TLR4信號通路與炎癥相關性疾病

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TLR4信號通路與炎癥相關性疾病

王娜，張雪梅，陳立杰*

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 神經內科三病房,黑龍江 哈爾濱150080)

隨著人類社會的發展及生活水平的不斷提高，腦缺血、糖尿病、動脈硬化等炎癥相關性疾病已成為社會的高發病和多發病，給社會和家庭帶來沉重負擔。TLR4與炎癥相關性疾病之間的關系得到了越來越多的關注,大量的研究顯示TLR4/NF-κB信號通路在炎癥信號的傳遞中發揮著重要作用，大量的促炎因子，趨化因子，粘附因子和TLR4及其配體相互作用，相互影響共同促進了疾病的發展。

1關于TLR4

1.1　 TLRs家族

TLRs屬于I型跨膜糖蛋白受體家族，是一類先天性免疫受體，是免疫細胞表面識別病原相關分子模式的一個模式識別受體家族，在活化信號轉導過程中發揮重要作用，是聯系天然免疫與獲得性免疫的橋梁[1，2],最早在果蠅體內發現。TLRs因其胞外段與一種果蠅蛋白Toll 同源而得名，從低等到高等動物體內都發現TLRs的存在，現已在人和小鼠體內發現13種TLRs，分別命名為TLR1-TLR13。小鼠可表達除TLR10外的所有TLRs，人可表達10個TLRs(TLR1-TLR10)[1，2]。

1.2　TLR4結構及生物學特性

所有的TLRs都由富含亮氨酸重復序列的胞外區、跨膜區以及胞內的TLR-IL1結構域組成，細胞外的結構域由18-31個富含亮氨酸的重復序列(Leucine-rich repeats，LRR)組成，主要負責識別病原特異性的配體及與其他輔助配體結合形成受體復合物；胞內區含有和白細胞介素1(IL-1)受體相類似的結構域，即Toll-IL-1受體(TIR)結構域，且TIR結構域為信號轉導所必須的[3]，當其與特定接頭蛋白結合時啟動信號釋放的級聯反應。這些特定的接頭蛋白包括髓樣分化因子88 (MyD88)，類MyD88接頭分子(MAL) ,誘導IFN-β的包含TIR結構域的接頭分子(TRIF),TRIF相關接頭分子(TRAM) ，包含TIR結構域的分子(SARM)。

TLR4是最早發現的哺乳動物TLRs，在人體內多種細胞中能夠廣泛表達，主要分布于單核/巨噬細胞，冠狀動脈內皮細胞，腎小管上皮細胞等，在人腦內主要分布于腦室周圍血管叢，小膠質細胞，星形膠質細胞等。TLR4的配體分為內源性配體和外源性配體，內源性配體包括熱休克蛋白，高遷移率族蛋白(high mobility group box 1 protein ,HMGBl)、纖連蛋白-EDA、胎球蛋白-A(Fetuin-A)氧化修飾的低密度脂蛋白等[4-8]，外源性配體包括脂多糖(LPS)、微生物核酸等，已知TLRs的內源性配體是損傷后的細胞釋放的分子或細胞外基質分解產物，因此不需要外來病原入侵就可激活天然免疫炎癥反應[9]。

2TLR4/NF-κB信號通路

2.1　NF-κB家族及生物學活性

核因子NF-κB是一種二聚的轉錄因子，屬于“Rel”家族，包含一個高度保守的Rel-homology結構域(RHD)，由Rel、RelA(p65)、RelB、p50五個轉錄因子構成，通常所說的NF-κB是由RelA(p65)和NF-κB(p50)組成的異源二聚體，在非激活狀態下NF-κB二聚體與其抑制分子(IκB)組成三聚體復合物，此時不具有調節基因轉錄的能力以無活性的方式存在于胞漿中，在多種因素(如病原體、細胞因子、炎癥介質、氧化應激等)刺激下NF-κB被活化進入核內發揮作用。活化的NF-κB調控的基因主要包括：細胞因子(TNF-a、IL-1、IL-6、干擾素等)；粘附分子(細胞間粘附分子等)；病毒蛋白生長因子、酶等。

NF-κB廣泛存在于真核細胞內，主要與細胞內的信息傳遞并導致相關因子表達有關，在信號轉導、神經塑性、神經變形和神經發育、免疫、應激反應、炎癥和細胞凋亡等方面具有獨特作用。NF-κB位于TLR4下游信號通路，被認為是炎癥級聯反應的重要始動因素，多種因素如IL-l、TNF-α、星形膠質細胞激活等刺激可以激活NF-κB啟動免疫反應和細胞分化等過程。

2.2　TLR4/NF-κB信號通路

TLR4/NF-κB信號通路是近年來研究發現與抗炎免疫機制緊密相關的信號傳導通路，在炎癥發生發展中起重要作用。根據接頭蛋白的結構不同，TLRs的信號傳導通過MyD88依賴途徑和MyD88非依賴途徑。MyD88依賴途徑是信號轉導的經典途徑，主要通過介導NF-κB和促炎性細胞因子的產生激發下游炎癥效應。其過程為TLR4與其特異性配體結合后在細胞內募集MyD88，通過其特異的接頭蛋白(MAL)與MyD88橋接，接受信號蛋白IL-1受體相關激酶(IRAK)，與腫瘤壞死因子受體相關因子6(TRAF6)相互作用，進而活化NF-κB的誘導激酶，磷酸化I-κB激酶，使NF-κB從IκB/NF-κB的復合物中釋放出來遷移到細胞核內，導致相關基因的轉錄、翻譯、最終導致炎癥因子大量釋放。MyD88非依賴途徑為TRIF依賴性信號通路，TRIF與TRAM形成復合物，活化干擾素因子3，誘導干擾素β(IFNβ)的轉錄[10-12]。

3TLR4/NF-κB與炎癥相關性疾病的研究

3.1　TLR4與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種脂質介導的慢性炎癥性疾病，以血管內脂質和炎癥細胞聚集為特征，免疫反應貫穿其始終。低密度脂蛋白弱氧化修飾可誘導TLR4的胞飲作用，促進單核/巨噬細胞的脂質吞噬作用，促進泡沫細胞的形成。正常情況下血管內皮細胞中TLR4表達較低，而AS發生時TLR4表達顯著增高[13]。Michelsenanjiu等最早提出TLR4與AS早期斑塊形成有關[14]，研究發現TLR4/ApoE基因敲除的小鼠相比單純ApoE敲除的小鼠AS發生率降低，同時TLR4/ApoE和MYD88/ApoE 2種雙基因敲除的小鼠AS斑塊中脂質、巨噬細胞也明顯降低，說明TLR4可能在AS斑塊的發生發展和斑塊穩定性中發揮重要作用。另有研究發現[15]，AS參與血管的重構，在血管重構過程中產生的基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)能夠消減斑塊的穩定性，導致損傷發生。其實驗通過建立結扎對側頸動脈的小鼠模型發現TLR4缺乏的小鼠模型未發生血管重構，表明TLR4在血管重構中發揮重要作用，并能增加斑塊的不穩定性。而最新研究發現[16]微血管內皮細胞內的TLR4激活比大血管更能引起炎癥反應暴發，并在MMPs產生并引起斑塊破裂的反應證起更重要的作用。

3.2　TLR4/NF-κB與缺血性腦損傷

腦缺血和再灌注引起的腦損傷的機制仍未明確，但炎癥反應是引起腦損傷的一個重要因素[17]。研究發現，缺血性腦損傷可誘發內源性分子釋放，并與TLR2/4結合,激活的TLR2/4導致NF-κB的核易位，引起炎癥介質的表達從而引發炎癥反應[18,19]，而TLR2/4-NF-κB信號通路的下游介質TNF-α、IL-1β是引起缺血性腦損傷炎癥反應的主要介質[20]，因此抑制炎癥反應和炎癥介質的表達已經用于缺血性腦損傷的神經保護作用[21]。

Qiu[22]等在體外培養神經細胞、星形膠質細胞、小鼠腦細胞中發現，在TLR4正常表達時添加HMGB1檢測到基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)、TNF-α表達增加，但在TLR4表達缺乏時MMP-9表達降低，同野生型小鼠相比較，TLR4基因缺陷小鼠腦缺血模型中腦梗死體積及MMP-9的表達減少，實驗認為腦缺血時HMGB1激活TLR4信號通路來激活MMP-9，而抑制這一傳導通路可以減少缺血后腦組織的炎癥反應。Yang等實驗發現HMGB1通過TLR4的TRIF的非依賴途徑介導缺血再灌注腦損傷[23]。Hua F[24]等研究認為TLR4基因敲除小鼠在腦缺血24小時后再灌注損傷中腦梗死面積顯著減少，且NF-κB的激活也減少，其機制可能是通過抑制TLR4/NF-κB信號通路所致，TLR4的缺失可減少缺血再灌注所引起的腦損傷。在苗江永等[25]實驗中亦發現，腦缺血-再灌注小鼠缺血區大腦皮質TLR4和NF-κB表達呈上升趨勢，神經保護作用下降，槐定堿干預后減輕腦水腫、腦梗死的體積及改善神經功能的缺失，并且下調TLR4和NF-κB。

綜上述，TLR4/NF-κB信號通路參與腦組織缺血后炎癥反應，并進一步證明腦缺血后可能通過激活這一信號通路產生炎癥反應而導致腦損傷，而抑制TLR4/NF-κB信號通路可以減輕炎癥反應和腦損傷，為腦缺血的治療提供新的切入點。如Xian-kun Tu等實驗發現在大鼠永久性局灶性腦缺血模型中，藥物姜毒素通過抑制TLR2/4的表達，降低NF-κBp65的表達及活性，同時下調血中TNF-α、IL-1β的表達，表明姜毒素能顯著減小腦梗死面積，減輕腦水腫，具有明顯的神經保護作用，并且其神經保護和抗炎特性與抑制TLR2/4-NF-κB信號通路有關[26]。

3.3　TLR4/NF-κB與2型糖尿病

2型糖尿病是由于胰島β細胞分泌胰島素不足和(或)外周組織對胰島素的敏感性下降所致的代謝性疾病，在胰島素抵抗及糖尿病的發生發展過程中，炎癥反應具有顯著作用[27]，而TLR4信號通路可能是聯系炎癥和2型糖尿病的重要因素。新近診斷的2型糖尿病患者較健康對照組TLR4及下游配體(如MyD88，TRIF)的表達水平均增高，TLR4通路相關分子IRF3和NF-κBp65均有上升，并伴隨有IL-lβ、IL-6、TNF-ɑ、IL-8等細胞因子和趨化因子水平升高，TLR4信號通路促進了2型糖尿病的炎癥發病過程[28]。Ladefoged等研究發現db/db肥胖小鼠胰島TLR4的表達是對照組7.4倍，糖尿病小鼠胰島TLR4的表達是非糖尿病組5.6倍，并且TLR4的表達水平與血糖水平平行增高，提示TLR4可能參與了2型糖尿病胰島β細胞的損傷過程[29]。此外TLR4還與糖尿病的高危因素緊密相關，研究發現[30]觀察已排除糖尿病的代謝綜合征患者單核細胞TLR4mRNA水平依然高表達，并伴有TLR4下游NF-κB通路活性增加，炎癥細胞因子IL-1β、IL-6、IL-8表達增高。

目前，眾多研究發現TLR4在2型糖尿病的并發癥中有重要作用，其中關于糖尿病腎病的研究最為多見。在糖尿病腎病的腎小球中，HMGB1可使TLR4表達上調，siRNA及TLR4抗體可抑制NF-κB通路的激活導致IL-6及趨化因子配體2的合成減少[8]。Lin[31]等研究發現CRX-526作為TLR4的合成拮抗劑可以顯著降低蛋白尿，對一氧化氮合成酶基因敲除的小鼠糖尿病腎病具有保護作用。因此TLR4可能成為糖尿病腎病治療的潛在靶點。

4展望

TLR4作為機體炎性反應鏈的啟動蛋白已被越來越多的研究所證實，亦有眾多的研究證明TLR4/NF-κB信號轉導通路在缺血性腦損傷、糖尿病、動脈硬化等炎癥性疾病中起重要作用，隨著研究的不斷深入將極大的拓展我們對其炎癥免疫反應的復雜性認識，從而尋找藥物治療和基因治療的新靶點，為臨床治療奠定基礎。

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(收稿日期：2014-07-14)

作者簡介：王娜(1985-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：腦血管病.

文章編號：1007-4287(2015)05-0857-04

*通訊作者

基金項目：黑龍江省自然科學基金面上項目(D201202)