TLR-4炎癥信號通路對糖尿病心肌纖維化影響機制的研究進展

李鑫洳，金蓉家

（浙江中醫藥大學第二臨床醫學院，浙江 杭州 310051）

糖尿病心肌病的主要病理改變之一為心肌纖維化，心肌纖維化是引起心室重塑的重要原因。隨著心肌正常組織結構中細胞增殖及細胞外膠原蛋白等基質蛋白的過度沉積，可使心室壁的彈力減弱、收縮力降低及冠狀動脈血流儲備減少等，導致心室重塑，甚至可引發心律失常和猝死等嚴重后果[1-3]。炎癥反應在心肌纖維化的過程中發揮重要作用，心肌組織在炎癥因子的作用下發生纖維化，而心肌纖維化又進一步促進炎癥因子的釋放，形成惡性循環[4]。Toll 樣受體4（toll like receptor 4, TLR-4）/ 轉錄因子-κB（nuclear factor-κB, NF-κB）是與炎癥反應密切相關的信號通路，本文就TLR-4 炎癥信號通路對糖尿病心肌病的作用機制的研究進展進行綜述。

1 糖尿病心肌纖維化

心肌纖維化是糖尿病心肌病最常見的心肌病變之一[5]。目前對糖尿病心肌病的定義主要為有明確的糖尿病史，同時伴有明確的心肌結構和功能的改變，排除其他如高血壓等可能引起心肌病變的疾病[6]。現對糖尿病的發病機制尚無統一的概論。有研究顯示，除家族遺傳、全身性肥胖、飲食及受教育程度等因素對2 型糖尿病的發生有影響外，腸道菌群的失調與2 型糖尿病的發生也有一定程度的關聯。菌群失調引發分泌內毒素的細菌增多和腸壁通透性的增加，可導致代謝性內毒素血癥，從而刺激炎癥細胞產生大量的炎癥因子，如白細胞介素-6、白細胞介素-1 等。腸道中脂多糖增多，引起相應的TLR-4 炎癥信號通路活化[7]。

心肌纖維化目前認為主要與腎素-血管緊張素-醛固酮系統、心肌纖維化的調控性細胞因子等有關。在腎素-血管緊張素-醛固酮系統中，血管緊張素Ⅱ、醛固酮均影響心肌醛固酮通過，加速心室重塑和心室功能障礙，促進心肌梗死的進展。醛固酮與其受體結合后發生的氧化應激、炎癥反應均與心肌纖維化有關[8]。目前認為轉化生長因子-β1是與組織纖維化最密切相關的細胞因子。血管內皮細胞功能障礙、炎癥因子表達增多等也促進心肌纖維化的發生、發展。

目前對糖尿病心肌病的治療主要通過生活方式干預、二甲雙胍類、噻唑烷二酮類及注射用胰高血糖素樣多肽類似物等途徑[9-11]。這些措施和藥物僅能控制疾病，防止疾病不再惡化，并不能有效改善患者的預后和疾病發展。隨著對糖尿病心肌病認識的不斷更新，針對細胞和基因的治療也受到了越來越多的關注。

2 TLR-4 炎癥信號通路

2.1 概述

TLR-4 是第一種在人B/T 淋巴細胞、巨噬細胞和肝、脾及肺中發現的TLR 相關蛋白[12]。參與多種疾病的發生、發展，如心血管疾病、過敏性疾病及自身免疫性疾病等[13]。TLR-4 信號轉導主要通過髓樣分化因子88（MyD88）和β 干擾素TIR 結構域銜接蛋白（TRIF），可分為髓樣分化因子88 依賴性信號轉導通路和MyD88 非依賴性/TRIF 依賴性信號轉導通路。通過TLR-4 的活化，啟動MyD88 通路，促進炎癥因子的產生。同時，TLR-4 也被認為是細菌感染中最重要的Toll 樣受體（TLRs），已被證明可以識別革蘭陰性桿菌的脂多糖，缺乏TLR-4 的鼠功能失調，不能激活相應的炎癥反應，而極易被革蘭陰性桿菌感染，如大腸桿菌、肺炎克雷白桿菌或鮑曼不動桿菌感染導致腹膜炎和肺炎等[11]。近年來有文獻顯示，TLR-4 不僅能以病原相關分子模式識別受體，也可能以損傷相關分子模式識別內源性配體，如高遷移率蛋白B1 等，其調控的炎癥信號通路與非細菌性炎癥有關[12]。

2.2 TLR-4 炎癥信號通路對心臟功能的影響

過多脂質沉積和心肌炎癥反應是心臟功能發生改變的重要誘因。TLR-4/NF-κB 途徑可能通過對巨噬細胞中內毒素/脂多糖所誘導的脂質堆積及炎癥反應的負向調節來阻止動脈粥樣硬化的發生[14]；通過激活PI3K/Akt 通路阻斷TLR-4/NF-κB 途徑，激活途徑的負向調節，使促炎癥細胞因子的產生減少、脂質堆積程度減輕及泡沫細胞形成減弱，從而阻斷動脈粥樣硬化的發生[15]。有關小鼠動脈粥樣硬化實驗曾發現，TLR-4 炎癥信號通路可通過miRNA-146a 降低血管中腫瘤壞死因子受體相關因子6[16]。TLR-4 能加強炎癥反應，影響缺血心肌的功能恢復。HAN 等[17]實驗證實羥基紅花黃素A 對缺血再灌注損傷的心肌細胞具有保護作用，而羥基紅花黃素A 對TLR-4 起抑制作用。ZHAI 等[18]實驗證實野生型與TLR-4 缺陷型小鼠相比，心肌梗死的面積更大，這說明抑制TLR-4 的表達與心肌細胞保護機制間可能存在某種聯系。越來越多的研究證實TLR-4 介導的炎癥信號通路與心臟的功能改變和病理變化有關[16-18]。目前認為TLR-4 介導的信號通路主要通過激活NF-κB 來誘導炎癥基因的轉錄，也有越來越多的研究發現TLR-4 炎癥信號通路還可通過其他途徑來發揮作用[19]。有研究表明，冠狀動脈微循環障礙可加重糖尿病患者的心肌間質纖維化，血管內皮細胞的損傷可能是促進糖尿病心肌纖維化的原因之一[20]。這說明TLR-4 炎癥信號通路與心臟功能變化和結構改變間存在著某種關系。

3 TLR-4 介導糖尿病心肌纖維化的作用機制

有研究表明，TLR-4 炎癥信號通路與糖尿病、心肌缺血再灌注損傷、動脈粥樣硬化等免疫反應及炎癥反應性疾病密切相關[21-24]。糖尿病和心肌纖維化均有炎癥改變，因此筆者有理由認為，可基于TLR-4 炎癥信號通路進一步探究其對糖尿病心肌纖維化的影響。目前糖尿病心肌纖維化的發病機制未完全闡明，可從炎癥反應的角度進一步探究。

心肌細胞幾乎無可再生能力，為不可再生細胞，各種原因引起的炎癥反應對心肌細胞造成損傷后，大量的炎癥細胞聚集，并通過必要的炎癥反應對受損傷和死亡細胞進行清除。這種炎癥反應對機體是有利的，若超過一定限度，心肌未受損傷區域也出現炎癥細胞浸潤，則會導致心肌纖維化的范圍擴大，膠原蛋白等細胞外基質過度沉積，纖維結締組織增生，引起心臟舒縮功能障礙。有研究證實，低表達的TLR-4 可有效減少心肌組織中活性氧的釋放、炎癥因子的產生和炎癥反應的發生[25-26]。

正常情況下，心肌細胞60%～70%能量來源于脂肪酸代謝，30%～40%來源于糖酵解。糖尿病患者由于體內糖代謝失衡，其能量幾乎均來源于非酯化脂肪酸的氧化，導致神經酰胺、二酰甘油等物質的沉積，從而影響心肌供能，誘發炎癥反應，導致心肌纖維化等一系列變化[27-28]。神經酰胺可以通過激活NF-κB移位上調誘導型一氧化氮合酶，激活半胱氨酸蛋白酶，誘導心肌細胞凋亡。NF-κB 為TLR-4 炎癥信號通路的下游因子，TLR-4 活化可使NF-κB 表達增加。有研究表明，TLR-4 及其相關的下游因子在心肌梗死受累與未受累心肌中均上調，以抑制TLR-4 炎癥信號通路，減輕炎癥反應和對心肌的額外損害[29]。有研究發現，在STZ 誘導的糖尿病小鼠模型中，TLR-4 的基因沉默或抑制劑能逆轉高血糖引起的心肌細胞凋亡和心肌細胞的過度氧化應激[30]。這進一步說明TLR-4 炎癥信號通路可能與糖尿病心肌纖維化的發生、發展有關。

PI3K/Akt 通路是誘導血管內皮細胞凋亡的關鍵通路，PI3K/Akt 通路可激活TLR-4/NF-κB 途徑，負向調節炎癥細胞因子的產生，阻斷動脈粥樣硬化的發生，也有研究表明冠狀動脈微循環障礙可加重糖尿病患者的心肌間質纖維化[20]。間接推測TLR-4/NF-κB 途徑可能與糖尿病心肌纖維化有關。

有研究表明，未使用雷公藤治療的糖尿病心肌病大鼠模型心肌組織中TLR-4、NF-κB p65 的表達水平較正常對照組明顯升高，表明雷公藤能有效減輕糖尿病大鼠的心肌纖維化和心室功能受損[26]。有研究表明羥基紅花黃色素A 可通過對TLR-4 的抑制作用，而保護因缺血再灌注損傷的心肌細胞[17]。上述研究提示TLR-4 可通過某種途徑對心肌細胞起到保護作用。

4 總結

糖尿病心肌纖維化存在一定程度的炎癥反應，TLR-4 介導的炎癥信號通路在其發生、發展過程中也起到一定的作用，TLR-4 介導的My88 依賴性信號通路對心臟功能和重塑起到重要作用，TLR-4 介導的信號通路對糖尿病心肌病也有一定的影響，TLR-4 是否通過其他作用方式調控糖尿病心肌纖維化的形成還有待進一步明確。