-
RIG-I
样受体介导的信号转导
1
简介
固有免疫（
innate
immunity
）又称非特异性免疫
( nonspecific immunity)
，是
人体抵抗外来生物入侵的第一道防线。
与适应性免疫相比，
固有免疫具有作用范
围广、反应出现快、参与反应的免疫细胞多、相对稳定
性和遗传性等特点。近年
来，
固有免疫在分子水平上的识别及调
控机制越来越受到关注。
哺乳动物的固有
免疫识别及调控主要通
过一系列的模式识别受体
( pattern recognition recept
or
，
PRR)
识别病原微生物上表达
的保守的病原体相关分子模式
( pathogen associated
molecular
pattern
，
PAMP)
来实现
，
这种形式让机体不但可以发现入侵的病原体，
而且能够识别其
类型，并通过一系列信号途径活化效应分子，识别自我与非我，
激活与调控固有免疫应答
，
并且相互协同或互相调节以形成调控网络，
从而控制
并清除病原体，
在固有免疫中发挥独特的功能。
根据天然免疫中的病原模式识别
受体的结构特点，
PRR
可以分为
Toll
样受体（
< br>Toll- like receptor
，
TLR
）
、
RIG-I
样
受体（
RIG-I like receptor
，
RLR
）和
NOD
样受体
[nucleotide oligomerization
domain
（
NOD
）
-like receptor
，
NLR]
等。
TLR
家族属于
I
型跨膜蛋白，主要分布
在细胞膜表面或者吞噬囊泡膜上。
因此它们只能识别细胞外或者经过吞噬进入细
胞的
PAMP
，而对细胞质中的
RNA
病毒则无法做出反应。
RLR
是抗病病毒先天
< br>免疫信号通路中重要的病毒受体，
可以识别细胞内不同病毒的
RNA
，
包括
RIG-I
（
retinoic acid-induced gene
I
）
、
MDA5
（
melanoma differentiation-associated
gene -5
）
和
LGP2
（
laboratory of genetics and
physiology 2
）
[1,
2]
。
2
RLR
的结构和功能
RLR
都含有
RNA
解旋酶（
RNA helicase
）活性，同属超家族
2
（
superfamily
2
，
SF2
）解旋酶。
RIG-I<
/p>
由
925
个氨基酸残基组成，其
N
端含有两个级联激活和
招募结构域
（
caspase activation and
recruitment domain
，
< br>CARD
）
，
中间包括
RNA
解旋酶和
ATP
结合结构域（
ATP-binding domain
）
，
C
端则是
RNA<
/p>
结合结构域
（
RNA-binding
domain
，
RBD
）和抑制结构域
（
repressor domain
，
RD
）
。在无外
界刺激的条件下，<
/p>
体外过表达
RIG-I
的
CARD
结构域可以持续激活
I
型干扰素的
表达，说明
CARD
结构
域是其效应结构域；而过表达其
C
端或失去结合
ATP
活
性的突变体（
K27
0A
）则能移植病毒诱导的
I
型干扰素
的表达，免疫共沉淀实验
表明
RIG-I
的
C
端能与其
CARD
以及
RNA
解旋酶结构域相互作用，说明
RIG-I
的激活依赖于其
ATP
结合活性，而
RIG-I
的
C
端对调节其激活起着至关重要的
作用
[
3, 4]
。
MDA5
由
1025
个氨基酸组成，其
N
端也含有两个
CARD
结构域，
中间
是
RNA
解旋酶结构域，这两个结构域与
RIG-I
的
CARD
和
RNA
解旋酶结
构域分别有
23%
和
35%
的相似性。其
C
端含有一个
RD
结
构域。过表达
MDA5
或者其
CARD
结构域能激活
I
型干扰素的表达
[5]
，
这与
RIG
-I
的功能类似。
LGP2
全长
678
个氨基酸，与
RIG-I
和
MDA5
不同的是，
LG
P2
不含有
N
端的
CARD
结构域，
它由
N
端的
RNA
解旋酶结构域和
C
端的
RNA
结合结构域组成。<
/p>
其
RNA
解旋酶结构域与
RIG-I
和
MDA5
的解旋
酶结构域分别有
41%
和
31%
的相似性。
体外实验表明，
LGP2
能抑制
RIG-I/MDA5
介导的信号转导<
/p>
[6]
。
Fig.1. RLRs
的一级结构。
（摘自
Mitsutoshi
Yoneyama&Takashi Fujita, 2007
）
3 RLR
的激活和对
RNA
病毒结构的识别
在抗病毒天然免疫反应中，
RLR
对病
毒的识别起到了重要调节作用。在细
胞静息状态时，
细胞内参与
RLR
识别的信号分子出于非活化状态。
具体表现在，
RIG-I
的
CARD
结构域，
ATPase
和
RNA
解旋酶结构域被其
C
端的抑制结构与所
掩盖，
RIG-I
处
于非活化状态。病毒在感染复制的过程中会产生
5’pppssRNA
< br>或
者
dsRNA
，
RIG-I
的
C
端
RNA
结合结构域识别并结合这些
RNA
后，构象发生
改变，导致其
ATPase
结构域暴露出来，具有
ATPase
活性。
ATPase
结构域结合
并水解
ATP
，使得
RIG-I
< br>与病毒
RNA
的能力加强，从而使
RIG-I
的
CARD
结构
域活化，同时
ATPase
的活化可诱导
RIG-I
二聚化或寡聚化，使得
RIG-I
能与下
游的接头蛋白相互作用并将信号向下游传递
[1, 5]
。
病毒通
过胞吞或者膜融合作用将其核酸物质释放进入细胞质内，
病毒核酸在
细胞内复制的过程中，
会产生
RNA
中间产物，
如
5’
端磷酸双链
RNA
（
double-strand
RNA
，
dsRNA
）以及
5’
端三磷酸单链
RNA[5
’ triphosphate single
-strand RNA
（
ssRNA
）
, ppps
sRNA]
。
RIG-I
和
MDA5
可以识别这些
RNA
中间产物，并被激
活，从而将信号传至下游，诱导
I
型干扰素的表达。
2006
年，
Kato
等发现
RIG-I
基因敲除的小鼠胚胎成纤维细胞（
RIG-I
-/-
MEF
）与野生型细胞相比，被新城疫
病毒（
newcastle disease virus
，
NDV
）
、仙台病毒（<
/p>
sendai virus
，
SeV
）
、水泡性口
炎病毒（
vesicle stomatitis virus
，
V
SV
）
、流感病毒
A
< br>（
influenza A virus
）以及日
本脑炎病毒（
Japanese encephalitis vir
us
）感染后，产生
I
型干扰素的能力
大大下
降，
而
MDA5
-/-
MEF
被这些病毒感
染后产生的
I
型干扰素并没有受到影响。
相反，
在
MDA5
-/-
MEF
细胞中，被小
R
NA
病毒科感染后，如脑心肌炎病毒
（
encephalomyocarditis virus
，
E
MCV
）
、泰勒病毒（
Theiler
’s
virus
）和门戈病毒
（
Mengo
virus
）
，几乎不再产生
I
型干扰素，而
RIG-I
-/-
MEF
被这些病毒感染后
产生
I
型干扰素的能力没有受到很大的影响。相应的，
RIG-I
-/-
以
及
MDA5
-/-
< br>小
鼠分别对
VSV
和
EMCV
易感，这说明，
RIG-I
和
MDA5
在抵抗不同的
R
NA
病
毒感染过程中发挥着非常重要的作用：即
RIG-I
负责识别绝大多数的单链
RNA
病毒，
包括正链和负链
RNA
病毒，
而
MDA5
主要负责识别微
核酸病毒家族的某
些成员，例如
EMCV
、小鼠诺如病毒（
murine norovirus
）
、冠状病毒科的小鼠肝
炎病毒（
murin
e hapititis virus
）
。
RIG-I
和
MDA5
对于双链<
/p>
RNA
病毒
——
呼吸孤
病毒科病毒的识别依赖于其基因组
dsRNA
片段的长度；对于黄病毒科家族成员
的识别则依赖于病毒本身，如
RIG-I
特异识别
JEV
和
HCV
，
RIG-I
和
MDA5
共
同识别西尼
罗河病毒（
West Nile
virus
）和登革病毒（
Dengue
virus
）
[4,
7]
。
4
RLR
介导的信号转导
RLR
受外界刺激激活后，通过招募下游的接头蛋白，触发一系列的信号级
联反应，最终激活转录因子
NF-
κB
（
nuclear factor κB
）和干扰素调节因
子
（
interferon regulatory fact
or
，
IRF
）
，从而诱导
I
型干扰素的产生。
20
05
年，四个
不同的研究团队几乎同时报道了
< br>RLR
下游的一个接头蛋白
VISA
（
virus
–
induced
signaling adaptor
）
[
也被称为
MA
VS
（
mitochondrial antiviral signaling<
/p>
）
、
IPS-1
（
interferon-
β promotor
stimulator 1
）和
Cardif
< br>（
CARD adaptor inducing
IF
Nβ
）
][8-11]
。
VISA
的
N
端还有一个与
RIG-I
和
MDA5
类似的
CARD
结构域。
过表
达
VISA
可以激活
IFNβ
和
NF-
κB
的启动子
，从而诱导
I
型干扰素的分泌。
200
8
年，
两个独立的研究团队报道了
VI
SA
下游的接头蛋白，
分别命名为
ST
ING
（
stimulator of interferon
gene
）和
MITA
（
mediator of IRF3
activation
）
[12,
13]
。
STING
的
N
端含有
4
个跨膜结构域，其中第三个跨膜结构域负责将
MITA
定位
在线粒体上，
C
端是其效应结构域
，含有一系列的磷酸化位点，其
358
位丝氨酸
的磷酸化对其介导
I
型干扰素的激活非常重要。免疫共
沉淀实验表明
STING
的
N
端与
VISA
的
C
端相互作用，
是的
STING
通过
VISA
与
RLRs<
/p>
相互作用，
实现
信号的向下游传导
[13]
。
4.1
RLR
介导的
NF-
κB
的激活
VISA
对
NF-
κB
的激活是通过肿瘤坏死因
子受体相关因子（
tumor necrosis
factor receptor associated factor
，
TRAF
）
来实现的。<
/p>
近年来，
有报道表明
TRAF2
、
TRAF3
和
TRA
F6
都参与了病毒诱导的
RLR
介导的
NF-
κB
的激活。其中
VISA
可以与
TRAF2
和
TRAF6
相互作用而激活
NF-<
/p>
κB
。
VISA
含有两个保守的
TRAF6
的结合位点和一个
< br>TRAF2
结合位点，并通过这些保守位点分别与
TRA
F6
和
TRAF2
发生相互作用。在<
/p>
TRAF6
-/-
MEF
中，
VISA
不能有效激活
NF-
κB
，这说
明
< br>VISA
对
NF-
κB
的激活是通过
TRAF6
和
TRAF2
来实现的
[11]
。<
/p>
TRAF6
对下
游
NF-
κB
的激活是通过自身的泛素化来实现的。
TRAF6
首先与两个
TRIKA
（
TRAF6-regulated IKK activator
，
TRIKA1
和
TRI
KA2
）复合物相互作用，从而
使得
T
RAF6
自身发生
K63-
连接的泛素
化，进而招募
IKK
复合物（
IKKα
/β/γ
），
催化
IKKγ
发生
K63-
连接的泛素化被激活，
进一步磷酸化
IκB
蛋白，
磷酸化的
IκB
被泛素连接酶复合物
识别，促进其以蛋白酶体依赖的降解途径发生降解，
NF-
κB
被释放出来，发生二聚化入核，启动下游基因的表达
[14]<
/p>
。
除了
TRA
F6
和
TRAF2
，
< br>VISA
还可以招募一类具有死亡结构域的蛋白
——
TRADD
（
TNFR-
associated DD
）
、
FA
DD
（
Fas-associated DD
< br>）
和
RIP
（
< br>receptor
interacting protein
< br>）
。
2008
年，
Tschopp
领导的小组发现
TNFR
的接头蛋白
TRADD
能够激活
IFNβ
，
VISA
在
TRADD
-/-
MEF
< br>中不能激活
IFNβ
，同时
TR
ADD
-/-
MEF
对
VSV
易感，这说明
TRADD
在
VISA
的下游起作用。此外，在
FADD
-/-
MEF
或
RIP
-/-
MEF
中
VISA
对
NF-
κB
的激活受到了抑制，而对
I
RF
的激活没有受到
影响，同时，研究表明，
< br>VISA
能与
TRADD
、
FADD
和
RIPA
发生相互作用，这
说明
VISA
可以
通过
TRADD/FADD/RIP
向下游传递信号，
从而激活
NF-
κB
信
号
通路
[15]
。
RLR
对
NF-
κB
信号通路的激活除了以上两种经典的方式以外，还可以通过
非经典途径激活
NF-
κB
，在细胞不受刺激时，
TRAF2
与
NIK
（
NF-
κB<
/p>
-inducing
kinase
）相
互作用，
TRAF3
与两个凋亡抑制蛋白
cIAP1
（
cellular inhibitor of
apoptosis protein 1
）和
cIAP2
相互作用，
TRAF2
和
TRAF3
通过二聚化使得
NI
K
和
cIAP1/2
的空间距离缩短，
从而泛素化
NIK
，使其被降解。
NI
K
是
IKKα
的直
接激酶，
NIK
的降解导致
IKK
α
无法活化，信号处于静息状态。当细胞受到刺激
时，
TRAF2
催化
cIAP1/2
发生泛素化被激活，
cIAP1/2
泛素化
TRAF3
，
促使
TRA
F3
被降解，
这样
cIAP1/2
与
NIK
解离，
N
IK
在细胞中积累，
从而磷酸化
IKK
α
，
IKKα
被激活后泛素化
p100
，
p100
被
剪接成
p52
，
p52
与
RelB
形成二聚体，入核激活
下游基因表达
[14, 16,
17]
。
4.2 RLR
介导的
IRF
的激活
IRF
是一个分布极广的转录因子家
族，
按照发现的顺序依次被命名为
IRF1-9
。
其中，
IRF3
和
IRF7
高度同源，是
RLR
< br>介导的信号转导引起的
I
型干扰素表达
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