RIG-I样受体信号通路及其调控研究进展

·综述·RIG-I样受体信号通路及其调控研究进展丁云磊1，孙英杰2，王晓旭3，胡跃4，费荣梅1，丁铲2（1．南京农业大学动物医学院，南京210095；2.中国农业科学院上海兽医研究所，上海200241；3.安徽农业大学动物科技学院，合肥223006；4.吉林农业大学动物科技学院，长春130118）ChineseJournalofAnimalInfectiousDiseases中国动物传染病学报2014,22(5):72-79摘要：模式识别受体（pattern-recognitionreceptors，PRRs）中的RIG-I样受体（RIG-Ilikereceptors，RLRs）是细胞质中一类RNA解旋酶，它们可以通过其RNA配体结合病原相关分子模式（pathogenassociatedmolecularpattern，PAMP），识别非自身的病毒RNA。被感染的细胞中，这种相互作用可以通过触发RLRs以及下游信号分子的活化，最终导致I型干扰素的产生和炎性因子的产生，细胞做出抗病毒免疫应答。本文简单介绍了RLR信号通路的组成及其泛素化调控，总结了病毒逃避RLR通路信号转导的机制，最后阐述了NOD样受体（NOD-likereceptors，NLRs）通路对RLR通路的影响。通过对RLR信号通路分子在抗病毒免疫调节中的作用了解，可以为控制病毒的感染和免疫调节提供一个新的思路。关键词：RIG-I样受体；先天性免疫；细胞信号转导；病毒感染中图分类号：S852.42文献标志码：A文章编号：1674-6422（2014）05-0072-08ADVANCESINSIGNALINGPATHWAYSANDREGULATIONOFRIG-I-LIKERECEPTORDINGYun-lei1,SUNYing-jie2,WANGXiao-xu3,HUYue4,FEIRong-mei1,DINGChan2(1.CollegeofVeterinaryMedicine,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China;2.ShanghaiVeterinaryResearchInstitute,CAAS,Shanghai200241,China;3.CollegeofAnimalScienceandTechnology,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei223006,China;4.CollegeofAnimalScienceandTechnology,JilinAgriculturalUniversity,Changchun130118,China)收稿日期：2014-04-19基金项目：863计划（2011AA10A209）；公益性行业(农业)科研专项（201003012）作者简介：丁云磊，女，硕士研究生，预防兽医学专业通信作者：费荣梅，E-mail：[e-mail]；丁铲，E-mail:[e-mail]:TheRIG-I-likereceptors(RLRs)familyofpatternrecognitionreceptors(PRRs)isagroupofcytosolicRNAhelicaseproteinsthatcanidentifyviralRNAasnon-selfviabindingtopathogenassociatedmolecularpattern(PAMP)motifswithinRNAligands.ThisinteractionthenleadstotriggeringofaninnateantiviralresponsewithintheinfectedcellsthroughRLRinductionofdownstreameffectormoleculessuchastypeIinterferon(IFN)andotherproinflammatorycytokinesthatservetoinduceantiviralandinflammatorygeneexpression.Inthispaper,thecompositionoftheRLRsignalingpathwayandregulationofubiquitinationreactionaredescribedbriefly.ThemechanismsofvirusestargetingRLRpathwaystoescapefromtheimmuneresponsearealsosummarized.Furthermore,thesignalingcrosstalkbetweenRLRpathwaysandNOD-likereceptor(NLR)pathwaysareintroduced.UnderstandingthepivotalroleofRLRsinimmuneregulationandsignalingcrosstalkinantiviralimmunitymayprovidenewinsightsintotherapeuticstrategiesforthecontrolofvirusinfectionandimmunity.Keywords:RIG-I-likereceptors;innateimmunity;cellsignaling;viralinfection·73·第22卷第5期丁云磊等：RIG-I样受体信号通路及其调控研究进展包括病毒在内的多种病原体能够触发细胞先天性免疫应答，这种免疫应答对于限制病原体的早期扩散是必不可少的。病毒感染机体后，有效的抗病毒天然免疫作用的发展需要强健的特异性免疫系统的活化。这个过程依赖于宿主细胞第一感知病毒的能力，然后提醒相邻细胞或者一些免疫细胞病毒感染正在进行。细胞内这种信号的传达需要一类模式识别受体（pattern-recognitionreceptors，PRRs）特异性地识别病毒表达的病原相关分子模式（pathogenassociatedmolecularpatter，PAMP），也就是1989年CharlesJaneway提出的天然免疫模式识别理论。这一类模式识别受体主要包括Toll样受体（Tolllikereceptors，TLRs）、RIG-I样受体（RIG-Ilikereceptors，RLRs)、NOD样受体（NODlikereceptors，NLRs）、Hin-200家族蛋白和一些DNA受体。Toll样受体（TLR）家族的模式识别受体（PRRs）存在于细胞表面和胞内体膜上，比如内质网、溶酶体、内涵体等[1]。相反，一些PRRs存在于细胞质内，识别被感染细胞细胞质中的病原微生物的产物，包括RLRs、NLRs、DNA受体（如AIM2和DAI）[2,3]。虽然几年来我们对于PRRs对病毒感染应答的信号通路有了一定的了解，但是对于病毒特异性的干扰免疫信号通路的研究还不是很全面。本文就近年来确定的RLRs功能和病毒感染干扰其信号通路的转导做一个综述。1RLRs介导的抗病毒信号通路1.1RLRs成员结构和功能RLRs的成员包括视黄酸诱导基因蛋白I（retinoicacid-induciblegeneI，RIG-I）、黑色素瘤分化相关基因5（MDA5）和遗传学和生理实验室蛋白2（LGP2）[4]。它们都包含一个特殊的DEX/DH框RNA酶解旋结构域，可与RNA结合，并且它们都具有ATP酶的功能，可使RNA构象发生改变并激活下游信号的转导。除了LGP2、RIG-I和MDA5都包含两个N端CARD结构域（capase活化和招募结构域），该结构域可促进他们与其他包含该结构域分子的相互作用。这些结构域的相互作用促进了RIG-I/MDA5结合到下游同样含有CARD结构域的一个重要的接头分子MAVS（mitochondrialantiviralsignalingprotein，也称IPS-1/VISA/Cardif），并导致干扰素调节因子IRF-3、IRF-7（interferonregulatoryfactors）的活化和NF-κB（nuclearfactorκB）的入核[5]。这一过程昀终导致干扰素、干扰素刺激基因、促炎因子等各种抗病毒基因的活化，从而抑制病毒的复制和传播[6]。RIG-I和LGP2的C端结构域包含抑制结构域（repressordomain，RD结构域），可以使其在细胞没有病毒RNA刺激时处于非活化状态[7]。1.2RLRs识别病毒RNA各种各样的RNA病毒可以刺激RIG-I和MAD5，并且RIG-I和MDA5可以分别识别不同的病毒。目前发现的可以被RIG-I识别的病毒主要有副黏病毒科，如新城疫病毒、仙台病毒、呼吸道合胞病毒[8]；棒状病毒科，如水泡型口炎病毒、狂犬病病毒[9]；正黏病毒科，如流感病毒；黄病毒科，如肝炎病毒和日本脑炎病毒[10]。相反，MDA5主要识别小RNA病毒科如EMCV；以及冠状病毒，如鼠肝炎病毒[11]。RIG-I和MDA5还都可以识别登革热病毒、新尼罗河病毒以及呼肠孤病毒。有研究表明，RIG-I识别双链RNA[12]，但是后来发现含有5′端三磷酸（5′ppp）尾巴的RNA是被RIG-I识别的必须条件，5′ppp被完全去除后可彻底阻止RIG-I信号通路的活化[13,14]。这种结构可以使RIG-I区别宿主细胞RNA和病毒RNA，因为宿主细胞RNA的5′端有帽子结构，而tRNA和rRNA缺少5′ppp结构。之后经过Schmidt[15]、Saito等[16]，证明RIG-I识别含有5′ppp结构，有一定长度并带有多聚核苷酸序列或双链结构的RNA。此外，有报道证明经RNA聚合酶Ⅲ以AT-richDNA为模板转录的5′ppp双链RNA也可被RIG-I识别[17,18]。关于MDA5识别的RNA的特点还不是很清楚。目前研究显示，MDA5更倾向于识别具有网状结构的长双链RNA[19]。对于LGP2的研究还不明确，LGP2对RLR信号通路的正调控或者负调控作用还没有统一的定论[20]。2RLRs介导的信号转导反应RIG-I和MDA5被活化后触发下游线粒体或过氧·74·2014年10月中国动物传染病学报化物酶体上的一个重要的接头分子MAVS的活化，进而激活下游通路导致IRF3和NF-kB的磷酸化并活化，昀终导致I型干扰素和促炎因子的产生。但是过氧化物酶体上的MAVS在早期可诱导一型干扰素诱导基因的上调而不诱导干扰素的上调（图1）。在RLRs识别病毒RNA后，引起MAVS的活化，进而将信号转导给下游的TRAF3、TBK1激酶和IKK-i复合体，进而磷酸化活化IRF3/7[6]，活化的IRF3/7转移至细胞核内，并诱导I型干扰素的产生。而活化的MAVS还可通过TRAF2/6（tumornecrosisfactor（TNF）R-associatedfactor2/6）或者FADD(Fas-associateddeathdomain)、RIP1(receptorinteractingprotein-1)、TRADD（TANK-bindingkinase-1）、Caspase8/10通路将信号转导给IKK复合物（包含IKKα、IKKβ、IKKγ），昀后导致NF-kB和IkBα复合物的磷酸化，磷酸化的IkBα从NF-kB上脱落并降解，活化的NF-kB入核促进促炎因子和炎性趋化因子的产生[21]。此外，另一种接头分子STING（stimulatorofinterferongenes）也可以与RIG-I和MAVS相互作用活化IRF/IFN，很多实验已经证明DNA在刺激IFN产生的过程中起重要作用，但是STING在RNA病毒刺激细胞内RLR信号转导中的作用还不清楚。3RLR通路的泛素化RIG-I可以被E3泛素化酶调节，TRIM25（tripartitemotifcontaining25）作为一个泛素连接酶可以与RIG-I结合，对其