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【Gene of the Week】NOD2与炎性肠道疾病

【Gene of the Week】NOD2与炎性肠道疾病 | 赛业生物

 

想调整研究方向,获得学术研究突破口?想获得论文选题思路,提高发文命中率?你需要了解学科发展态势和未来走向!赛业生物专栏《Gene of the Week》每周会根据热点研究领域介绍一个基因,详细为您介绍基因基本信息、研究概况和应用背景等,助您保持学术研究敏锐度,提高科学研究效率,期待您的持续关注哦。今天我们要讲的主角是炎性肠道疾病及其易感基因NOD2。

 

NOD2基因简介

NOD2 (Nucleotide-binding oligomerization domain 2)也被称为NLRC2,属于NLR家族,是革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的肽聚糖(PGN)衍生的细胞内模式识别受体(PRRs)。NOD2由多种细胞类型表达,包括造血细胞(如T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞和肥大细胞)和非造血细胞(如潘氏细胞、干细胞、杯状细胞和肠细胞),在胞浆中处于一种抑制的单体状态,配体识别时激活其构象发生变化,进而招募丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶2(RIPK2)激活IKK复合物和MAPK途径,调控NF-kB信号通路,刺激肠道炎症的发生。该基因位于人类的16号染色体上,共有18个外显子,氨基酸数量为818个。

NOD2基因敲除小鼠库存 | 赛业生物

表1. NOD2的基本信息

备注:标有√的意为赛业红鼠资源库有该种保存状态的小鼠

 

炎性肠道疾病

炎性肠道疾病(inflammatory bowel disease, IBD)是一组病因不明的慢性肠道炎症性疾病,通常包括两个相对独立的疾病:溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)和克罗恩病(Crohn's disease, CD)。IBD易感基因定位于几个染色体区域,位于第l6条染色体长臂的IBD1区域被认为与CD相关。CD可能由遗传易感性、环境因素和肠道微生物群改变等之间复杂相互作用引起,会导致先天性和适应性免疫反应失调,其发病率在世界范围内呈上升趋势。自2001年发现NOD2与CD相关后,其在先天性和适应性免疫应答中的作用越来越受到关注。NOD2的3个单核苷酸多态性(SNPs) (表2)被证实与白种人患CD显著相关,在人类社会中存在重要种族差异,其后的蛋白功能研究进一步证实了它是CD的易感基因[1]

表2. NOD2基因的3个常见SNPs | 赛业生物

表2. NOD2基因的3个常见SNPs

 

NOD2的C末端部分(图1)包含一个富含亮氨酸的重复序列(LRR),这是一个结构域,可以与细菌脂多糖(LPS)发生物理作用以激活NF-κB。三种氨基酸多态性中最显著的是移码突变3020insC/Leu1007fsinsC,导致C末端33个氨基酸的截断。

图1. Nod2基因的结构和克罗恩病相关变异体的定位 | 赛业生物

图1. Nod2基因的结构和克罗恩病相关变异体的定位[2]

 

三个CD相关的变异体不是发生在同一个单倍型(从一个亲本遗传的连续DNA片段),经常出现于更常见的Pro268Ser变异体的背景上(图2)。这种非随机分布可能是对于含有Pro268Ser变异体的人群施加正向选择(有利于CD相关变异体),在整个人类进化过程中对微生物因子的反应起着主要的选择作用。

图2. 克罗恩病(CD)相关Nod2三种CD相关变体的遗传来源 | 赛业生物

图2. 克罗恩病(CD)相关Nod2三种CD相关变体的遗传来源[3]

 

Nod2相关小鼠模型

NOD2敲除小鼠应用于肠道炎症、帕金森、心肌梗死、抗血栓、心肌缺血、肿瘤等多种疾病研究。肠微褶曲细胞是分泌性 IgA (SIgA)-病原体复合物易位至肠道相关淋巴组织的主要途径,这对于启动粘膜中的适应性免疫很重要。有研究比较了NOD2敲除(KO)小鼠模型与野生小鼠模型荧光标记的SIgA的转运,正如在从具有NOD2多态性的患者身上获得的肠道活检中所观察到的,KO小鼠SIgA从管腔转运到肠道集合淋巴结的平均倍数增加(2.3),与野生型小鼠相比有显著差异。这种IgA转运的显著增加,以及MDP-PAM处理后的显著减少、BSA或不相关的小鼠IgG在结扎肠袢模型中的无任何胞内转运作用,证明了NOD2在细胞转运过程中的意义,SIgA依赖NOD2进行转运(图3)。该研究发现NOD2 介导的对肠道微生物群的粘膜反应的调节机制,这与CD肠道炎症和菌群失调有关。

图3. 缺乏NOD2增加小鼠IgA逆向转运

图3. 缺乏NOD2增加小鼠IgA逆向转运[4]

 

CD的治疗

CD患者治疗的重点是症状控制和肠黏膜愈合,从而改善患者的生活质量,预防并发症。患者药物一般采用生物制剂、全肠内营养、免疫抑制剂这几种治疗方案进行长期的维持治疗。对具有高危因素的CD患者早期应用抗TNF药物(如英夫利西单抗IFX)已逐渐成为主要的临床治疗方案。然而,IFX治疗有其局限性,早期手术可能使CD患者的获益更大。

 

小结

CARD15是CD的主要易感基因,并且编码NOD2受体。克罗恩病相关的CARD15基因突变是否会导致NOD2受体功能的丧失或增强还存在争议,这种功能的改变可能通过哪些机制增加对CD的易感性仍在研究中。转染研究表明,CARD15突变导致MDP识别缺陷,细胞因子分泌变少和NF-κB不激活。然而,克罗恩病患者体内检测到的高水平细胞因子。NOD2/CARD15纯合子突变小鼠表现出激活的NF-κB对MDP的应答和更有效的处理及分泌细胞因子白细胞介素-1β (IL-1β)等,这些作用被认为会增加细菌引起的肠道炎症的易感性。NOD2/CARD15可能参与某些疾病的发病机制,也可能有助于我们进一步了解CD。

 

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参考文献:

[1] 高敏, 曹倩, 罗灵和,等. NOD2/CARD15基因多态性与克罗恩病患者相关性研究[J]. 中华内科杂志, 2005, 44(003):210-212.

[2] Judy H. Cho, The Nod2 Gene in Crohn's Disease: Implications for Future Research Into the Genetics and Immunology of Crohn's Disease, Inflammatory Bowel Diseases, Volume 7, Issue 3, 1 August 2001,271-275.

[3] Chakravarti A . Population genetics--making sense out of sequence.[J]. Nature Genetics, 1999, 21(1 Suppl):56.

[4] Rochereau N, Roblin X, Michaud E. NOD2 deficiency increases retrograde transport of secretory IgA complexes in Crohn's disease. Nat Commun. 2021 Jan 11;12(1):261.

 

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