Toll樣受體在腸易激綜合征發病機制中的作用

牛冰玉，魏 薇，姚樹坤

（1.北京中醫藥大學，北京 100029；2.中國醫學科學院 北京協和醫學院，北京 100032；3.中日友好醫院 消化內科，北京 100029）

腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）是一種慢性、復發性、以腹痛伴排便習慣改變為特征的功能性胃腸病[1]，根據糞便性狀可將IBS 分為腹瀉型（IBS-D）、便秘型（IBS-C）、混合型和不定型。其病理生理學機制尚未完全闡明，目前認為可能是多種因素共同作用的結果，如內臟高敏感、腸道運動異常、腸道菌群紊亂、腸道通透性增加、應激、 飲食等[2，3]。研究發現，IBS 患者血清中白細胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6、IL-8、IL-17 和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平明顯升高[4～6]，IL-10、γ 干擾素（interferon-γ，IFN-γ）降低[5，7]，在IBS 患者腸黏膜中亦發現IL-8、肥大細胞、腸嗜鉻細胞和CD3+T 淋巴細胞呈上升趨勢，IL-10 呈下降趨勢[6]，提示IBS 患者存在免疫激活和以外周血細胞因子、腸黏膜細胞因子、免疫細胞、腸內分泌細胞水平發生改變為表現的低度炎癥狀態[8]。

Toll 樣受體（toll-like receptors，TLRs）是重要的模式識別受體（pattern recognition receptors，PRR），可以識別病原體相關分子模式 （pathogen-associated molecular pattern，PAMP）和損傷相關分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP），在固有免疫中發揮重要作用[9]，并有助于適應性免疫的激活[10]。TLRs 與免疫激活和細胞因子的分泌密切相關[11]。本文將對TLRs 在腸易激綜合征發病機制中的作用做一綜述。

1 TLRs 概述

TLRs 是富含亮氨酸重復序列的Ⅰ型跨膜蛋白，由跨膜結構域、負責PAMP 和DAMP 識別的富含亮氨酸重復序列的氨基末端胞外配體結合域（leucine-rich repeats，LRR）和胞質羧基端Toll-IL-1 受體（Toll-interleukin-1 receptor，TIR） 結構域組成[9]。目前已發現13 種TLRs （TLR1～TLR13），其中人體內有10 種，主要分布在免疫細胞，如巨噬細胞、樹突狀細胞，部分TLRs 在體細胞上也有表達，如支氣管內皮細胞、腸上皮細胞、心肌細胞[12]。不同的TLRs位于細胞的不同部位。TLR1、2、4、5、6 和10 為胞外受體，識別胞外環境中的PAMP。其中，TLR2 與TLR1 或TLR6結合為異二聚體，TLR10 來源于TLR1/TLR6 前體，它們都具有異二聚體受體的功能，能識別微生物細胞壁和膜的成分，包括革蘭陽性菌的磷壁酸、脂蛋白、肽聚糖、酵母多糖、甘露聚糖[13]；TLR4 識別革蘭陰性菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、合胞病毒的包膜蛋白、錐蟲體內的糖肌醇磷脂、熱休 克蛋白（heat shock proteins，HSP）60、70[9，12]；TLR5識別細菌鞭毛。TLR3、7、8 和9 表達于細胞的內質網膜或內體膜上，可識別病毒、細菌和宿主的核酸，如TLR3 識別dsRNA，TLR7 和TLR8 識別ssRNA，TLR9 識別非甲基化的CpG DNA[13]。TLRs 也能識別由損傷細胞產生的內源性分子，如細胞死亡或損傷過程中可將HSP（監視各種細胞壓力）和高遷移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）（參與轉錄和DNA 修復）釋放到胞外，活化巨噬細胞和樹突狀細胞的TLR2 和TLR4 信號[14]。

識別PAMP 和DAMP 后，TLRs 通過髓樣分化因子88（myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88）依賴性信號通路和誘導干擾素β 的TIR 域結合蛋白 （TIR domain-containing adaptor protein-inducing interferon β，TRIF）依賴性信號通路產生多種轉錄因子。一組轉錄因子是核因子κB（ nuclear factor κB，NF-κB）和活化蛋白1（activator protein1，AP-1），兩者促進細胞因子、趨化因子和黏附分子的基因表達，介導固有免疫的炎癥效應，且NF-κB 還可以調節T 細胞的活化、分化和效應功能[15]。另一組轉錄因子是干擾素調節因子3 （interferon regulatory factor 3，IRF3）和干擾素調節因子7（IRF7），兩者促進Ⅰ型干擾素（interferon-Ⅰ，IFN-Ⅰ）的產生，介導固有免疫的抗病毒反應。在人類TLRs 中，僅TLR3 通過TRIF 依賴性通路進行信號轉導，其他TLRs 信號均由MyD88 依賴性通路轉導。應注意的是，TLR4 識別的細胞外信號可通過2 條通路進行轉導，并表現出時間依賴性[16]。

2 TLRs 在IBS 中的作用

2.1 在外周血中

McKernan 等[17]研究發現，IBS患者外周血TLRs活性有明顯變化。與健康對照組相比，IBS 患者外周血TLR2、3、4、5、7 和8 活性增強，此外，男女患者對LPS 的刺激存在一定差異，女性IBS 患者在LPS 刺激后TLR4 活性較男性增強，提示TLR4 活性的變化不僅與病情有關，而且可能與性別有關。Song 等[18]研究發現伴有抑郁的IBS（IBS with depression，DP-IBS） 患者和無抑郁IBS （IBS without depression，NDP-IBS）患者的外周血TLR2 和TLR4 的mRNA水平顯著高于健康對照組，且DP-IBS 患者顯著高于NDP-IBS 患者。但需要注意的是，外周血TLRs 水平的變化趨勢可能與腸黏膜不一致。

2.2 在腸黏膜中

Dlugosz 等[19]發現，與健康對照相比，IBS 患者TLR2 在小腸的固有層和上皮，尤其是結腸（隱窩和上皮）表達增強，TLR4 主要在小腸和大腸固有層的遷移細胞胞漿中表達增強，TLR5 主要在固有層，也在絨毛上皮細胞紋狀緣表達增強，TLR9 在小腸固有層遷移細胞胞漿及結腸上皮（表面上皮和隱窩）和固有層表達增強，然而研究僅在IBS 患者小腸黏膜（近端空腸黏膜）發現TLR4、5、9 mRNA 表達增加，在結腸中這些受體的基因轉錄無顯著差異。另一研究[20]證實了IBS 患者結腸黏膜中有TLR4、TLR7 和TLR8蛋白的表達，且這種受體在隱窩和腔面表達最多，此外，該研究檢測了10 種TLRs（TLR1-TLR10）的表達，發現IBS患者結腸TLR4 和TLR5 mRNA 的表達增加，TLR7 和TLR8 mRNA 表 達減少。Shukla 等[10]也發現IBS 患者結腸TLR4 和TLR5 的mRNA 表達增加，且IBS患者TLR4 和TLR5 蛋白在隱窩和腔面表達更多，但TLR2 的mRNA 表達水平無差異。另外，Kocak 等[21]在蛋白水平證實了IBS 患者結腸組織TLR4 水平升高，TLR2 水平無統計學差異。腸黏膜TLRs 的表達改變提示IBS 患者可能存在腸道免疫調節異常，為免疫因素參與IBS 的發病提供了支持證據。

在IBS-D 中有較多關于TLR2 和TLR4 的研究。研究發現IBS-D 患者結腸TLR2、TLR4 的蛋白水平[22]和mRNA水平均升高，且TLR2 和TLR4 表達呈正相關[23]，證實了不同的TLRs 協同作用于腸道菌群發揮其對天然免疫的調節作用。但是在結腸不同部位，TLR2 和TLR4 的表達可能不同，IBS-D 患者TLR4 在腸腔腸上皮細胞 （intestine epithelial cells，IECs）的基底側及腸腔側表達的陽性率均高于健康對照組，而2 組TLR2 在腸腔IECs 表達無顯著差異，在隱窩上皮，TLR2 弱表達者較健康對照組少，均勻表達增強者較健康對照組多[22]。另外，在感染后IBS-D 患者中也發現回腸和結腸黏膜中TLR4 蛋白的表達顯著高于健康對照組[24]。

但在不同IBS 亞型中TLRs 的變化可能存在差異。Belmonte 等[25]發現混合型IBS（IBS-M）組TLR2 mRNA 表達和IECs 表面TLR2 蛋白表達均較IBS-C 和IBS-D 組顯著增加，IBS-M 組TLR4 mRNA 表達也較IBS-D 組增加。另外，有研究發現，腹瀉型（IBS-D）組TLR4、TLR5 mRNA和蛋白的表達均較便秘型（IBS-C）升高[10]，IBS-D 組TLR2蛋白水平顯著高于IBS-C 組，IBS-D 患者TLR2 的組織水平升高可能導致持續的低水平結腸炎癥[21]。

2.3 在炎癥因子方面

一項體外實驗發現與健康對照組相比，IBS 患者外周血在分別用TLR1/2/3/4/5/6/7/8/9 激動劑培養24h 后，TLR2誘導的TNF-α 釋放增強，TLR3 誘導的IL-8 釋放增強，TLR4 誘導的IL-1β 和TNF-α 釋放增強，TLR5 誘導的IL-1β 和TNF-α 釋放增強，TLR7 誘導的IL-8 釋放增強，TLR8誘導的上述四種細胞因子IL-1β、IL-6、IL-8 和TNF-α 釋放均增強，而TLR1、TLR6 和TLR9 活性均未檢測到差異[17]。

研究發現，IBS 患者TLR4、IL-6、C-X-C 基序趨化因子配體11（C-X-C motif chemokine ligand 11，CXCL-11）和C-X-C 基序趨化因子受體3 （C-X-C motif chemokine receptor 3，CXCR-3）的mRNA 水平均高于對照組，IBS 患者TLR-4 和IL-6、CXCR-3 和CXCL-11、IL-6 和CXCR-3 呈正相關[10]。另外，IBS-M 組TLR2、TLR4、IL-8 和IL-1β 顯著升高，研究認為在IBS-M 患者中，TLRs 表達增加與具有結腸炎癥抑制作用的過氧化物酶體增殖物激活受體-γ（peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPARγ）表達下降的不平衡，導致黏膜促炎細胞因子IL-8 和IL-1β 的表達增加[25]。

TLRs 是固有免疫系統的重要組成部分，可以識別保守的病原體相關分子模式，通過觸發細胞因子和趨化因子的表達，啟動固有免疫反應，還有助于適應性免疫的激活。IBS 患者外周血和腸黏膜中TLRs 的改變及其對炎癥狀態的影響，提示在IBS 患者中可能存在由固有免疫和適應性免疫反應的異常激活導致的黏膜和全身免疫反應失調，從而產生腸道炎癥[10]。

2.4 在腸道菌群方面

在IBS-D 患者中，革蘭氏陰性菌（尤其是銅綠假單胞菌和擬桿菌）和分段絲狀菌數量增加，且革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的拷貝數與CXCL-11 呈正相關[10，26]。另外，IBS-D 患者腸道黏膜定植菌群的多樣性及2 種優勢菌屬（擬桿菌門和梭菌屬）均較健康人群顯著減低，IBS-D 組中擬桿菌門數量與TLR2、TLR4 表達均呈負相關，梭菌屬數量與TLR2 表達呈負相關，與TLR4 表達未見相關性，提示IBS-D 的發生可能與腸道菌群失調后作用于TLR 信號轉導通路相關[23]。腸道菌群可能會影響TLRs 的表達和其對多種微生物配體的識別，導致細胞因子下游級聯的激活和趨化因子的產生，從而產生腸道炎癥。

3 結語

IBS 作為一種功能性胃腸病，雖無器質性病變，但其慢性、 復發性的臨床特點嚴重地影響著患者的日常生活，越來越多的研究發現，IBS 患者存在免疫細胞和炎癥介質異常的低度炎癥狀態，這可能是由于固有免疫和適應性免疫反應的異常刺激導致的IBS 患者黏膜和全身免疫反應失調。TLRs 在維持微生物與宿主之間的平衡中起著關鍵性的作用，有助于固有免疫和適應性免疫的激活，在IBS 的低度炎癥狀態中發揮重要作用。IBS 中存在微生物與宿主之間的免疫接觸，IBS 的菌群紊亂作用于TLRs 可能引起異常免疫激活，血清及腸黏膜中TLRs 表達發生改變，并進一步觸發細胞因子和趨化因子的產生，產生低級別的炎癥反應，影響IBS 的發生、發展。但目前TLRs 在IBS 發病機制中的研究相對較少，且不乏有小樣本和異質性的局限，缺乏針對性，對于TLRs 在IBS 中的作用有待進一步發掘，從而為IBS 的治療提供新靶點。