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TLR4信號通路與炎癥相關(guān)性疾病

王娜，張雪梅，陳立杰*

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科三病房,黑龍江 哈爾濱150080)

隨著人類社會的發(fā)展及生活水平的不斷提高，腦缺血、糖尿病、動脈硬化等炎癥相關(guān)性疾病已成為社會的高發(fā)病和多發(fā)病，給社會和家庭帶來沉重負擔。TLR4與炎癥相關(guān)性疾病之間的關(guān)系得到了越來越多的關(guān)注,大量的研究顯示TLR4/NF-κB信號通路在炎癥信號的傳遞中發(fā)揮著重要作用，大量的促炎因子，趨化因子，粘附因子和TLR4及其配體相互作用，相互影響共同促進了疾病的發(fā)展。

1關(guān)于TLR4

1.1　 TLRs家族

TLRs屬于I型跨膜糖蛋白受體家族，是一類先天性免疫受體，是免疫細胞表面識別病原相關(guān)分子模式的一個模式識別受體家族，在活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮重要作用，是聯(lián)系天然免疫與獲得性免疫的橋梁[1，2],最早在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)。TLRs因其胞外段與一種果蠅蛋白Toll 同源而得名，從低等到高等動物體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)TLRs的存在，現(xiàn)已在人和小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)13種TLRs，分別命名為TLR1-TLR13。小鼠可表達除TLR10外的所有TLRs，人可表達10個TLRs(TLR1-TLR10)[1，2]。

1.2　TLR4結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性

所有的TLRs都由富含亮氨酸重復(fù)序列的胞外區(qū)、跨膜區(qū)以及胞內(nèi)的TLR-IL1結(jié)構(gòu)域組成，細胞外的結(jié)構(gòu)域由18-31個富含亮氨酸的重復(fù)序列(Leucine-rich repeats，LRR)組成，主要負責識別病原特異性的配體及與其他輔助配體結(jié)合形成受體復(fù)合物；胞內(nèi)區(qū)含有和白細胞介素1(IL-1)受體相類似的結(jié)構(gòu)域，即Toll-IL-1受體(TIR)結(jié)構(gòu)域，且TIR結(jié)構(gòu)域為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)所必須的[3]，當其與特定接頭蛋白結(jié)合時啟動信號釋放的級聯(lián)反應(yīng)。這些特定的接頭蛋白包括髓樣分化因子88 (MyD88)，類MyD88接頭分子(MAL) ,誘導(dǎo)IFN-β的包含TIR結(jié)構(gòu)域的接頭分子(TRIF),TRIF相關(guān)接頭分子(TRAM) ，包含TIR結(jié)構(gòu)域的分子(SARM)。

TLR4是最早發(fā)現(xiàn)的哺乳動物TLRs，在人體內(nèi)多種細胞中能夠廣泛表達，主要分布于單核/巨噬細胞，冠狀動脈內(nèi)皮細胞，腎小管上皮細胞等，在人腦內(nèi)主要分布于腦室周圍血管叢，小膠質(zhì)細胞，星形膠質(zhì)細胞等。TLR4的配體分為內(nèi)源性配體和外源性配體，內(nèi)源性配體包括熱休克蛋白，高遷移率族蛋白(high mobility group box 1 protein ,HMGBl)、纖連蛋白-EDA、胎球蛋白-A(Fetuin-A)氧化修飾的低密度脂蛋白等[4-8]，外源性配體包括脂多糖(LPS)、微生物核酸等，已知TLRs的內(nèi)源性配體是損傷后的細胞釋放的分子或細胞外基質(zhì)分解產(chǎn)物，因此不需要外來病原入侵就可激活天然免疫炎癥反應(yīng)[9]。

2TLR4/NF-κB信號通路

2.1　NF-κB家族及生物學(xué)活性

核因子NF-κB是一種二聚的轉(zhuǎn)錄因子，屬于“Rel”家族，包含一個高度保守的Rel-homology結(jié)構(gòu)域(RHD)，由Rel、RelA(p65)、RelB、p50五個轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)成，通常所說的NF-κB是由RelA(p65)和NF-κB(p50)組成的異源二聚體，在非激活狀態(tài)下NF-κB二聚體與其抑制分子(IκB)組成三聚體復(fù)合物，此時不具有調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的能力以無活性的方式存在于胞漿中，在多種因素(如病原體、細胞因子、炎癥介質(zhì)、氧化應(yīng)激等)刺激下NF-κB被活化進入核內(nèi)發(fā)揮作用?；罨腘F-κB調(diào)控的基因主要包括：細胞因子(TNF-a、IL-1、IL-6、干擾素等)；粘附分子(細胞間粘附分子等)；病毒蛋白生長因子、酶等。

NF-κB廣泛存在于真核細胞內(nèi)，主要與細胞內(nèi)的信息傳遞并導(dǎo)致相關(guān)因子表達有關(guān)，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、神經(jīng)塑性、神經(jīng)變形和神經(jīng)發(fā)育、免疫、應(yīng)激反應(yīng)、炎癥和細胞凋亡等方面具有獨特作用。NF-κB位于TLR4下游信號通路，被認為是炎癥級聯(lián)反應(yīng)的重要始動因素，多種因素如IL-l、TNF-α、星形膠質(zhì)細胞激活等刺激可以激活NF-κB啟動免疫反應(yīng)和細胞分化等過程。

2.2　TLR4/NF-κB信號通路

TLR4/NF-κB信號通路是近年來研究發(fā)現(xiàn)與抗炎免疫機制緊密相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路，在炎癥發(fā)生發(fā)展中起重要作用。根據(jù)接頭蛋白的結(jié)構(gòu)不同，TLRs的信號傳導(dǎo)通過MyD88依賴途徑和MyD88非依賴途徑。MyD88依賴途徑是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的經(jīng)典途徑，主要通過介導(dǎo)NF-κB和促炎性細胞因子的產(chǎn)生激發(fā)下游炎癥效應(yīng)。其過程為TLR4與其特異性配體結(jié)合后在細胞內(nèi)募集MyD88，通過其特異的接頭蛋白(MAL)與MyD88橋接，接受信號蛋白IL-1受體相關(guān)激酶(IRAK)，與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TRAF6)相互作用，進而活化NF-κB的誘導(dǎo)激酶，磷酸化I-κB激酶，使NF-κB從IκB/NF-κB的復(fù)合物中釋放出來遷移到細胞核內(nèi)，導(dǎo)致相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯、最終導(dǎo)致炎癥因子大量釋放。MyD88非依賴途徑為TRIF依賴性信號通路，TRIF與TRAM形成復(fù)合物，活化干擾素因子3，誘導(dǎo)干擾素β(IFNβ)的轉(zhuǎn)錄[10-12]。

3TLR4/NF-κB與炎癥相關(guān)性疾病的研究

3.1　TLR4與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種脂質(zhì)介導(dǎo)的慢性炎癥性疾病，以血管內(nèi)脂質(zhì)和炎癥細胞聚集為特征，免疫反應(yīng)貫穿其始終。低密度脂蛋白弱氧化修飾可誘導(dǎo)TLR4的胞飲作用，促進單核/巨噬細胞的脂質(zhì)吞噬作用，促進泡沫細胞的形成。正常情況下血管內(nèi)皮細胞中TLR4表達較低，而AS發(fā)生時TLR4表達顯著增高[13]。Michelsenanjiu等最早提出TLR4與AS早期斑塊形成有關(guān)[14]，研究發(fā)現(xiàn)TLR4/ApoE基因敲除的小鼠相比單純ApoE敲除的小鼠AS發(fā)生率降低，同時TLR4/ApoE和MYD88/ApoE 2種雙基因敲除的小鼠AS斑塊中脂質(zhì)、巨噬細胞也明顯降低，說明TLR4可能在AS斑塊的發(fā)生發(fā)展和斑塊穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)[15]，AS參與血管的重構(gòu)，在血管重構(gòu)過程中產(chǎn)生的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)能夠消減斑塊的穩(wěn)定性，導(dǎo)致?lián)p傷發(fā)生。其實驗通過建立結(jié)扎對側(cè)頸動脈的小鼠模型發(fā)現(xiàn)TLR4缺乏的小鼠模型未發(fā)生血管重構(gòu)，表明TLR4在血管重構(gòu)中發(fā)揮重要作用，并能增加斑塊的不穩(wěn)定性。而最新研究發(fā)現(xiàn)[16]微血管內(nèi)皮細胞內(nèi)的TLR4激活比大血管更能引起炎癥反應(yīng)暴發(fā)，并在MMPs產(chǎn)生并引起斑塊破裂的反應(yīng)證起更重要的作用。

3.2　TLR4/NF-κB與缺血性腦損傷

腦缺血和再灌注引起的腦損傷的機制仍未明確，但炎癥反應(yīng)是引起腦損傷的一個重要因素[17]。研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦損傷可誘發(fā)內(nèi)源性分子釋放，并與TLR2/4結(jié)合,激活的TLR2/4導(dǎo)致NF-κB的核易位，引起炎癥介質(zhì)的表達從而引發(fā)炎癥反應(yīng)[18,19]，而TLR2/4-NF-κB信號通路的下游介質(zhì)TNF-α、IL-1β是引起缺血性腦損傷炎癥反應(yīng)的主要介質(zhì)[20]，因此抑制炎癥反應(yīng)和炎癥介質(zhì)的表達已經(jīng)用于缺血性腦損傷的神經(jīng)保護作用[21]。

Qiu[22]等在體外培養(yǎng)神經(jīng)細胞、星形膠質(zhì)細胞、小鼠腦細胞中發(fā)現(xiàn)，在TLR4正常表達時添加HMGB1檢測到基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)、TNF-α表達增加，但在TLR4表達缺乏時MMP-9表達降低，同野生型小鼠相比較，TLR4基因缺陷小鼠腦缺血模型中腦梗死體積及MMP-9的表達減少，實驗認為腦缺血時HMGB1激活TLR4信號通路來激活MMP-9，而抑制這一傳導(dǎo)通路可以減少缺血后腦組織的炎癥反應(yīng)。Yang等實驗發(fā)現(xiàn)HMGB1通過TLR4的TRIF的非依賴途徑介導(dǎo)缺血再灌注腦損傷[23]。Hua F[24]等研究認為TLR4基因敲除小鼠在腦缺血24小時后再灌注損傷中腦梗死面積顯著減少，且NF-κB的激活也減少，其機制可能是通過抑制TLR4/NF-κB信號通路所致，TLR4的缺失可減少缺血再灌注所引起的腦損傷。在苗江永等[25]實驗中亦發(fā)現(xiàn)，腦缺血-再灌注小鼠缺血區(qū)大腦皮質(zhì)TLR4和NF-κB表達呈上升趨勢，神經(jīng)保護作用下降，槐定堿干預(yù)后減輕腦水腫、腦梗死的體積及改善神經(jīng)功能的缺失，并且下調(diào)TLR4和NF-κB。

綜上述，TLR4/NF-κB信號通路參與腦組織缺血后炎癥反應(yīng)，并進一步證明腦缺血后可能通過激活這一信號通路產(chǎn)生炎癥反應(yīng)而導(dǎo)致腦損傷，而抑制TLR4/NF-κB信號通路可以減輕炎癥反應(yīng)和腦損傷，為腦缺血的治療提供新的切入點。如Xian-kun Tu等實驗發(fā)現(xiàn)在大鼠永久性局灶性腦缺血模型中，藥物姜毒素通過抑制TLR2/4的表達，降低NF-κBp65的表達及活性，同時下調(diào)血中TNF-α、IL-1β的表達，表明姜毒素能顯著減小腦梗死面積，減輕腦水腫，具有明顯的神經(jīng)保護作用，并且其神經(jīng)保護和抗炎特性與抑制TLR2/4-NF-κB信號通路有關(guān)[26]。

3.3　TLR4/NF-κB與2型糖尿病

2型糖尿病是由于胰島β細胞分泌胰島素不足和(或)外周組織對胰島素的敏感性下降所致的代謝性疾病，在胰島素抵抗及糖尿病的發(fā)生發(fā)展過程中，炎癥反應(yīng)具有顯著作用[27]，而TLR4信號通路可能是聯(lián)系炎癥和2型糖尿病的重要因素。新近診斷的2型糖尿病患者較健康對照組TLR4及下游配體(如MyD88，TRIF)的表達水平均增高，TLR4通路相關(guān)分子IRF3和NF-κBp65均有上升，并伴隨有IL-lβ、IL-6、TNF-ɑ、IL-8等細胞因子和趨化因子水平升高，TLR4信號通路促進了2型糖尿病的炎癥發(fā)病過程[28]。Ladefoged等研究發(fā)現(xiàn)db/db肥胖小鼠胰島TLR4的表達是對照組7.4倍，糖尿病小鼠胰島TLR4的表達是非糖尿病組5.6倍，并且TLR4的表達水平與血糖水平平行增高，提示TLR4可能參與了2型糖尿病胰島β細胞的損傷過程[29]。此外TLR4還與糖尿病的高危因素緊密相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)[30]觀察已排除糖尿病的代謝綜合征患者單核細胞TLR4mRNA水平依然高表達，并伴有TLR4下游NF-κB通路活性增加，炎癥細胞因子IL-1β、IL-6、IL-8表達增高。

目前，眾多研究發(fā)現(xiàn)TLR4在2型糖尿病的并發(fā)癥中有重要作用，其中關(guān)于糖尿病腎病的研究最為多見。在糖尿病腎病的腎小球中，HMGB1可使TLR4表達上調(diào)，siRNA及TLR4抗體可抑制NF-κB通路的激活導(dǎo)致IL-6及趨化因子配體2的合成減少[8]。Lin[31]等研究發(fā)現(xiàn)CRX-526作為TLR4的合成拮抗劑可以顯著降低蛋白尿，對一氧化氮合成酶基因敲除的小鼠糖尿病腎病具有保護作用。因此TLR4可能成為糖尿病腎病治療的潛在靶點。

4展望

TLR4作為機體炎性反應(yīng)鏈的啟動蛋白已被越來越多的研究所證實，亦有眾多的研究證明TLR4/NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在缺血性腦損傷、糖尿病、動脈硬化等炎癥性疾病中起重要作用，隨著研究的不斷深入將極大的拓展我們對其炎癥免疫反應(yīng)的復(fù)雜性認識，從而尋找藥物治療和基因治療的新靶點，為臨床治療奠定基礎(chǔ)。

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(收稿日期：2014-07-14)

作者簡介：王娜(1985-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：腦血管病.

文章編號：1007-4287(2015)05-0857-04

*通訊作者

基金項目：黑龍江省自然科學(xué)基金面上項目(D201202)