NOD2基因敲除小鼠與炎性腸道疾病的研究

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NOD2基因簡介
NOD2 （Nucleotide-binding oligomerization domain 2）也被稱為NLRC2，屬于NLR家族，是革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細(xì)菌的肽聚糖（PGN）衍生的細(xì)胞內(nèi)模式識(shí)別受體（PRRs）。NOD2由多種細(xì)胞類型表達(dá)，包括造血細(xì)胞（如T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和肥大細(xì)胞）和非造血細(xì)胞（如潘氏細(xì)胞、干細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和腸細(xì)胞），在胞漿中處于一種抑制的單體狀態(tài)，配體識(shí)別時(shí)激活其構(gòu)象發(fā)生變化，進(jìn)而招募絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶2（RIPK2）激活I(lǐng)KK復(fù)合物和MAPK途徑，調(diào)控NF-kB信號(hào)通路，刺激腸道炎癥的發(fā)生。該基因位于人類的16號(hào)染色體上，共有18個(gè)外顯子，氨基酸數(shù)量為818個(gè)。
 

表1. NOD2的基本信息

備注：標(biāo)有√的意為賽業(yè)紅鼠資源庫有該種保存狀態(tài)的小鼠

炎性腸道疾病
炎性腸道疾�。╥nflammatory bowel disease, IBD）是一組病因不明的慢性腸道炎癥性疾病，通常包括兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的疾�。簼�瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis, UC）和克羅恩�。–rohn's disease, CD）。IBD易感基因定位于幾個(gè)染色體區(qū)域，位于第l6條染色體長臂的IBD1區(qū)域被認(rèn)為與CD相關(guān)。CD可能由遺傳易感性、環(huán)境因素和腸道微生物群改變等之間復(fù)雜相互作用引起，會(huì)導(dǎo)致先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)失調(diào)，其發(fā)病率在世界范圍內(nèi)呈上升趨勢。自2001年發(fā)現(xiàn)NOD2與CD相關(guān)后，其在先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答中的作用越來越受到關(guān)注。NOD2的3個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNPs） （表2）被證實(shí)與白種人患CD顯著相關(guān)，在人類社會(huì)中存在重要種族差異，其后的蛋白功能研究進(jìn)一步證實(shí)了它是CD的易感基因[1]。
 

表2. NOD2基因的3個(gè)常見SNPs

NOD2的C末端部分（圖1）包含一個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列（LRR），這是一個(gè)結(jié)構(gòu)域，可以與細(xì)菌脂多糖（LPS）發(fā)生物理作用以激活NF-κB。三種氨基酸多態(tài)性中最顯著的是移碼突變3020insC/Leu1007fsinsC，導(dǎo)致C末端33個(gè)氨基酸的截?cái)唷?br />  

圖1. Nod2基因的結(jié)構(gòu)和克羅恩病相關(guān)變異體的定位[2]

三個(gè)CD相關(guān)的變異體不是發(fā)生在同一個(gè)單倍型（從一個(gè)親本遺傳的連續(xù)DNA片段），經(jīng)常出現(xiàn)于更常見的Pro268Ser變異體的背景上（圖2）。這種非隨機(jī)分布可能是對(duì)于含有Pro268Ser變異體的人群施加正向選擇（有利于CD相關(guān)變異體），在整個(gè)人類進(jìn)化過程中對(duì)微生物因子的反應(yīng)起著主要的選擇作用。
 

圖2. 克羅恩�。–D）相關(guān)Nod2三種CD相關(guān)變體的遺傳來源[3]

Nod2相關(guān)小鼠模型
NOD2敲除小鼠應(yīng)用于腸道炎癥、帕金森、心肌梗死、抗血栓、心肌缺血、腫瘤等多種疾病研究。腸微褶曲細(xì)胞是分泌性 IgA (SIgA)-病原體復(fù)合物易位至腸道相關(guān)淋巴組織的主要途徑，這對(duì)于啟動(dòng)粘膜中的適應(yīng)性免疫很重要。有研究比較了NOD2敲除（KO）小鼠模型與野生小鼠模型熒光標(biāo)記的SIgA的轉(zhuǎn)運(yùn)，正如在從具有NOD2多態(tài)性的患者身上獲得的腸道活檢中所觀察到的，KO小鼠SIgA從管腔轉(zhuǎn)運(yùn)到腸道集合淋巴結(jié)的平均倍數(shù)增加（2.3），與野生型小鼠相比有顯著差異。這種IgA轉(zhuǎn)運(yùn)的顯著增加，以及MDP-PAM處理后的顯著減少、BSA或不相關(guān)的小鼠IgG在結(jié)扎腸袢模型中的無任何胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)作用，證明了NOD2在細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的意義，SIgA依賴NOD2進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)（圖3）。該研究發(fā)現(xiàn)NOD2 介導(dǎo)的對(duì)腸道微生物群的粘膜反應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制，這與CD腸道炎癥和菌群失調(diào)有關(guān)。
 

圖3. 缺乏NOD2增加小鼠IgA逆向轉(zhuǎn)運(yùn)[4]

CD的治療
CD患者治療的重點(diǎn)是癥狀控制和腸黏膜愈合，從而改善患者的生活質(zhì)量，預(yù)防并發(fā)癥�；颊咚幬镆话悴捎蒙�物制劑、全腸內(nèi)營養(yǎng)、免疫抑制劑這幾種治療方案進(jìn)行長期的維持治療。對(duì)具有高危因素的CD患者早期應(yīng)用抗TNF藥物（如英夫利西單抗IFX）已逐漸成為主要的臨床治療方案。然而，IFX治療有其局限性，早期手術(shù)可能使CD患者的獲益更大。

小結(jié)
CARD15是CD的主要易感基因，并且編碼NOD2受體。克羅恩病相關(guān)的CARD15基因突變是否會(huì)導(dǎo)致NOD2受體功能的喪失或增強(qiáng)還存在爭議，這種功能的改變可能通過哪些機(jī)制增加對(duì)CD的易感性仍在研究中。轉(zhuǎn)染研究表明，CARD15突變導(dǎo)致MDP識(shí)別缺陷，細(xì)胞因子分泌變少和NF-κB不激活。然而，克羅恩病患者體內(nèi)檢測到的高水平細(xì)胞因子。NOD2/CARD15純合子突變小鼠表現(xiàn)出激活的NF-κB對(duì)MDP的應(yīng)答和更有效的處理及分泌細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β （IL-1β）等，這些作用被認(rèn)為會(huì)增加細(xì)菌引起的腸道炎癥的易感性。NOD2/CARD15可能參與某些疾病的發(fā)病機(jī)制，也可能有助于我們進(jìn)一步了解CD。

參考文獻(xiàn)：
[1] 高敏, 曹倩, 羅靈和,等. NOD2/CARD15基因多態(tài)性與克羅恩病患者相關(guān)性研究[J]. 中華內(nèi)科雜志, 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.