想調整研究方向，獲得學術研究突破口？想獲得論文選題思路，提高發文命中率？你需要了解學科發展態勢和未來走向！賽業生物專欄《Gene of the Week》每周會根據熱點研究領域介紹一個基因，詳細為您介紹基因基本信息、研究概況和應用背景等，助您保持學術研究敏銳度，提高科學研究效率，期待您的持續關注哦。今天我們要講的主角是炎性腸道疾病及其易感基因NOD2。

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菌的肽聚糖（PGN）衍生的細胞內模式識別受體（PRRs）。NOD2由多種細胞類型表達，包括造血細胞（如T細胞、B細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和肥大細胞）和非造血細胞（如潘氏細胞、干細胞、杯狀細胞和腸細胞），在胞漿中處于一種抑制的單體狀態，配體識別時激活其構象發生變化，進而招募絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶2（RIPK2）激活IKK復合物和MAPK途徑，調控NF-kB信號通路，刺激腸道炎癥的發生。該基因位于人類的16號染色體上，共有18個外顯子，氨基酸數量為818個。
 

表1. NOD2的基本信息

備注：標有√的意為賽業紅鼠資源庫有該種保存狀態的小鼠

炎性腸道疾病
炎性腸道疾病（inflammatory bowel disease, IBD）是一組病因不明的慢性腸道炎癥性疾病，通常包括兩個相對獨立的疾病：潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis, UC）和克羅恩病（Crohn's disease, CD）。IBD易感基因定位于幾個染色體區域，位于第l6條染色體長臂的IBD1區域被認為與CD相關。CD可能由遺傳易感性、環境因素和腸道微生物群改變等之間復雜相互作用引起，會導致先天性和適應性免疫反應失調，其發病率在世界范圍內呈上升趨勢。自2001年發現NOD2與CD相關后，其在先天性和適應性免疫應答中的作用越來越受到關注。NOD2的3個單核苷酸多態性（SNPs） （表2）被證實與白種人患CD顯著相關，在人類社會中存在重要種族差異，其后的蛋白功能研究進一步證實了它是CD的易感基因[1]。
 

表2. NOD2基因的3個常見SNPs

NOD2的C末端部分（圖1）包含一個富含亮氨酸的重復序列（LRR），這是一個結構域，可以與細菌脂多糖（LPS）發生物理作用以激活NF-κB。三種氨基酸多態性中最顯著的是移碼突變3020insC/Leu1007fsinsC，導致C末端33個氨基酸的截斷。
 

圖1. Nod2基因的結構和克羅恩病相關變異體的定位[2]

三個CD相關的變異體不是發生在同一個單倍型（從一個親本遺傳的連續DNA片段），經常出現于更常見的Pro268Ser變異體的背景上（圖2）。這種非隨機分布可能是對于含有Pro268Ser變異體的人群施加正向選擇（有利于CD相關變異體），在整個人類進化過程中對微生物因子的反應起著主要的選擇作用。
 

圖2. 克羅恩病（CD）相關Nod2三種CD相關變體的遺傳來源[3]

Nod2相關小鼠模型
NOD2敲除小鼠應用于腸道炎癥、帕金森、心肌梗死、抗血栓、心肌缺血、腫瘤等多種疾病研究。腸微褶曲細胞是分泌性 IgA (SIgA)-病原體復合物易位至腸道相關淋巴組織的主要途徑，這對于啟動粘膜中的適應性免疫很重要。有研究比較了NOD2敲除（KO）小鼠模型與野生小鼠模型熒光標記的SIgA的轉運，正如在從具有NOD2多態性的患者身上獲得的腸道活檢中所觀察到的，KO小鼠SIgA從管腔轉運到腸道集合淋巴結的平均倍數增加（2.3），與野生型小鼠相比有顯著差異。這種IgA轉運的顯著增加，以及MDP-PAM處理后的顯著減少、BSA或不相關的小鼠IgG在結扎腸袢模型中的無任何胞內轉運作用，證明了NOD2在細胞轉運過程中的意義，SIgA依賴NOD2進行轉運（圖3）。該研究發現NOD2 介導的對腸道微生物群的粘膜反應的調節機制，這與CD腸道炎癥和菌群失調有關。
 

圖3. 缺乏NOD2增加小鼠IgA逆向轉運[4]

CD的治療
CD患者治療的重點是癥狀控制和腸黏膜愈合，從而改善患者的生活質量，預防并發癥。患者藥物一般采用生物制劑、全腸內營養、免疫抑制劑這幾種治療方案進行長期的維持治療。對具有高危因素的CD患者早期應用抗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，早期手術可能使CD患者的獲益更大。

小結
CARD15是CD的主要易感基因，并且編碼NOD2受體。克羅恩病相關的CARD15基因突變是否會導致NOD2受體功能的喪失或增強還存在爭議，這種功能的改變可能通過哪些機制增加對CD的易感性仍在研究中。轉染研究表明，CARD15突變導致MDP識別缺陷，細胞因子分泌變少和NF-κB不激活。然而，克羅恩病患者體內檢測到的高水平細胞因子。NOD2/CARD15純合子突變小鼠表現出激活的NF-κB對MDP的應答和更有效的處理及分泌細胞因子白細胞介素-1β （IL-1β）等，這些作用被認為會增加細菌引起的腸道炎癥的易感性。NOD2/CARD15可能參與某些疾病的發病機制，也可能有助于我們進一步了解CD。

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