李 寧(綜述)，劉 靜(審校)

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000;2.甘肅省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，蘭州 730000)

Toll樣受體4基因多態(tài)性與2型糖尿病的研究進(jìn)展

李 寧1△(綜述)，劉 靜2※(審校)

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000;2.甘肅省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，蘭州 730000)

2型糖尿病(T2DM)是一種多基因遺傳病，多種基因和環(huán)境因素共同參與T2DM的發(fā)病。免疫在胰島素作用、血糖穩(wěn)態(tài)和T2DM中發(fā)揮重要作用。固有免疫反應(yīng)是連接外界環(huán)境與機(jī)體相互作用的重要系統(tǒng)，固有免疫相關(guān)炎性途徑的基因突變可能影響到T2DM危險(xiǎn)因素的代謝表型，參與疾病的發(fā)病。Toll樣受體4(TLR4)是固有免疫系統(tǒng)的核心介質(zhì)，在T2DM中起著重要的作用。TLR4基因Asp299Gly及Thr399Ile的突變，可影響TLR4蛋白的結(jié)構(gòu)，引起感染風(fēng)險(xiǎn)增加的同時(shí)也會降低慢性炎癥相關(guān)疾病(如T2DM)的患病風(fēng)險(xiǎn)。

2型糖尿病;Toll樣受體4;基因多態(tài)性

2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)是由于周圍組織(如骨骼肌、肝臟、脂肪組織等)對胰島素的敏感性下降和(或)胰島β細(xì)胞分泌胰島素不足引起的［1］。急性期蛋白、細(xì)胞因子和內(nèi)皮相關(guān)免疫介質(zhì)在T2DM患者中均有所升高［2］，全身低度亞臨床炎性反應(yīng)常預(yù)示或涉及T2DM的發(fā)病，提示慢性免疫炎癥系統(tǒng)紊亂參與T2DM病理生理進(jìn)程。固有免疫系統(tǒng)是機(jī)體防御微生物、化學(xué)、物理等各種損害的第一線，是生物體在長期進(jìn)化中形成的系統(tǒng)防御體系。固有免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞等)通過識別與宿主不同的病原體分子(統(tǒng)稱為病原相關(guān)分子模式，pathogen-associated molecular patterns，PAMP)促進(jìn)釋放多種炎性細(xì)胞因子，這些炎性細(xì)胞因子在T2DM中也同樣升高。能夠識別PAMP的分子稱模式識別受體中最主要的是Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)。有研究發(fā)現(xiàn)，固有免疫通過TLRs及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在胰島素抵抗和T2DM疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用［3］。T2DM作為一種多基因遺傳病，固有免疫相關(guān)炎癥途徑的基因突變可能影響T2DM危險(xiǎn)因素的代謝表型，參與疾病的發(fā)?。?］。TLRs作為其中重要的受體系統(tǒng)，其基因多態(tài)性很可能參與T2DM病理生理機(jī)制。TLR4基因Asp299Gly及Thr399Ile的突變，可影響TLR4蛋白的結(jié)構(gòu)，引起感染風(fēng)險(xiǎn)增加的同時(shí)也會降低慢性炎癥相關(guān)疾病，如T2DM的患病風(fēng)險(xiǎn)。在此對TLR4基因多態(tài)性與T2DM的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 TLRs簡介

1.1 TLRs的發(fā)現(xiàn)及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式 1997年Medzhitov等［5］在人類細(xì)胞表面發(fā)現(xiàn)和果蠅Toll蛋白結(jié)構(gòu)同源性很高的結(jié)構(gòu)，后稱為 TLRs。TLRs是一類能夠識別侵入體內(nèi)的微生物，進(jìn)而激活免疫應(yīng)答的跨膜信號傳遞受體蛋白，通過細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活固有免疫反應(yīng)，并通過提供刺激分子和誘導(dǎo)T細(xì)胞分化的細(xì)胞因子，協(xié)助建立獲得性免疫［6］。迄今發(fā)現(xiàn)10 種人 TLRs(TLR1～ TLR10)［7］。TLRs分子屬于Ⅰ型跨膜蛋白，分為胞內(nèi)區(qū)、跨膜段及胞外區(qū)三部分，胞外區(qū)主要功能是識別配體以及與其他輔助受體結(jié)合形成受體復(fù)合物，胞內(nèi)區(qū)含有和白細(xì)胞介素1(interleukin，IL-1)類似的結(jié)構(gòu)域，稱為Toll-IL-1受體(Toll-IL-1 receptor，TIR)結(jié)構(gòu)域［5］。配體與相應(yīng)TLRs結(jié)合后招募各種TIR結(jié)構(gòu)域-含信號接頭分子(TIR domain-containing signaling adaptors)，包括骨髓分化因子(myeloid differentiation factor，MyD)88，TIR結(jié)構(gòu)域-含接頭蛋白(TIR domain-containing adapter protein，TIRAP)TIR結(jié)構(gòu)域-含誘導(dǎo)誘導(dǎo)干擾素接頭(TIR domain-containing adaptor inducing interferons，TRIF)和 TRIF-相關(guān)接頭分子(TRIF-related adaptor molecule，TRAM)［3］，并將 TLRs 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 途徑為MyD88依賴途徑和TRIF依賴途徑。配體與TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR7、TLR8 和 TLR9 結(jié)合后招募 MyD88，另外 TLR1、TLR2、TLR4和 TLR6招募連接 TIR結(jié)構(gòu)域和 MyD88的 TIRAP。TLR3和TLR4受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特別依賴于產(chǎn)生Ⅰ型干擾素的信號接頭TRIF和誘導(dǎo)促炎性細(xì)胞因子的MyD88。TLR4通過連接TIR結(jié)構(gòu)域和TRIF的TRAM募集TRIF。這種接頭募集反應(yīng)初發(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)瀑布最終激活轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB、AP-1。此外，MAP激酶(如 p38、JNKs)和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2也會活化。這些轉(zhuǎn)錄因子會誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子和Ⅰ型干擾素的轉(zhuǎn)錄，在代謝性疾病的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

1.2 TLR4及其基因多態(tài)性 TLR4是第一個(gè)被人所知并詳盡了解的TLR，廣泛分布于各種細(xì)胞，主要是固有免疫系統(tǒng)細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞是脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的受體［8］。TLR4 同樣與內(nèi)源性配體相互作用，如熱休克蛋白、纖連蛋白、纖維蛋白原、氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoproteins，oxLDS)和游離脂肪酸。配體與TLR4結(jié)合后激活細(xì)胞內(nèi)信號通路，最重要的是TLR4/NF-κB 通路［9］，導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子和其他與獲得性免疫相關(guān)的共刺激分子的合成和釋放，其中許多涉及胰島素抵抗。TLR4基因位于染色體9q32～33，包括3個(gè)外顯子。常見的兩個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNPs)位于TLR4基因外顯子3的+986(A→G)和+1196(C→T)導(dǎo)致 TLR4分子299(Asp299Gly)和399(Thr399Ile)核苷酸的改變［10］，并呈連鎖不平衡。研究顯示，299Gly和399Ile改變了TLR4胞外區(qū)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其與配體的結(jié)合，導(dǎo)致對LPS的反應(yīng)性降低［12］。Asp299Gly突變攜帶者體內(nèi)的促炎性反應(yīng)細(xì)胞因子、急性期反應(yīng)、可溶性黏附分子下降，增加了嚴(yán)重感染的風(fēng)險(xiǎn)［13］，同時(shí)也降低了頸動脈粥樣硬化發(fā)病率［14］。

T2DM作為一種多基因遺傳病，其發(fā)病具有遺傳傾向，是由多個(gè)基因多種環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。免疫在胰島素作用、血糖穩(wěn)態(tài)和T2DM中發(fā)揮重要作用。TLR4是固有免疫反應(yīng)中重要受體，作為與環(huán)境相互作用的重要物質(zhì)，其基因突變可能會改變某些環(huán)境因素對機(jī)體的作用。由此推測，機(jī)體對T2DM環(huán)境危險(xiǎn)因素的反應(yīng)可能會因此發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致T2DM的患病風(fēng)險(xiǎn)降低。

2 TLR4基因多態(tài)性與T2DM和胰島素抵抗

2.1 TLR4基因多態(tài)性與T2DM 有研究［13］對巴西東南部211例糖尿病患者和200例健康對照的研究中發(fā)現(xiàn)，TLR4 299Gly和399Ile變異分別使T2DM的風(fēng)險(xiǎn)降低了55%和75%(分別為OR=0.45 95%CI0.19～0.99;OR=0.25 95%CI0.07～0.9)。提示299Gly和399Ile等位基因顯示對T2DM有保護(hù)作用，299Gly和399Ile攜帶者與較低的T2DM患病率相關(guān)。2011年，希臘 Manolakis等［14］在包括 286例T2DM和413例對照者的研究中發(fā)現(xiàn)，TLR4的這兩種單核苷酸多態(tài)性與T2DM相關(guān)。但是，該單核苷酸多態(tài)性在其他人群研究中的結(jié)果并不相同。德國Illig等［15］在一項(xiàng)包括722例研究對象的橫斷面研究中指出，299Gly和399Ile和T2DM患病率缺乏聯(lián)系。這與波蘭 Buraczynska 等［10］和德國 Rudofsky 等［16］、Kolz等［17］的研究相似。在亞洲人的研究中，韓國Kim 等［18］及我國 2008年［19］對天津地區(qū)和 2010年［20］對中國漢族T2DM的病例對照研究中，均未檢測出TLR4的這兩種單核苷酸多態(tài)性。產(chǎn)生這種差異的原因很可能與遺傳漂變、遷徙以及不同種族長期受到不同的自然選擇壓力等因素有關(guān)。

T2DM作為一種多基因遺傳病，多個(gè)基因多種環(huán)境因素共同作用參與其發(fā)病。TLR4作為與環(huán)境相互作用的重要物質(zhì)，其基因突變，尤其是引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常的基因突變可能會使機(jī)體對環(huán)境因素(如T2DM危險(xiǎn)因素)的反應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響其發(fā)病。目前已知其Asp299Gly及Thr399Ile的突變增加了各種感染性疾病的患病率［13］，主要原因可能是由于299位上Asp被Gly替代，理論上導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)α螺旋的破壞，形成擴(kuò)大的β延伸(extended β-strain)進(jìn)而導(dǎo)致功能下降［21］，進(jìn)而影響到了對環(huán)境因素的免疫反應(yīng)。這種異常的TLR4蛋白可能通過改變外界環(huán)境因素(T2DM危險(xiǎn)因素)對機(jī)體的作用，降低了機(jī)體對慢性炎癥性疾病，如頸動脈粥樣硬化［14］和糖尿病的患病風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于T2DM和TLR4基因多態(tài)性的研究中，其結(jié)果并不相同。在巴西［13］和希臘［14］的研究提示有保護(hù)作用，在德國［15］和其他地區(qū)的研究中并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)，并且在中國［20］和韓國［18］的研究中未檢測到TLR4的這兩種單核苷酸多態(tài)性。因此，對TLR4的這兩種突變對T2DM的保護(hù)作用方面尚不能進(jìn)行廣泛推論。這種地區(qū)差異可能TLR4基因多態(tài)性的外顯率受各人群特有的其他基因和環(huán)境因素影響而有所不同，可能需要更多不同地區(qū)、大樣本、多中心的研究。

2.2 TLR4基因多態(tài)性與胰島素抵抗 高血糖狀態(tài)誘導(dǎo)胰島素的分泌和釋放，胰島素通過減少肝糖原的輸出和增加外周組織對葡萄糖的攝取降低血糖水平，其功能是由細(xì)胞膜上活化的胰島素受體介導(dǎo)的。在胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)蛋白的酪氨酸磷酸化后，很快誘導(dǎo)受體自身磷酸化，繼而激活兩種主要的下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：PI3激酶通路和絲裂原活化蛋白激酶通路［3］。慢性炎癥早期因子如腫瘤壞死因子刺激或升高游離脂肪酸水平，抑制IRS-1絲氨酸磷酸化，進(jìn)而破壞胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引起胰島素抵抗［22］。肥胖的T2DM患者中TLR4的基因表達(dá)和蛋白含量在肌肉組織中明顯升高，與嚴(yán)重胰島素抵抗相關(guān)。在小鼠中定向破壞TLR4或是TLR4基因突變，對于肥胖相關(guān)的胰島素抵抗有保護(hù)作用［23-24］。研究提示，可能是由于血漿升高的游離脂肪酸水平引起異常升高的TLR4表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，參與人體胰島素抵抗的發(fā)病［3］。由此推測，TLR4基因Asp299Gly、Thr399Ile突變產(chǎn)生異常的TLR4蛋白通過使攜帶者體內(nèi)的TLR4表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)水平下降，進(jìn)而降低機(jī)體的胰島素抵抗，使T2DM患病風(fēng)險(xiǎn)下降。具體還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究加以證實(shí)。

3 TLR4基因多態(tài)性與T2DM并發(fā)癥

在TLR4基因多態(tài)性與T2DM并發(fā)癥的相關(guān)研究中，Rudofsky等［16］指出 TLR4單核苷酸多態(tài)性(Asp299Gly和Thr399Ile)出現(xiàn)率在246例1型糖尿病(T1DM)和530例T2DM患者中無顯著性差異。與T1DM相比，50.9%的Asp299Asp/Thr399Thr攜帶者有糖尿病神經(jīng)病變，而僅26.2%的 Asp299Gly/Thr399Ile基因型攜帶者有糖尿病神經(jīng)病變，提示在T2DM中TLR4多態(tài)性與糖尿病神經(jīng)病變有很強(qiáng)的相關(guān)性。這可能與突變影響到TLR4蛋白與內(nèi)源性配體如oxLDL的結(jié)合，因此降低了oxLDL等誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而減少了糖尿病神經(jīng)病變的易感性有關(guān)［16］。另一項(xiàng)波蘭 Buraczynska 等［10］關(guān)于糖尿病視網(wǎng)膜病變的研究發(fā)現(xiàn)，Asp299Gly的G等位基因在早發(fā)糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)組的出現(xiàn)率顯著大于健康對照組和糖尿病病史大于10年卻無DR組，提示Asp299Gly的G等位基因是早發(fā)DR的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Kolek等［25］的研究顯示，299Gly突變不僅與免疫反應(yīng)受損有關(guān)，還與下降的C反應(yīng)蛋白有關(guān)，同時(shí)與減少的血管造影的冠狀動脈疾病和糖尿病的患病率有聯(lián)系。而Manolakis等［14］在希臘699個(gè)研究對象的研究中發(fā)現(xiàn)TLR4的這兩種SNPs與T2DM相關(guān)，對于缺血性心臟病無明顯相關(guān)。

T2DM并發(fā)癥的發(fā)病除了與血糖長期控制不佳相關(guān)外，還與其他危險(xiǎn)因素如肥胖、血脂紊亂、靜坐的生活方式等多種因素有關(guān)。因此，TLR4 Asp299Gly、Thr399Ile突變是否通過改變機(jī)體免疫狀態(tài)降低機(jī)體對易感因素的反應(yīng)進(jìn)而影響疾病的具體發(fā)病機(jī)制，尚需要進(jìn)一步的研究加以證明。

4 展望

TLR4基因多態(tài)性及功能在T2DM患者的免疫和炎癥中起者重要作用，它使T2DM患者的天然免疫和獲得性免疫聯(lián)系在一起，TLR4基因多態(tài)性及功能的深入研究為T2DM患者的免疫狀態(tài)和并發(fā)癥方面的研究提供了新的思路。對以后在開發(fā)治療2型糖尿病新型基因藥物和進(jìn)一步對TLR4基因多態(tài)性和T2DM及其危險(xiǎn)因素作用方面的研究提供依據(jù)。

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Recent Research Progresses of Toll-like Receptor 4 Polymorphisms and Type 2 Diabetes Mellitus

LI Ning1，LIU Jing2.(1.The First Clinical Medicine School of Lanzhou University，Lanzhou730000，China;2.Department of Endocrinology，Gansu Province People's Hospital，Lanzhou730000，China)

Type 2 diabetes mellitus(T2DM)is a disease of multifactorial inheritance.Multiple of genetic and environmental factors participate the development of the disease.Immune system plays an important role in insulin action，glucose homeostasis and T2DM.Inherent immunity is an important mechanism connecting the environment and human body.The genetic mutations of innate immune related inflammatory pathways may affect the metabolic phenotypes of T2DM risk factors and participate the process of the disease.Toll-like receptor 4(TRL4)，a central mediator of the innate immune response，plays an important role in T2DM.TLR4 Asp299Gly and Thr399Ile polymorphisms result in the changes of TLR4 protein and are associated with the increased prevalence of infectious diseases and the decreased prevalence of chronic inflammatory diseases such as T2DM.

Type 2 diabetes;Toll-like receptor 4;Polymorphism

R587.1

A

1006-2084(2012)13-2087-03

2011-12-16

2012-02-28 編輯：潘雪