張靜波 趙磊 岳亮 劉海嘯 李霞 林艷 屈延

(第四軍醫(yī)大學(xué):1唐都醫(yī)院神經(jīng)外科; 2學(xué)員旅; 3科研部，陜西 西安 710038)

·綜述·

Toll樣受體在缺血性腦損傷中的研究進展

張靜波1, 2趙磊1岳亮1劉海嘯1李霞1林艷3屈延1*

(第四軍醫(yī)大學(xué):1唐都醫(yī)院神經(jīng)外科;2學(xué)員旅;3科研部，陜西 西安 710038)

Toll樣受體; 腦缺血; 髓樣分化因子初次應(yīng)答基因88

一、引言

大腦是一個高耗氧的器官，其重量為體重的2%，消耗的氧氣卻占總需氧量的20%，其中大部分用以產(chǎn)生足夠的能量(即三磷酸腺苷)來維持電化學(xué)梯度和重要的神經(jīng)功能。因此，由大腦栓塞、血栓以及大腦低灌注引起的血流量不足將會嚴重影響周圍組織的糖氧供應(yīng)，從而造成嚴重的腦損傷甚至腦死亡[1]。腦卒中是導(dǎo)致死亡的一大主要原因，其主要分為出血性和缺血性兩種類型，后者占腦卒中患者總數(shù)的87%[2]。對于缺血性腦卒中，血栓溶解療法是唯一的藥物學(xué)治療方法，其中應(yīng)用最為廣泛的是重組組織型纖維蛋白酶原激活劑(recombinant tissue plasminogen activator, rt-PA)，這種激活劑可以將纖維蛋白溶酶原轉(zhuǎn)換為纖維蛋白溶酶，而后者可以破壞血塊中的纖維蛋白從而溶解血栓[3]。Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)是一類模式識別受體，能夠激活固有免疫系統(tǒng)對抗外源微生物[4-5]。無論在感染性或者非感染性缺血性腦損傷中，TLR均起到至關(guān)重要的作用。本文旨在闡述TLR及其配體的結(jié)構(gòu)、信號通路以及與缺血性腦損傷之間的聯(lián)系，并探尋治療缺血性腦損傷的新思路。

二、TLR的結(jié)構(gòu)與配體

自1997年[6]TLR蛋白被首次報道，至今已有13種TLR被相繼發(fā)現(xiàn)(人類10種，鼠類13種)。從結(jié)構(gòu)上看，TLR的胞外段由大量的亮氨酸重復(fù)序列組成，可組成不同的結(jié)構(gòu)域用以識別相應(yīng)配體；胞內(nèi)段則是Toll/白介素-1 受體(Toll/interleukin-1 receptor, TIR)結(jié)構(gòu)域，可激活下游信號通路[7]。TLR在不同細胞器上的表達分布有所差異，TLR1、TLR2、TLR4和TLR5主要表達在質(zhì)膜上，可與微生物致病體上的蛋白質(zhì)/脂質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合并活化；TLR3、TLR7、TLR8、TLR9等在溶酶體與內(nèi)含體膜上均有表達，并能識別外源性的核酸并產(chǎn)生活化，提示TLR表達的位置決定其識別的物質(zhì)[8]。Barton[9]等發(fā)現(xiàn)，TLR9的胞內(nèi)段能識別內(nèi)源性DNA，并防止與之結(jié)合。

在非感染性缺血性腦損傷中，受損的組織或細胞能夠釋放一類內(nèi)源性分子，包括熱休克蛋白、S100蛋白等，這類物質(zhì)被稱為損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMP)，TLR能夠識別并結(jié)合DAMP，進而激活炎性反應(yīng)加重缺血性腦損傷的發(fā)展[6]。

細菌、真菌、寄生蟲和病毒中含有一類特殊物質(zhì)，即病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)，包括TLR4的配體脂多糖(lipopoly saccharide, LPS)、TLR2配體的脂磷壁酸(lipoteichoic acid, LTA)和肽聚糖(peptidoglycan, PGN)、能夠與TLR5結(jié)合的鞭毛蛋白(flagellin)、能夠與TLR3結(jié)合的雙鏈RNA(double-stranded RNA, dsRNA)、能夠與TLR7結(jié)合的單鏈RNA(single strand RNA, ssRNA)、能夠與TLR9結(jié)合的二核苷酸寡核苷酸鏈(cytosine-phosphate-guanine containing DNA oligodeoxynucleotides, CpG ODNs)[10-11]，TLR能夠識別并結(jié)合這些物質(zhì)從而發(fā)生活化。除了能在感染中識別外源性病原體上的PAMP分子，TLR還能識別損傷中的內(nèi)源性分子即DAMP如透明質(zhì)酸、硫酸肝素等，從而產(chǎn)生“無菌炎癥”。TLR與PAMP或DAMP的相互作用可引發(fā)一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在缺血性腦損傷中扮演重要角色。

三、TLR介導(dǎo)的信號通路

TLR能夠與包含TIR結(jié)構(gòu)域的接頭分子結(jié)合，進而激活下游的細胞內(nèi)信號通路。目前已有4種接頭分子被發(fā)現(xiàn)，即髓樣分化因子初次應(yīng)答基因88(myeloid differentiation primary responsegene88, MyD88)、TIR結(jié)構(gòu)域接頭蛋白(TIR domain-containing adaptor protein, TIRAP)、β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域接頭蛋白(TIR domain-containing adaptor inducing interferon-β, TRIF)和TIR相關(guān)接頭分子(TIR-related adaptor molecule, TRAM)。其中MyD88與TIRAP介導(dǎo)MyD88依賴性通路，而TRIF與TRAM則介導(dǎo)MyD88非依賴性通路。這些接頭分子介導(dǎo)的信號通路均能夠激活下游激酶以及轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和抗病毒反應(yīng)[12]。

幾乎所有TLR(除TLR3外)都能夠募集MyD88，其中TLR1、TLR2、TLR4和TLR6需要通過橋梁分子TIRAP與MyD88結(jié)合?；罨腡LR能夠與MyD88結(jié)合，進而募集白細胞介素-1受體相關(guān)激酶(interleukin-1 receptor associated kinase, IRAK)，其中IRAK4被MyD88募集并被其他IRAK分子(如IRAK1)激活，從而激活促分裂原活化蛋白激酶與細胞核因子κB(nuclear factor-κB, NF-κB)信號通路。其中IRAK1的激活能夠降解IκB-α(NF-κB的抑制劑)，后者能夠啟動炎性細胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)、白細胞介素-6(interleukin-6, IL-6)的轉(zhuǎn)錄[10-11]。

此外，TLR3與TLR4能夠募集TRIF(通過接頭蛋白TRAM)，激活MyD88非依賴性通路，進而誘導(dǎo)抗炎癥分子和抗病毒I型干擾素關(guān)聯(lián)分子(antiviral type I interferon, IFN)的表達。具體來講，TRIF能夠激活腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子3(TNF-receptor associated factor 3, TRAF3)，活化的TRAF3能夠使干擾素調(diào)節(jié)因子3(IFN regulatory factor 3, IRF3)磷酸化，后者進入細胞核內(nèi)并誘導(dǎo)IFN-α和IFN-β的表達。此外，TRIF還能夠通過TRAF6和受體相互作用蛋白1的活化激活NF-κB[10-11]。

四、TLR與腦缺血損傷

腦缺血損傷引起的血流量減少將會導(dǎo)致組織的糖氧缺乏，進而引起離子失衡、鈣調(diào)節(jié)失衡、酸中毒以及興奮性中毒[1]。隨后，一系列的反應(yīng)將會累及血腦屏障(blood brain barrier, BBB)，進而引起外周白細胞的滲透以及內(nèi)源性小膠質(zhì)細胞的活化[13]，進而釋放DAMP分子，最終特異性的結(jié)合并激活TLR[14]。

TLR2與TLR4在小鼠的大腦皮質(zhì)中均有表達，因此被廣泛應(yīng)用于TLR與缺血性腦損傷的研究中。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠發(fā)生缺血再灌注時，其皮質(zhì)中的TLR2水平會顯著提高，與野生型小鼠相比，TLR2基因敲除小鼠受到的缺血性損傷會減輕許多，這說明TLR2的活化會促進缺血性腦損傷[15-16]。另一方面，Hua等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，TLR2基因敲除小鼠的腦梗死體積與死亡率均比野生型小鼠的高，說明TLR2能夠減輕缺血性腦損傷的危害。這兩種截然相反的實驗結(jié)果說明了TLR在腦缺血性損傷中，不同的作用取決于其作用的時間。在近期的一項實驗中，這一理論得以證實，Bohacek等[18]發(fā)現(xiàn)TLR2對于腦梗死面積的擴大至關(guān)重要，在發(fā)病初期，TLR2基因敲除小鼠的腦梗死面積小于野生型小鼠，而在后期則會大于后者，即TLR2的缺乏延緩了腦缺血病灶的發(fā)展?？偠灾鲜鰧嶒灦颊f明TLR2在缺血性腦損傷中扮演者至關(guān)重要的角色。

部分臨床實驗還研究了TLR在腦卒中患者中的作用，其中包括TLR4基因多態(tài)性與腦卒中患病率的關(guān)聯(lián)[19-20]。研究表明，在腦卒中患者中，外周單核細胞的TLR2[21]和TLR4[22]水平均有明顯提高，且患者外周血中TLR4以及Myd88依賴性通路的基因表達亦有上調(diào)[22]。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，患者血樣中高濃度的TLR7、TLR8與腦卒中的不良預(yù)后有著密切的聯(lián)系。

高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1, HMGB1)屬于DAMP分子，也是TLR2、TLR4的配體，研究發(fā)現(xiàn)，大腦中動脈梗阻(middle cerebral artery occlusion, MCAO)發(fā)生時，HMGB1會從細胞核中遷移到細胞質(zhì)中[23-24]。無論在動物模型還是在腦卒中患者的血漿中，HMGB1均有上升，而人工注入抗-HMGB1抗體能夠減輕腦缺血程度，說明HMGB1會加重缺血性腦損傷[25-26]。過氧化物還原蛋白(peroxiredoxin protein, Prx)是一種廣泛存在于大腦中的抗氧化酶，作用是保護神經(jīng)系統(tǒng)[27]，然而當(dāng)細胞死亡時，Prx會被釋放到細胞間質(zhì)中，激活TLR2、TLR4引起炎性反應(yīng)，使缺血性腦損傷惡化[28]。

五、總結(jié)

Toll樣受體屬于監(jiān)測類受體，不但在偵測和轉(zhuǎn)移病原體扮演重要角色，而且在缺血性腦損傷的初期有著至關(guān)重要的作用。Toll樣受體以及其作用通路的下游的分子均影響著缺血性腦損傷的發(fā)展，決定了其發(fā)展的方向。TLR在缺血性損傷中的作用時間與強度決定了其效果的利弊，這一發(fā)現(xiàn)對于缺血性腦損傷的治療提供了新的思路。因此對TLR在缺血性腦損傷中作用機制的研究將有助于提供缺血性腦損傷治療的新方案，進而大大降低腦卒中的死亡率以及致殘率。然而，TLR在缺血性腦損傷治療中的使用時機和劑量還有待進一步的研究。

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1671-2897(2017)16-472-03

國家自然科學(xué)基金資助項目(81222015, 81571215)；教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃資助項目(NCET-12-1004)；科技部創(chuàng)新人才推進計劃中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才資助項目(2013RA2181)

張靜波，本科在讀，E-mail:49554556@qq.com

*通訊作者：屈延，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:yanqu0123@163.com

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2015-10-24；

2015-12-10)