TLR4/NF-κB信號通路對變應性鼻炎的調控作用及中藥治療的研究進展

劉 朋 康成林 劉江琦 曾憲海 劉 悅 邱書奇

變應性鼻炎(allergic rhinitis,AR) 作為臨床上常見的慢性鼻科病,在全球的發生率正逐年升高,較發達地區和國家尤為明顯,逐漸成為困擾全球范圍的健康問題[1]。目前經典信號通路在變應性疾病中的應用研究中已獲得不少成果,繼續針對信號轉導通路具體發病機制的深入探討,可以探索更有效的防治AR的方法,近年來的研究熱點主要集中在可以減少AR炎性細胞因子釋放的上游通路。Toll樣受體(toll like receptor,TLR)可以借助依賴髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,Myd88)及非依賴Myd88途徑來影響AR的起病,其中TLR4是可以通過兩種途徑來激活核轉錄因子(nuclear factor-κB,NF-κB)信號通路的重要受體。當TLR4/NF-κB信號通路激活后,機體將不斷分泌白細胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5、IL-13等與AR發病相關的炎性細胞因子,將引起AR的典型臨床癥狀[2]。既往研究表明,當抑制TLR4/NF-κB信號通路激活時,可減少炎性細胞因子的分泌量,同時能緩解患者的炎性反應。一項關于經玉屏風散干預后TLR4/NF-κB信號通路中相關蛋白改變的研究,結果表明玉屏風散可以減少TLR4/NF-κB信號通路中的基因表達及相關蛋白的生成,進而緩解AR的臨床癥狀[3]。TLR4/NF-κB位于多種炎性細胞因子的上游,是調控細胞增殖、分化、轉移的重要通路,在AR治療中是多種抗炎藥物以及中藥療法的潛在靶點,在AR中的作用機制中也是研究熱點。研究發現,TLR4/NF-κB信號通路存在調控輔助性T細胞(T helper lymphocyte,Th)1/Th2平衡、參與調節性T細胞(T regulatory cell,Treg)和Th17細胞的增值與分化等分子途徑的作用,可能成為治療AR的潛在靶點。因此,該文對TLR4/NF-κB在AR中的調控作用及中藥治療研究進行綜述。

一、TLR4/NF-κB的生物學特征及功能

TLR是一個跨膜受體家族,具有稱為Toll/白細胞介素1受體(IL-1R)域的細胞質信號結構域,并在機體免疫細胞中廣泛表達,從而調節機體的免疫應答[4]。位于B淋巴細胞表面的TLR被激活后不僅能使B淋巴細胞抗原遞呈能力增加,還可以增加共刺激分子的表達,這使得B淋巴細胞和T淋巴細胞非特異性抗原更有效地相互作用,提升機體免疫應答敏感度[5]。

在TLR家族中,TLR4是第一個識別和響應病原體相關分子模式的TLR,包括質膜上的脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)[6]。TLR4由細胞膜外含有多個亮氨酸的重復序列(leucine-rich repeat,LRR)、中間跨膜區及細胞膜內的Toll-IL-1R域(TIR)3部分構成,TLR4利用TIR結構域和分化因子(MyD88)接合子樣蛋白(myelin and lymphocyte,Mal)作用,然后Mal與MyD88相結合,當MyD88激活后可以使IL-1受體相關激酶(interleukin receptor associated kinase,IRAK)進行自動磷酸化[4]。而激活后的IRAK將和腫瘤壞死因子相關受體(transmissive right angle film,TRAF) 更深入的相互作用,其中TRAF-6是此轉導中最重要的亞型[7,8]。當TRAF-6被激活后,進一步與二聚體泛素絡合酶Ubc13-Ubc樣蛋白Uev1合成復合物,促使K63泛素鏈的產生,緊接著轉化生長因子β活化激酶1(transforming growth factor β-activated kinase,TAK1)被活化,經激活后的TAK1在TLR4/NF-κB信號通路中起關鍵作用。然而MyD88非依賴性通路的激活則需要TRIF轉接分子(transverse rectus abdominis musculocuta-neous,TRAM)的參與,TRAM作為TLR和TIR結構域銜接蛋白(TIR-domain-containing adapter-induting interferon-β,TRIF)的關鍵轉接分子,當TRAM-TRIF信號被激活,TRIF進一步經受體相關蛋白激酶1(receptor-interacting protein 1,RIP1)傳遞給TRAF-6,這是MyD88非依賴性通路的轉導最后一步,同時,TAK1作為 IκB激酶(inhibitor of kappa B kinase,IKK)的上游蛋白可激活NF-κB信號通路[4,9]。

NF-κB是重要的核蛋白因子,不僅能調控多種蛋白的合成,還參與細胞分化、增殖、凋亡等過程。TAK1激活后會使IKKβ磷酸化,當IKK整體被激活時,可與IκB/p65復合物相互作用導致IκB的磷酸化[10]。NF-κB信號通路利用模式識別受體或細胞因子受體識別其配體時開始激活,使其受體改變活化IκB激酶α(IKKα),IKKα磷酸化NF-κB抑制蛋白α(IκBα),致IκBα活化解離,自由的NF-κB立即從胞質入核,開啟基因轉錄過程,產生相關炎性細胞因子[7]。同時,IκB磷酸化后再經過泛素化,最終被26s蛋白水解酶水解,使p65從復合物中暴露,因此,核定位序列可將NF-κB拖拽至細胞核內,NF-κB p65與啟動子和增強子元件結合,調節轉錄反應和染色質重塑,具體過程見圖1[11]。

圖1 TLR4/NF-κB通路激活介導炎性反應簡圖

二、TLR4/NF-κB信號通路在AR中的調控作用

1.TLR4/NF-κB信號通路調節Th1/Th2平衡的作用:AR的重要起病機制是Th2型細胞因子(如IL-4、IL-5等)分泌增加而導致的Th1/Th2細胞比例失衡,并伴有鼻腔黏膜內組胺的釋放及嗜酸性粒細胞的浸潤[12]。而TLR/NF-κB信號通路對Th1/Th2免疫細胞具有重要調節作用,已有充分研究證明,TLR能間接調控Th1/Th2細胞免疫炎性細胞因子的平衡,同時TLR可以調節與AR相關的肥大細胞、淋巴細胞等免疫細胞,其中關于TLR4的信號通路的研究尤其普遍[13]。在機體免疫應答反應進程中,通過TLR4/NF-κB信號通路可以調控Th1/Th2平衡及其細胞因子分泌和表面分子的表達。

研究發現,共軛亞油酸(conjugated linoleic acid,CLA)可以通過調節TLR4/MyD88/NF-κB和環氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)/5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,5-LOX)信號通路來有效減少血清免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)和IL-4水平,使Th1/Th2細胞因子維持平衡,以達到治療小鼠特應性皮炎的目的[14]。在另一項研究中,黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)可以降低小鼠組織內TLR4、NF-κB p65蛋白的表達,同時使得Th1細胞因子IL-2、干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)比例升高,Th2細胞因子IL-4、IL-10比例降低,恢復Th1/Th2平衡[15]。相似的研究,通過降低TLR4、MyD88、NF-κB相關蛋白的表達水平,升高Th1相關的炎性細胞因子IFN-γ、IL-12,降低Th2相關的炎性細胞因子IL-4、IL-6,維持Th1/Th2平衡[16]。大量的研究表明,可以通過TLR4/NF-κB信號通路來調節機體維持Th1/Th2平衡。同時TLR4/NF-κB信號通路在上呼吸道疾病中的作用研究也在進一步開展,川穹內酯(ligustilide,LIG)通過TLR4/MyD88/NF-κB p65信號轉導改善博萊霉素誘導的肺纖維化(pulmonary fibrosis,PF),改善通氣,減少成纖維細胞,減少氧化應激和凋亡,并重新平衡Th1/Th2免疫[17]。一項關于小鼠哮喘的研究中發現,可通過阻斷TLR4/NF-κB信號通路調節Th1/Th2平衡,提高IL-12水平,降低IL-4、IL-5和IL-13水平,并抑制哮喘中的炎性反應[18]。有關中成藥鼻淵通竅顆粒治療AR大鼠的研究發現,結果提示能有效阻斷激活的TLR4/NF-κB信號通路,其中干預組大鼠Th1細胞亞群百分比顯著升高,Th2細胞亞群百分比降低,能有效調控Th1/Th2細胞炎性細胞因子的平衡,減輕炎性反應及臨床癥狀[19]。當TLR4參與的NF-κB信號通路被激活,其對自身免疫性疾病以及超敏反應等疾病中都有不可替代的作用,并且在激活后產生瀑布式反應,然后與相關炎性細胞因子發生交互作用,從而導致或加重炎性反應。上述研究均表明,可以通過調節TLR4/NF-κB信號通路來影響和改善AR中Th1/Th2的免疫平衡。

2.TLR4/NF-κB信號通路參與Th17/Treg的增值與分化:Th17、Treg細胞均是CD4+T細胞的亞群,對機體免疫穩態和炎癥感染的調節中起著至關重要的作用。Th17/Treg細胞平衡失調已被證明與多種變態反應性疾病的發生、發展有關,且與多種因素相關,包括T淋巴細胞受體(T cell receptor,TCR)信號、細胞因子、代謝和表觀遺傳調節因子,可影響Th17及Treg細胞分化并影響其平衡[20]。研究表明,Th17細胞及其細胞因子是AR的主要參與者,推動AR病情的發展[21]。Th17/Treg細胞免疫失衡是導致AR發病的一種重要機制,基于Th17/Treg細胞軸來調控Th17的免疫應答與Treg的免疫抑制有利于AR疾病的轉歸[22]。

研究結果表明,Graves病患者的血清中IL-6、IL-17、TLR4和NF-κB含量增多,同時轉化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)含量減少,TLR4/NF-κB信號通路被激活后可能導致Treg/Th17細胞因子紊亂[23]。孕早期BPA暴露可通過激活TLR4/NF-κB信號通路造成仔鼠Th1/Th2失衡與Treg/Th17細胞分化異常[24]。以上研究均表明,當激活TLR4/NF-κB信號通路可引起機體Treg/Th17失衡。一項關于槲皮素(quercetin,QE)的研究發現,QE顯著降低了TLR4相關蛋白質和mRNA表達,同時減少了NF-κB和其相關炎性細胞因子IL-6、IL-17,此外,阻斷TLR4增強了QE調節Th17/Treg失衡的效果,Treg優勢受TLR4/MyD88/NF-κB信號通路調節,表明QE可以恢復Th17/Treg平衡,并通過TLR4-MyD88-NF-κB途徑介導。另有研究證明,納曲酮(naltrexone,NTX)可抑制TLR4/NF-κB信號通路來調節T淋巴細胞亞群CD4+T細胞,恢復Th1/Th2細胞、Th17/Treg細胞免疫平衡,降低促炎性細胞因子腫瘤壞死因子-α(tumournecrosisfactor-α,TNF-α)、IL-6、IL-12α和IL-17的表達,增加抗炎性細胞因子IL-10的表達,并調節免疫反應以重建免疫平衡來減輕炎癥[25]。研究表明,綠原酸改善AR相關癥狀和免疫反應的作用機制與其抑制CD4+T細胞分化為Th17細胞有關。上述研究均表明,通過干預TLR4/NF-κB信號通路通過負向調控Th17細胞的分化來調節Th17/Treg細胞免疫平衡緩解AR癥狀,這為研發治療AR的新藥提供了科學依據,具有廣闊的應用前景和巨大的臨床可行性。

三、中藥通過抑制TLR4/NF-κB信號通路治療AR

AR患者的治療方式主要包括抗組胺藥鼻腔黏膜減充血劑及糖皮質激素等,常伴有不少不良反應(如口干、嗜睡、頭暈),其中一些可能會嚴重影響生活質量[1]。而中藥或者聯合中藥的治療方式,可提高AR的治療的效果,同時減少不良反應。研究證明,消風宣竅湯可以有效抑制AR起病過程中TLR4/NF-κB信號通路相關蛋白的轉錄,通過恢復T淋巴細胞失衡,減少IgE的生成及黏膜組胺的釋放,進而有效控制AR臨床癥狀。研究發現,木犀草素通過調節TLR4/NF-κB信號通路促進Th1型細胞因子和抑制Th2型細胞因子的水平來改善AR大鼠的炎癥和恢復Th1/Th2平衡。林甦等[3]通過玉屏風散干預AR小鼠的研究,數據顯示,中、高劑量組IL-4、IL-5、IgE含量明顯減少,IL-10、IFN-γ含量明顯上升,提示玉屏風散可以有效改善AR相關炎性細胞因子水平,并進一步發現其可以明顯降低TLR4、NF-κB p65基因及蛋白表達,表明其對TLR4/NF-κB信號通路具有明顯的調控功能,當劑量越高調節作用相對較好。一項關于鼻淵通竅顆粒治療AR大鼠的效果及機制研究,與對照組比較,模型組鼻黏膜組織中TLR4及NF-κB p65蛋白含量明顯增多,與模型組比較,治療組大鼠鼻黏膜組織中TLR4及NF-κB p65蛋白含量明顯減少,結果提示,經鼻淵通竅顆粒經治療后AR大鼠的炎性反應及局部癥狀明顯緩解,同時能起到抑制TLR4/NF-κB信號通路的作用,并且阻擾TLR4/NF-κB信號通路的激活可能是其調控臨床作用的分子機制[19]。劉書芹等[26]研究發現,通過黃連解毒湯治療后,與對照組比較,鼻黏膜組織中的IL-4、IL-5含量較低,同時鼻黏膜組織中TLR4、NF-κB p65蛋白含量明顯減少。以上研究均提示部分中藥可以有效阻斷TLR4/NF-κB信號通路治療AR,但其具體分子機制仍需進一步探討。

四、展 望

TLR4/NF-κB信號通路在AR中具有重要作用,目前AR發生、發展的炎性應激損傷機制尚未完全明確。近年來,AR發病機制逐漸發展為Th1/Th2免疫失衡及Th17/Treg細胞失衡。TLR4/NF-κB信號通路在免疫應急狀態下不僅能調控Th1/Th2平衡,還可以調控Th17及Treg細胞的分化,同時抑制TLR4/NF-κB信號通路可以引起IgE含量降低、炎性細胞因子分泌減少。因此,通過研究靶向TLR4/NF-κB信號通路的藥物去治療AR前景巨大,可為治療AR的新思路。但目前研究針對TLR4/NF-κB信號通路分子層面的研究較少,對參與TLR4/NF-κB通路的蛋白K63泛素鏈等研究不深,信號通路鏈有待于進一步完善。再者,中藥治療AR機制較為復雜,接下來的研究可以利用TLR4/NF-κB信號通路全面探索中藥治療AR的具體機制。既往研究數據證明,miRNA在機體免疫應答中具有重要調節作用,而且miRNA種類、靶點較多,可以在現有通路研究的基礎上,深入研究免疫炎癥相關miRNA與TLR4/NF-κB通路的關系。同時,中藥也可基于miRNA/TLR4/NF-κB做進一步研究,深入探討中藥治療的作用機制,這可以拓展中藥在現今科研領域的影響,同時可以作為臨床應用的理論基礎。