Toll樣受體4信號通路在心力衰竭中的應用價值

陳坤 王聰穎 孫鑫 李少杰 谷劍 陳淑霞 王立立

【摘要】心力衰竭是全球發病率最高的疾病之一，在心力衰竭及其合并癥的發生和發展過程中炎癥機制起著至關重要的作用。大量研究表明Toll樣受體4信號通路可通過介導不同的炎癥因子，對心肌造成損害。因此近期發現Toll樣受體4信號通路可用于預測心力衰竭及其合并癥病情的嚴重程度及預后，同時也可作為許多新型抗心力衰竭藥物的靶點，改善癥狀，使心力衰竭患者獲益。現就Toll樣受體4信號通路在心力衰竭中上述兩方面的應用價值做一綜述。

【關鍵詞】Toll樣受體4；心力衰竭；疾病預后；藥物靶點；預測價值

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.05.013

Application Value of Toll-Like Receptor 4 Signaling Pathway in Heart Failure

【Abstract】Heart failure is one of the most prevalent diseases in the world，and inflammation plays a crucial role in the occurrence and development of heart failure and its comorbidities.A large number of studies have shown that the Toll-like receptor 4 signaling pathway can cause damage to the myocardium by mediating different inflammatory factors.Therefore，it has recently been found that the Toll-like receptor 4 signaling pathway can be used to predict the severity and prognosis of heart failure and its comorbidities，and at the same time，it can also be used as a target for many new anti-heart failure drugs to improve symptoms and benefit patients with heart failure.This article reviews the application value of the Toll-like receptor 4 signaling pathway in the above two aspects in heart failure.

【Keywords】Toll-like receptor 4；Heart failure；Disease prognosis；Drug target；Predicted value

心力衰竭（heart failure，HF）是多種心臟疾病的晚期，具有高住院率和高死亡率，2017年全球估計有6 430萬人患有HF，預計其流行率將會提高，給全球衛生保健帶來很大的負擔［1］。因此能監測HF患者病情的進展及預后，并且通過治療HF延長患者生存時間顯得尤為重要，而Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）信號通路體現了這一優勢，現總結TLR4信號通路在HF中預測及藥物靶點兩方面的價值。

1 TLR4的背景與信號傳導

1.1 TLR4的背景與結構

TLR4是第一個被發現的哺乳動物的Toll樣受體，屬于跨膜蛋白，是模式識別受體的一種，被各種配體激活：（1）病原體相關分子模式，包括細菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等；（2）由激活的巨噬細胞和脂肪組織釋放的損傷相關分子模式，如熱激蛋白（heat shock protein，HSP）60、HSP70和高遷移率族蛋白1［2］。

1.2 TLR4信號傳導通路

TLR4包含細胞內、跨膜和細胞外結構域。細胞內結構域，也稱為Toll白細胞介素-1受體（Toll-interleukin-1 receptor，TIR）結構域，在信號傳導中起作用，細胞外結構域由富含亮氨酸的重復序列組成［3］。目前已鑒定出4種主要的含TIR結構域適配器：（1）髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）；（2）β干擾素TIR結構域銜接蛋白（TIR domain-containing adaptor inducing interferon-β，TRIF）；（3）含Toll白細胞介素-1受體域銜接蛋白（Toll interleukin-1 receptor domain contain adaptor protein，TIRAP）；（4）TRIF相關接頭分子。不同于其他Toll樣受體，TLR4通過誘導適配器蛋白觸發MyD88依賴和TRIF依賴兩種信號通路，進而產生促炎細胞因子［4］，如圖1所示。

1.2.1 MyD88依賴通路

TLR4信號通路將MyD88與絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的激活聯系在一起，并表達了許多促炎細胞因子。越來越多的證據表明，LPS和CD14是形成TLR4/髓樣分化因子-2復合體的關鍵誘導物，導致MyD88的激活，進而相繼激活白細胞介素-1受體相關激酶（interleukin-1 receptor-associated kinase，IRAK）家族如IRAK1或IRAK4、腫瘤壞死因子受體相關因子6，轉化生長因子-β激活激酶1（transforming growth factor-β-activated kinase 1，TAK1）和抑制性κB激酶（inhibitor of nuclear factor-κB，IκB）。LPS刺激IκB磷酸化進而促進NF-κB核轉位，促進白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎細胞因子的基因表達。除了IκB磷酸化外，MAPK通路的組成部分，包括信號調節激酶、c-Jun氨基端蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38，也被TAK1激活，產生炎癥因子。除了NF-κB和MAPK通路外，MyD88還被證明調控其他通路，如Ca2+-鈣調蛋白依賴性蛋白激酶（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase，CaMK）和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B 通路［5-6］。

1.2.2 MyD88非依賴通路

MyD88非依賴通路又稱MyD88獨立通路或TRIF依賴通路。多項研究表明，TRIF相關接頭分子定位于CD14富集的區域，CD14在TRIF依賴通路中發揮重要作用。TRIF過表達可激活兩種非典型的酶：（1）NF-κB抑制物激酶（inhibitor of NF-κB kinases，IKK）：TANK結合激酶1和IKKε；（2）干擾素調節因子 （interferon regulatory factor，IRF）3和IRF7。最后，IRF3和IRF7誘導干擾素的表達，導致炎癥反應。此外，與MyD88依賴通路相似，TRIF依賴通路也誘導NF-κB的晚期激活，產生促炎介質［7］。

2 TLR4通路與HF

HF是一種復雜的臨床綜合征，其特點是心臟結構和功能的損害，導致左心室充盈或射血異常。TLR4信號介導的先天性免疫和炎癥反應對心臟的損傷至關重要。TLR4在心肌細胞和血管內皮細胞中表達，一旦被激活，TLR4會觸發一系列細胞信號，最終激活NF-κB，從而導致相關促炎細胞因子的產生，如TNF-α、IL-1、IL-6和細胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）。這些細胞因子的產生可作為正反饋進一步激活NF-κB［8］，最終導致心肌細胞死亡，因此可將TLR4信號通路作為預測因子或藥物作用靶點，從而使HF患者獲益。

2.1 TLR4信號通路在HF及其合并癥中的價值

2.1.1 TLR4信號通路可用于判斷HF的嚴重程度及其預后

在慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者的研究[9]中，結果表明TLR4、NF-κB與HF嚴重程度呈正相關，是其影響因素。在另一個研究［10］中也證實了這一觀點并有了更多發現，在CHF組中TLR4、MyD88和NF-κB mRNA的表達及左心室舒張末期內徑均高于對照組，患者按紐約心功能分級進行評估后發現與上述4種指標的表達呈正相關，發生不良心血管事件的患者4種指標的表達高于未發生的患者，且ROC曲線顯示當TLR4、MyD88和NF-κB三者聯合診斷時其ROC曲線下面積、敏感度和特異度均高于單獨指標診斷價值，表明TLR4信號通路對CHF患者病情的發展及預后有重要的意義。

2.1.2 TLR4信號通路在HF合并癥中的意義

TLR4信號通路在HF合并癥中也有作用，上呼吸道感染是HF病情加重的重要誘因，在2023年發布的試驗［11］中表明上呼吸道感染伴急性心力衰竭（acute heart failure，AHF）患者高遷移率族蛋白1和TLR4水平上調，與心肺功能有顯著相關性，對于AHF患者病情的監測與控制有重要的臨床意義。不僅是在AHF患者中，在CHF患者中也有相關發現，同年研究［12］發現降鈣素原、TLR4、N末端腦鈉肽前體和丙二醛是CHF合并社區獲得性肺炎的危險因素，TLR4的表達與降鈣素原、N末端腦鈉肽前體和丙二醛呈正相關，對評估CHF患者合并社區獲得性肺炎疾病嚴重程度具有一定臨床價值。

2.2 TLR4信號通路可作為抗HF藥物的作用靶點

HF是由于心臟結構和/或功能異常導致的一種異質性、多因素、進行性綜合征，可引起心肌功能障礙、循環功能不全和多器官淤血。由于其高患病率、住院率和死亡率以及高昂的醫療費用，成為主要的全球健康問題［13］，因此改善HF癥狀，延緩HF惡化至關重要。除之前基礎藥物以外，近年來隨著研究的不斷深入，一些新型藥物也在不斷出現及應用，如鈉-葡糖糖共轉運蛋白2抑制劑（sodium-glucose cotransporter 2 inhibitor，SGLT2i）、血管緊張素受體腦啡肽酶抑制劑（angiotensin receptor neprilysin inhibitor，ARNI）、胰高血糖素樣肽-1受體（glucagon-like peptide-1 receptor，GLP-1R）激動劑和二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4，DPP-4）抑制劑，這些藥物可將TLR4信號通路作為靶點，在HF治療中發揮作用。

2.2.1 SGLT2i

從目前可獲得的證據來看，炎癥和氧化應激似乎在各種病因的HF發生和發展中起作用［14］，SGLT2i可通過抑制炎癥對心臟起到保護作用。NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎癥小體是TLR4信號通路中的炎癥因子［15］。Byrne等［16］構建了射血分數降低的心力衰竭（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）和射血分數保留的心力衰竭兩種小鼠模型，取小鼠的心臟組織，測量NLRP3、胱天蛋白酶-1和TNF-α的轉錄水平，在經恩格列凈處理的HFrEF小鼠中NLRP3炎癥小體表達水平降低。除此之外，AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）也在TLR4信號通路中被發現［17］。Koyani等［18］進行心肌細胞培養、小鼠模型構建，結果表明：恩格列凈可刺激心肌細胞AMPK的磷酸化，抑制TNF-α及肌酸激酶同工酶表達，對心肌細胞有保護作用。除此之外，SGLT2i也可抑制TLR4通路中的 CaMK發揮作用，Mustroph等［19］分別取終末期HF患者及HF小鼠中的心肌細胞測定CaMK活性，結果表明CaMK活性顯著降低。以上研究均表明TLR4信號通路可作為SGLT2i的作用靶點發揮心臟保護作用。

2.2.2 ARNI

沙庫巴曲纈沙坦（LCZ696）是一種新型化合物，它是臨床開發中的首創ARNI。沙庫巴曲纈沙坦在HF和高血壓實驗中有顯著的益處［20］。一項研究［21］表明SD大鼠心肌梗死后第1天NLRP3、IL-1β和IL-18水平顯著增加，而沙庫巴曲纈沙坦有效降低了這些炎癥因子在血清中的相對水平，提示其可改善心肌梗死引起的心肌損傷，抑制炎癥反應。此研究還發現TAK1的蛋白和mRNA水平以及JNK的磷酸化從心肌梗死后第1天開始上調，沙庫巴曲纈沙坦抑制了TAK1/JNK通路中關鍵蛋白的表達。Bunsawat等［22］招募了11例紐約心功能分級Ⅱ～Ⅲ級的HFrEF患者，結果顯示沙庫巴曲纈沙坦改善了患者的血管功能和6分鐘步行距離，外周血中TNF-α和IL-18顯著減少。

2.2.3 GLP-1R激動劑和DPP-4抑制劑

糖尿病是HF發生的關鍵且獨立的危險因素，在診斷為HF的患者中，糖尿病是一個強有力的不良預后因素。HF也是糖尿病患者住院的主要原因。糖尿病與無癥狀左心室收縮和舒張功能障礙的發生率較高有關。這也是臨床上HF發展較快的原因［14］，GLP-1R激動劑和DPP-4抑制劑都是新型降血糖藥，經證實具有心血管益處，一些體外研究［23-26］發現GLP-1R激動劑（杜拉魯肽、艾賽那肽和利拉魯肽）可通過激活AMPK通路，抑制NLRP3、IL-1β、IL-18等炎癥因子及NF-κB信號通路對心肌起到保護作用，而DPP-4抑制劑（曲格列汀）可減少細胞中的ICAM-1、血管細胞黏附分子-1和轉錄因子激活蛋白-1的產生以及抑制NF-κB通路的參與，起到保護作用。在動物模型［27］中也有發現，對大鼠心肌免疫組染色顯示，利拉魯肽減弱羧甲基賴氨酸、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2、ICAM-1和血管細胞黏附分子-1炎癥因子在心臟微脈管系統中的積累，為HF的治療提供了新的方向。

除了上述藥物外，還有許多中藥如根皮素、姜黃素也能通過抑制TLR4信號通路發揮作用，從而改善HF患者的預后，延緩疾病進程。

3 小結

HF是各種心血管疾病的終末階段，合并其他疾病會加重病情，而TLR4信號通路在其中發揮著重要的作用，已有許多學者通過細胞培養、動物模型及臨床試驗來檢測HF及其合并癥中TLR4信號通路不同分子的表達量及分析其相關性，進而對疾病進行預測并將通路中的炎癥因子作為藥物靶點來阻礙疾病的進程，從而改善HF患者的癥狀及預后。TLR4信號通路在HF中還有很多應用價值有待研究，以期為HF的預測、防治，新的藥物的開發等科學研究帶來新的思路和突破。

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