼠在肾缺血时其下游信号蛋白相互作用影响，发现NOD1受体/NOD2受体通过不同的作用机制在肾脏的缺血再灌注损伤中发挥着重要作用，缺乏NOD2受体对急性缺血性肾损伤起着保护作用，同时缺乏NOD1受体和NOD2受体起着更大的保护作用。有大量研究［23］指出，细菌细胞壁的PGN作为一个细胞内的先天免疫传感器参与了IR。而NLRs中NOD1受体和NOD2受体是目前惟一已知传播炎症信号应答PGN的蛋白质，由此得出结论:NOD1受体/NOD2受体参与了糖尿病的IR。最近有研究［24］发现，NOD2受体可以激活肌肉细胞自治炎症和IR，这一发现也支持以上观点。

3.3 NOD2受体与糖尿病并发症的关系 现有研究显示，NOD2受体与糖尿病并发症发生有关。如越来越多的临床和动物模型研究表明，先天免疫系统的激活和炎症是糖尿病肾病的重要的致病机制［25，26］。NOD2受体在天然免疫中扮演着重要的角色，在糖尿病肾病的发病机制中也很重要。Du等［27］发现，NOD2受体在糖尿病患者和高脂肪饮食/链脲霉素诱导糖尿病小鼠的肾活检中表达增加;同时还发现NOD2受体缺乏可以改善糖尿病小鼠肾损伤。由此得出结论:在糖尿病肾病中NOD2受体通过加剧炎症和足突细胞的IR促进肾损伤。

综上所述，NOD蛋白在各种病原体的感染和固有免疫过程中都起着重要的作用，广泛参与细胞内病原微生物的识别和炎症应答是联系天然免疫与特异性免疫的重要桥梁。糖尿病的病因及发病机制尚未完全阐明，近年来炎症学说备受关注，认为糖尿病是一种自然免疫和低度炎症性疾病。有关NOD1受体、NOD2受体这两个NOD家族中的重要胞内蛋白与糖尿病、IR之间联系的研究，使我们对天然免疫胞内识别和炎症反应的机制有了新的认识，为我们研究糖尿病和、IR的发病机理以及其防治提供了新的理论依据，同时也为其他一些炎症性疾病的发病机制提供了新的思路。

［1］Ding SC，Zhang RZ，Liu CG.Type 2 diabetes and insulin resistance and metabolic syndrome［J］.Modern Prey Med，2009，36 (3):564.

［2］Tamrakar AK，Schertzer JD，Chiu TT，et al.NOD2 activation inducesmuscle cell-autonomous innate immune responsesand insulin resistance［J］.Endocrinology，2010，151(12):5624-5637.

［3］Kolb H，Mandrup-Poulsen T.The global diabetes epidemic as a consequence of lifestyle-induced low-grade inflammation［J］.Diabetologia，2010，53(1):10-20.

［4］Michael HS，Thornik R，Yun GK，et al.NOD-like receptors (NLRs):bonafide intracellular microbial sensor［J］.Curr Opin Immunol，2008，20(4):377-382.

［5］Ting JP，Lovering RC，Alnemri ES，et al.The NLR gene family: a standardnomenclature［J］.Immunity，2008，28(3):285-287.

［6］Rosenstiel P，Till A，Schreiber S，etal.Nod-like proteins and human diseases［J］.Microbes Infect，2007，9(5):648-657.

［7］Zhang HJ，Qu JM，Shao CZ，et al.Aspergilhs fumigatua conidia upregulates NOD2 prorein expression both in vitro and in vivo［J］.Acta Pharmacol Sinica，2008，29(10):1202-1208.

［8］ProellM，Stefan J，Riedl JH，etal.The Ned-Like receptor(NLR) family:a tale of similarities and differences［J］.PLoSOne，2008，3(4):e2119.

［9］Park JH，Koseki T，Mcdonald C，etal.RICK/RIP2 me-diates innate immune responses induced through NOD1 and NOD2 but not TLRs［J］.J Immunol，2007，178(4):2380-2386.

［10］Sirard JC，Vignal C，Dessein R，et al.NOD-Like receptors:cytosolic watchdogs for immunity against pathogens［J］.PLoS Pathog，2007，3(12):e152.

［11］Lumeng CN，Maillard I，Saltiel AR.T-ing up inflammation in fat［J］.Nat Med，2009，15(8):846-847.

［12］ShiH，KokoevaMV，Inouye K，etal.TLR4 links innate immunity and fatty acid-induced insulin resistance［J］.JClin Invest，2006，116(11):3015-3025.

［13］Hosoi T，Yokoyama S，Matsuo S，et al.Myeloid differentiation factor 88(MyD88)-deficiency increases risk of diabetes in mice［J］.PLoSOne，2010，5(9):e12537.

［14］Schertzer JD，Tamrakar AK，Magalhães JG，et al.NOD1 activators link innate immunity to insulin resistance［J］.Diabetes，2011，60(9):2206-2215.

［15］Tamrakar AK，Schertzer JD，Chiu TT，et al.NOD2 activation inducesmuscle cell-autonomous innate immune responses and insulin resistance［J］.Endocrinology，2010，151(12):5624-5637.

［16］Zhao L，Hu P，Zhou Y，etal.NOD1 activation induces proinflammatory gene expression and insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes［J］.Am JPhysiol EndocrinolMetab，2011，301(4):E587-E598.

［17］Schertzer JD，Tamrakar AK，Magalhaes JG，et al.NOD1 activators link innate immunity to insulin resistance［J］.Diabetes，2011，60(9):2206-2215.

［18］Amar J，Chabo C，Waget A，et al.Intestinalmucosal adherence and translocation of commensal bacteria at the early onset of type2 diabetes:molecularmechanisms and probiotic treatment［J］.EMBO Mol Med，2011，3(9):559-572.

［19］Schertzer JD，Tamrakar AK，Magalhaes JG，et al.NOD1 activators link innate immunity to insulin resistance［J］.Diabetes，2011，60(9):2206-2215.

［20］Zhou H，Li Y，Song YL.NOD1 activation induces innate immune responses and insulin resistance in human adipocytes［J］.Diabetes Metab，2012，38(6):538-543.

［21］Shigeoka AA，Kambo A，Mathison JC，et al.Nod1 and nod2 are expressed in human and murine renal tubular epithelial cells and participate in renal ischemia reperfusion injury［J］.J Immunol，2010，184(5):2297-2304.

［22］Clarke TB，Davis KM，Lysenko ES，et al.Recognition of peptidoglycan from themicrobiota by Nod1 enhances systemic innate immunity［J］.Nat Med，2010，16(2):228-231.

［23］Müller-Anstett MA，Müller P，Albrecht T，et al.Staphylococcal peptidoglycan co-localizes with Nod2 and TLR2 and activates innate immune response via both receptors in primarymurine keratinocytes［J］.PLoSOne，2010，5(10):e13153.

［24］Tamrakar AK，Schertzer JD，Chiu TT，et al.NOD2 activation inducesmuscle cell-autonomous innate immune responses and insulin resistance［J］.Endocrinology，2010，151(12):5624-5637.

［25］Navarro-Gonzalez JF，Mora-Fernandez C，Muros de Fuentes M，et al.Inflammatorymolecules and pathways in the pathogenesis of diabetic nephropathy［J］.Nat Rev Nephrol，2011，7(6):327-340.

［26］Lin M，Yiu WH，Wu HJ，et al.Toll-like receptor 4 promotes tubular inflammation in diabetic nephropathy［J］.JAm Soc Nephrol，2012，23(1):86-102.

［27］Du P，Fan B，Han H，etal.NOD2 promotes renal injury by exacerbating inflammation and podocyte insulin resistance in diabetic［J］.Kidney Int，2013，84(2):265-276.