Toll樣受體與心血管疾病關系的研究進展

邢云 鄧偉 唐其柱

(武漢大學人民醫院心血管內科 代謝與相關慢病湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430060)

Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)是最早發現于果蠅的一類模式識別受體[1]，在果蠅胚胎發育過程中，dToll基因決定著果蠅的背腹側分化，其編碼的蛋向質稱為Toll樣蛋白，參與果蠅的免疫反應。Medzhitov等[2]首先發現與dToll同源的人hToll基因及其編碼的Toll樣蛋白，并將Toll樣蛋白命名為TLRs。

1 TLRs概述

1.1 TLRs的發現與分布

TLRs是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白，包括富含亮氨酸重復序列的膜外區(識別并結合病原相關分子)、跨膜區和含有Toll/白介素(interleukin，IL)-1受體同源區結構域(Toll/IL-1 receptor domain，TIR結構域)的胞質區(介導下游信號轉導)。在質膜上表達的TLRs識別病原體細胞外區的成分，包括脂蛋白(TLR1、2和6)、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)(TLR4)和細菌鞭毛蛋白(TLR5)。在內小體室中表達的TLRs識別病原體細胞內室中的成分，包括雙鏈RNA(dsRNA)TLR3，單鏈RNA(ssRNA)TLR7和TLR8以及非甲基化胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤(CpG)-DNA(TLR9)[3]。目前，在哺乳動物體中已發現13種TLRs，其中人體內發現10種，小鼠體內發現12種[4]。TLRs主要分布在淋巴細胞、白細胞和單核巨噬細胞等免疫細胞表面，在非淋巴組織中也有不同程度的表達[5]。見表1。

表1 TLRs的激活和分布

1.2 TLRs有關的信號通路

TLRs的胞漿區與白介素-1受體(IL-1R)家族成員胞漿區高度同源，即TIR結構域。TIR是TLRs向下游傳導信號的核心部位，目前已鑒定出5種含有TIR結構域的配體，其中包含髓樣分化因子88(MyD88)、MyD88配體樣蛋白和含有TIR結構域的配體蛋白誘導β干擾素產生的轉錄因子(TRIF)、TRIF相關配體分子(TRAM)和一種含基序蛋白[6]。TLR信號可分為兩種通路，即MyD88依賴通路和依賴于TRIF的信號通路。僅TLR3依賴于TRIF的信號通路，而TLR4則二者均可觸發[7]。

TLRs通過多種識別分子與其配體結合[8]后，通過依賴于MyD88的信號通路和依賴于TRIF的信號通路，激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、干擾素調節因子(interferon regulatory factor，IRF)、絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)p38和Jun激酶等[9]，誘導免疫相關基因的表達。且TLR4與髓樣分化蛋白-2(MD-2)和CD14能協同識別可導致機體敗血癥和感染性休克的革蘭氏陰性菌的LPS[10]。下面以TLR4為例介紹兩種傳導途徑。

1.2.1 依賴于MyD88的信號通路

以MyD88、IL-1受體相關激酶(IRAK)[4]等復合物的形成為開始，以NF-κB和MAPK的早期活化為特征。TLR4與配體結合后通過TIR結構域與MyD88羧基端的TIR結構域相互作用后，經過一系列過程，使磷酸化的IRAK與腫瘤壞死因子受體相關因子(TRAF)6結合[11]，而后通過適配體蛋白激活轉化生長因子-β活化激酶1，最終NF-κB抑制蛋白的活化導致轉錄因子NF-κB的激活和轉位[6]。同時，TRAF6還可結合Toll途經中進化保守的信號轉導中間體將TRAF6與MAPK通路聯合起來，激活Jun激酶和p38 MAPK通路[12]，最終導致相關基因的轉錄。見圖1。

1.2.2 依賴于TRIF的信號通路

依賴于TRIF的信號通路通過TRIF和TRAF3激活[13]，導致IκB激酶/TANK結合激酶1(IKKε/TBK1)的募集、IRF3磷酸化以及β干擾素的表達。依賴于TRIF的信號通路主要負責LPS誘導的干擾素誘導蛋白10(IP-10)、糖皮質激素終止反應基因16(GARG-16)、IRF1表達[14]以及樹突狀細胞成熟。見圖1。

2 TLRs與心血管疾病

TLRs參與炎癥和免疫反應的激活，是先天免疫的第一道防線。TLRs在各種病理條件下發揮著廣泛的作用，包括心血管疾病、過敏性疾病、肥胖相關代謝性疾病、神經元變性、自身免疫性疾病、傳染病和炎癥性腸病。其中，TLRs在心肌炎癥信號通路中發揮著關鍵作用，包括動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、心肌梗死(myocardial infarction，MI)、心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)和病毒性心肌炎(viral myocarditis,VMC)等[15]。接下來就TLRs與相關心血管疾病的關系展開介紹。

2.1 TLRs與AS

AS進展過程中，心肌細胞出現巨噬細胞和T細胞的廣泛浸潤，炎癥成分與斑塊破裂有關，可導致MI或卒中。在AS的發生和發展過程中，病變部位的血管細胞表達多個TLRs，表明這些TLRs可能是影響AS的關鍵因素。

目前，已證實TLRs參與微生物感染后AS進展的信號通路。有研究表明，TLR2和TLR4在肺炎鏈球菌感染后激活巨噬細胞和內皮細胞，抑制膽固醇外流和促進泡沫細胞形成方面起著重要作用[16]?；罨难“逋ㄟ^TLR4信號通路促進血小板微粒的分泌，且二者相互作用可產生很強的促凝功能，因此特異性阻斷TLR4可防止血小板微粒與血小板相互作用，且可能成為未來抗血栓治療的潛在靶點[17]。研究指出，TLR7在T細胞、巨噬細胞以及毛細血管內皮細胞中表達，TLR7轉錄水平與不良心血管事件的發生相關。實驗發現TLR7可通過抑制炎癥因子的表達調節AS中的炎癥反應，因此TLR7可能成為AS預后的重要標志物[18]。另外，TLR9基因敲除小鼠的粥樣硬化斑塊中的脂質沉積和巨噬細胞數量比非基因敲除小鼠大大減少，這表明TLR9在血管炎癥和AS的發展中起著關鍵作用[19]。在病變的動脈外膜，成纖維細胞可表達TLR4，并可在LPS的刺激下合成大量的炎性細胞因子，包括促進T細胞表達與分泌調節因子、γ干擾素誘導蛋白-10(interferon γ-inducible protein-10，IP-10)、巨噬細胞炎癥蛋白和IL-8等炎性因子[20]。這些因子均被證實與AS的發生和發展有關。因此，TLRs的激活可能為AS的治療提供新思路。

2.2 TLRs與MI

MI患者預后不良的部分原因是心肌細胞大量凋亡、壞死，心臟愈合和血管生成受限以及心功能不全，免疫細胞功能障礙導致MI后傷口不愈合或愈合不良。TLRs作為天然免疫系統的重要組成部分，在調節心肌細胞存活和傷口愈合中起著至關重要的作用。在MI動物模型中，干擾NLRP3炎性小體、TLR2和TLR4可使梗死面積減小，并可改善MI后心功能[21]，因此NLRP3炎性小體、TLR2和TLR4炎癥反應信號可能是臨床治療的潛在干預靶點。有研究發現敲除TLR7基因可抑制心肌缺血后的炎癥進程，同時促進小鼠MI后的心肌細胞存活，并可減少左心室重塑[22]。同時，本研究團隊揭示了高遷移率族蛋白A1(HMGA1)和TLR9的相互作用可促進心肌細胞的存活、傷口愈合和MI后血管生成[23]。另有研究表明，細胞衍生因子-1能減少MI患者中心肌細胞的凋亡，促進血管再生，改善心功能，進一步研究發現這與TLR4/NF-κB信號通路的激活有關[24]。有實驗者用TLR3配體對新生心肌細胞進行體外處理，結果發現細胞糖酵解代謝和心肌細胞增殖得到顯著增強，因此TLR3可能是MI后心臟再生和修復所必需的[25]。

因此，TLRs與不同病因所致MI相關，盡管MI后短期給藥對減少心臟損傷和不良心血管事件的發生作用有限，但考慮到炎癥因素對缺血性心臟病的長期影響，發病后針對TLRs的抗炎癥治療仍可取得較大的收益。

2.3 TLRs與MIRI

缺血和再灌注改變細胞內環境的氧化還原狀態，誘導大量促炎因子釋放，后者使TLRs激活并促進中性粒細胞釋放活性氧/活性氮和蛋白水解酶[26]，從而導致大量炎性細胞浸潤和氧化應激反應，加劇組織損傷[27-28]。研究發現外源性RNA可誘導巨噬細胞和中性粒細胞產生巨噬細胞炎癥蛋白-2、腫瘤壞死因子α等炎性因子，而在TLR7基因缺陷的細胞中，RNA誘導產生細胞因子的功能被部分抑制，表明外源性RNA可通過TLR7活化的信號通路誘導細胞炎癥因子的產生[29]。

細胞凋亡在MIRI中起著重要作用，MIRI時引起的細胞凋亡由氧化應激、細胞內鈣超載、酸中毒以及壞死細胞分解釋放的細胞毒素引起的炎癥反應所致，尤其是再灌注時產生大量活性氧導致脂質過氧化，蛋白質和酶分子失活。最近的研究發現，損傷細胞可通過釋放RNA激活TLR3，進而促進心臟移植后MIRI的發生和發展，揭示了TLR3在再灌注引起的炎癥損傷中的作用[30]。通常認為TLR2、TLR3和TLR4的激活在MI中有害，然而近來發現TLR5在限制心肌損傷、炎癥激活和預防心肌功能損害方面發揮了有利作用[31]。另外，阻斷TLR9介導的信號通路可減輕炎癥，降解梗死釋放的細胞外線粒體DNA，減輕MIRI，因此TLR9可作為MIRI的治療靶點[32]。這些發現為TLRs作為未來藥物治療靶點和防止MIRI的發生提供了思路。

2.4 TLRs與VMC

VMC常由腸道病毒、腺病毒、人類細小病毒B19、人類皰疹病毒6型和柯薩奇病毒B組(CVB)引起，其中CVB等嗜心性病毒引起的直接損傷及其所誘發的免疫反應是心臟損害的主要原因，具體機制可能是病毒引起炎性細胞大量釋放，炎性細胞識別CVB3并感染觸發NF-κB激活，分泌IL-6、IL-1β、腫瘤壞死因子α和IL-8等炎性因子，從而引起炎癥損傷[33]。研究表明，Th1(以介導細胞免疫反應為主)型免疫通過減少病毒復制來減輕急性心肌炎的臨床癥狀，并通過抑制Th2(以介導體液免疫反應為主)反應來阻止慢性心肌炎和擴張型心肌病的進展，而Th2型免疫反應通過調節性T細胞和抗炎細胞因子抑制Th1反應來減輕急性心肌炎[34]。不同的病理狀態下，Th1和Th2免疫反應的升高對于從心肌炎到擴張型心肌病和心力衰竭的進展至關重要。

近期，Tatsumi等[35]以CVB3或甲型H1N1流感病毒感染小鼠來源的心肌細胞，發現刺激蛋白酶激活受體4(PAR4)可增強TLR3依賴的趨化因子10的表達。且PAR4基因缺陷小鼠的抗病毒作用被抑制，表現為CVB3介導的VMC惡化，死亡率增加。此研究表明，PAR4具有作為干預靶點減輕CVB3和甲型H1N1流感病毒感染導致的心肌損傷的潛在優勢。此外，有研究者發現中藥黃芪中的黃芪多糖通過抑制TLR4/NF-κB p65信號通路的激活而減輕炎癥反應，改善CVB3誘導的VMC[36]。另外，MyD88基因敲除可抑制病毒感染介導的促炎因子(如IL-1β)分泌，同時提高心肌細胞生存率[37]。

此外，非微生物因素也可通過TLRs激活參與炎癥反應。例如，壞死細胞RNA通過TLR7-MyD88信號誘導細胞因子的產生引發心肌炎[38]。體外血流動力學應激損傷的線粒體被心肌細胞中的自噬/溶酶體系統降解后將導致TLR9介導的心肌細胞炎癥反應，并能誘導心肌炎和擴張型心肌病[39]。

以上證據表明，TLRs在CVB3甚至非微生物因素誘導的VMC中起著重要作用，且TLRs基因在嚴重心力衰竭患者心臟組織中的表達增加[40]。因此抑制TLRs可能為臨床治療VMC提供新方法。

3 總結與展望

綜上所述，TLRs在AS、MI、MIRI和VMC等心血管疾病的發生和發展過程中發揮著重要作用。TLRs通過MyD88依賴通路和TRIF依賴通路促進大量炎癥因子、細胞表面分子和化學因子的分泌，進一步加劇了心肌的損傷。目前，以TLRs為靶點的藥物研究日益受到重視，通過干預、調節抑制TLRs的表達可望成為一種心血管疾病防治的新手段。