Toll樣受體在糖尿病腎病發病中的作用

馮媛媛(綜述)，白雪源,陳香美(審校)

(1.解放軍總醫院腎病科/腎臟疾病國家重點實驗室，北京 100853； 2.南開大學醫學院，天津 300000)

Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)系統在識別細菌等病原微生物及激活炎性反應信號轉導通路中發揮著重要作用，是天然免疫受體之一，在啟動和調節天然免疫及誘導獲得性免疫中起重要作用[1-2]，是目前研究的熱點。近年來，隨著人們飲食結構和生活方式的改變，糖尿病的發生率正逐年遞增，由此導致的糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)也逐年增加。DN的發病機制復雜,除了血糖、血脂代謝紊亂和血流動力學異常外，近年的研究顯示TLRs系統可能也參與DN的發生、發展過程。因此，進一步探討TLRs與糖尿病腎損傷之間的關系，已成為當前糖尿病和腎臟病學界的熱點課題。

1 TLRs的結構、配體與信號轉導通路

TLRs是人們在研究果蠅胚胎育過程中發現的dToll基因所編碼的一種跨膜受體蛋白，隨后在人類細胞表面鑒定出與其同源的Toll樣蛋白，并命名為TLRs[3-5]。TLRs不僅在天然免疫中發揮重要的作用,而且還可以調節獲得性免疫。

1.1TLRs的結構 TLRs分子均由胞外區、跨膜區和胞內區3部分組成，屬Ⅰ型跨膜受體。其胞外區均有18～31個富含亮氨酸的串聯重復序列，該區為序列多變的Ig樣結構域,與宿主對感染反應的特異性有關,其空間結構的細微變化就會影響TLRs對病原相關分子模式的識別[1-2]。TLRs的胞內區含有Toll/白細胞介素(interleukin，IL)-1受體同源區(Toll/IL-1 receptor homologous region，TIR)，其中包括3個保守盒參與信號轉導[2]。TIR是一個保守結構，TLRs信號轉導通路上的許多蛋白質,如髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)、IL-1受體相關激酶、腫瘤壞死因子受體相關因子6等都具有TIR[6-7]。TLRs在生物界高度保守、分布廣泛，但不同生物TLRs的種類和數量不盡相同[8]。

1.2TLRs的分布、配體 迄今為止，已經發現哺乳動物TLRs有13個成員，人體內有10個，即TLR1～10，小鼠中不表達TLR10，但發現了人類沒有的TLR11～13。TLRs家族成員主要表達于各種免疫相關的細胞，如單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞等[8-9]。

TLRs屬于模式識別受體，模式識別受體識別結合的某些病原微生物或其產物所共有的高度保守的特定分子結構稱為病原相關分子模式[10]。病原相關分子模式包括革蘭陰性菌的脂多糖，革蘭陽性菌的肽聚糖、脂磷壁酸、磷壁酸，分枝桿菌的脂糖，真菌的甘露聚糖，病毒的RNA、表面蛋白，革蘭陽性菌、分枝桿菌、螺旋體中的脂蛋白，細菌鞭毛蛋白，以及一些微生物的CpG DNA、dsRNA、ssRNA[11]。TLRs除了可識別上述外源性分子之外，近年的研究發現TLRs還可識別一些內源性配體，這些配體也稱為損傷相關分子模式，如熱激蛋白、細胞外基質的降解產物、自身的核酸成分等。自由脂肪酸和高糖作為TLR2和TLR4的內源性配體可以誘導產生致炎因子[12-13]。大阪大學等研究人員通過動物實驗發現，由于高血壓等原因使心肌細胞內的線粒體受損后，導致無用的線粒體DNA蓄積，蛋白質“TLR9”會發揮作用，激活免疫反應，引發心肌炎癥，嚴重者可導致心力衰竭。對此，在進一步的研究發現，即使能分解線粒體DNA的酶無法發揮作用，只要投放能遏制“TLR9”蛋白質的物質，那么小鼠即使出現高血壓等情況，也不會出現心肌炎引發的心力衰竭[14]。

1.3TLRs的信號轉導通路 TLRs信號轉導通路包括MyD88依賴性通路和MyD88非依賴性通路。MyD88依賴性通路是指當TLRs胞外段與相應配體結合后，TIR即發生二聚化并與MyD88的Toll結構域結合，同時誘導MyD88的死亡結構域活化而形成TIR-MyD88活性復合體；MyD88用它的死亡結構域募集下游同樣含死亡結構域的IL-1受體相關激酶1和IL-1相關蛋白激酶2，導致IL-1受體相關激酶自身磷酸化；磷酸化的IL-1受體相關激酶脫離MyD88，與腫瘤壞死因子受體相關因子6結合，導致腫瘤壞死因子受體相關因子6活化，并引起絲裂原激活蛋白激酶磷酸化，而后激活κB抑制劑激酶，導致κB抑制劑(inhibitior of kappaB，IκB)泛素化而從IκB/核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)復合物中釋放出來，NF-κB由此活化并轉位入核，從而激活一系列致炎因子基因的表達。除了MyD88依賴性通路外，還存在MyD88非依賴性通路，包括TLR3和TLR4。TLR3的MyD88非依賴信號通路是通過誘導干擾素β的含TIR結構域的銜接蛋白激活腫瘤壞死因子受體相關因子聯合NF-κB激酶結合激酶1，進而促進干擾素調節因子3的激活，誘導干擾素β等基因的表達。TLR4除了參與MyD88依賴性通路之外，還參與MyD88非依賴性通路，它的MyD88非依賴性通路可能主要調控TLR4介導的樹突狀細胞的成熟和獲得性免疫正向調節分子，如主要組織相容性復合體、共刺激分子CD80[11,15-16]。

2 TLRs在糖尿病發生、發展中的作用

TLRs信號通路在糖尿病及其相關并發癥的發生、發展中的作用已得到肯定。研究表明，TLR1、TLR2、TLR3、TLR7都參與了糖尿病的發生機制[17]。已有實驗證明TLRs，尤其是TLR2和TLR4在1型糖尿病和2型糖尿病中的表達均增加[18]。趙莉等[19]研究表明，在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠模型血漿中TLR2 mRNA和蛋白高表達，并且mRNA和蛋白表達水平呈正相關。Dasu等[20]報道，高糖可引起人單個核細胞上TLR2表達增加，剔除TLR2基因后再在高糖環境中孵育24 h TLR2表達明顯下降。1型糖尿病患者白細胞內TLR2 mRNA的表達增加能夠促進炎癥的發生[21]。TLR2剔除后能夠降低糖尿病和DN初期的炎性反應[22]。

目前有研究顯示，2型糖尿病患者尤其是伴有動脈粥樣硬化的患者存在著外周血單個核細胞上TLR4的激活，證明了TRL4很可能是聯系2型糖尿病血管炎性反應和胰島素抵抗的關鍵因子及有力的抗炎治療靶點[23]。妊娠期糖尿病患者體內TLR4 mRNA、NF-κB mRNA呈高表達,炎性因子IL-1、IL-10、腫瘤壞死因子α升高，提示存在免疫炎癥[24]。在關于糖尿病并發癥的研究中還發現，TLR4表達的上調參與了動脈粥樣硬化、糖尿病周圍神經病變及糖尿病眼底病變的發生[25]。TLR4剔除后，糖尿病小鼠炎癥信號通路相關蛋白的表達下降[22]。

3 TLRs在DN發生、發展中的作用

TLRs在腎小管上皮細胞、系膜細胞和足細胞等腎臟固有細胞中表達，這些TLRs受體可能參與了腎間質炎性反應的發生及腎小管的損傷修復[26]。在人類的11個TLRs中，TLR2和TLR4能夠促進缺血/再灌注腎損傷，TLR3、TLR7、TLR9會導致腎小球腎炎等[27]，但是對于糖尿病腎損傷模型中TLRs的表達目前研究較少，僅限于TLR2和TLR4。TLR2和TLR4在小鼠腎臟中主要表達于腎小管上皮細胞和腎小球系膜細胞。Li等[28]的研究表明，DN大鼠腎組織TLR2及其內源性配體(熱激蛋白70和高遷移率族蛋白1)的表達增加，并與MyD88和單核細胞趨化蛋白1表達呈正相關；剔除TLR2基因后，鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠腎臟病變減輕，足細胞丟失減少。對DN患者進行腎活檢，結果發現TLR2在腎小球和腎小管間質中高表達。用TLR2剔除小鼠誘導產生DN后，能夠降低炎癥的發生和DN初期的癥狀。體外實驗同樣表明，高糖能夠誘導TLR2 mRNA高表達[29]。總之，在DN腎組織中，TLR2表達增加，并且與炎癥浸潤相關。

TLR4的配體主要是脂多糖和內源性配體，在識別脂多糖及介導炎性反應信號轉導中起重要作用。林珊等[30]研究發現，DN患者中腎組織TLR4表達明顯上調，并與腎小管上皮細胞炎癥密切相關。Lin等[31]研究表明，DN患者腎組織中TLR4介導的信號通路能夠導致腎小管間質性炎癥。TLR4與拮抗劑CRX-526結合后，能夠預防系膜細胞中DN的發生[32]。體外實驗同樣表明，高糖能夠誘導小鼠腎小球系膜細胞TLR4 mRNA表達，并與DN的產生相關[33]。對于其機制，可能是腎小球中TLR4表達增加，一方面經由連接蛋白MyD88依賴性或非依賴性信號轉導途徑誘導NF-κB活性增加，NF-κB被激活后上調炎性因子的轉錄；另一方面TLR4可激活免疫細胞和腎臟實質細胞,使其分泌大量炎性介質和細胞因子,組織出現持續性炎性反應。慢性腎臟疾病患者腎臟內TLR4 mRNA的表達與核細胞趨化蛋白1和轉化生長因子β1呈正相關。

4 展 望

通過對TLRs家族的研究發現,糖尿病及其腎損傷過程中，固有免疫系統TLRs通過激活NF-κB信號通路促進炎性反應，但目前對于這方面的報道僅限于TLR2和TLR4，其他TLRs表達及其具體作用還有待于進一步的研究。后續研究深入地探討DN發生與炎癥的關系及炎癥調節的機制，也可從細胞分子水平進一步研究免疫炎癥在DN發生中的作用，以便為DN的預防和治療提供新的線索。

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