Toll样受体家族与肥胖性高血压

吴 欧，刘庆敏，张 虎，袁承达

(1杭州市疾病预防控制中心，浙江 杭州 310021;2浙江大学附属邵逸夫医院，浙江 杭州 310016;3浙江中医药大学附属广兴医院/杭州市中医院，浙江 杭州 310007)

在许多发达国家中，约75%-80% 的高血压患者有不同程度肥胖，65% -75%的原发性高血压患者同时合并有肥胖。随着社会的发展，中国的肥胖性高血压(obesity-related hypertension)患病率也在逐年上升[1-3]。肥胖性高血压为多因疾病，对肥胖性高血压机制的相关研究已成为热点，其形成机制可能涉及胰岛素抵抗、血清脂联素、高瘦素血症、交感系统活化、肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)、凝血因子改变，炎症、内皮功能障碍等，但尚未达成广泛共识[4，5]。现在越来越多的研究表明，Toll样受体家族(Toll-like receptors，TLRs)与其形成密切相关。深入探讨此种受体的作用，将为肥胖性高血压的治疗提供新的思路。

1 Toll样受体家族

Toll样受体分布十分广泛，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞(dendritic cells，DCs)、多形核细胞、T、B淋巴细胞及天然杀伤细胞、血管内皮细胞、脂肪细胞、心肌细胞和肠上皮细胞等。Toll蛋白最早是从果蝇的胚胎中发现的，迄今为止已经发现的TLRs已经超过13种。TLRs与相应配体结合启动胞内信号转导，通过激活核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)而介导多种生物学效应[6-11]。

TLRs信号通路主要根据接头分子的不同分为髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依赖和TIR结构域的IFN诱导连接蛋白[TIR(Toll/interleukin-1 receptor)domain-containing adaptor protein inducing interferon beta，TRIF]依赖(或者称为MyD88非依赖)2条不同的信号转导途径。TLR不仅启动固有免疫应答，控制炎症反应的性质、强度和持续时间，还可以通过上调抗原提呈细胞表面的共刺激分子和主要组织相容性复合物Ⅱ(major histocompatibility complexⅡ，MHC Ⅱ)的表达促进DCs的成熟，指导抗原特异的免疫应答，尤其是Th1型反应的产生，调节获得性免疫应答的强度和类型，成为连接固有免疫和获得性免疫应答的枢纽[6-10]。

2 TLRs与肥胖性高血压

Toll样受体广泛表达，并有高度保守的跨膜受体，存在于与代谢综合症病理密切相关的脂肪细胞和巨噬细胞上，并可以对饮食脂肪酸的刺激作出反应[12-14]。饱和脂肪酸能激活而不饱和脂肪酸通常能抑制Toll样受体介导的信号和基因表达[12-14]。因此，Toll可以看作饮食与代谢综合症先兆、分子水平炎症改变之间的桥梁，在调节饮食和代谢的关系上发挥着重要作用，可能是导致体重增加及其后遗症的重要因素[12-14]。Toll样受体存在于脂肪细胞中。食物中的饱和脂肪酸，使Toll样受体介导的白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor α，TNF- α)的表达升高，不饱和脂肪酸能抑制饱和脂肪酸引起的肿瘤坏死因子的表达[15]。饱和脂肪酸能通过调节TLRs的活性而激活NF-κB及诱导环氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)表达，炎症部位COX-2表达增强与动脉粥样硬化、高血压、肿瘤等多种老年性疾病相关[16，17]。

2.1 TLR4与肥胖性高血压 TLRs与肥胖性高血压关系中以TLR4与肥胖性高血压关系研究最多。TLR4通过激活包括κB抑制物(inhibitor of NF-κB，IκB)/NF-κB的炎性路径而导致游离脂肪酸(free fatty acids，FFA)诱导的胰岛素抵抗。TLR4和NF-κB信号的增加伴随着NF-κB调节的IL－6和超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2，SOD2)基因的表达升高。FFA可通过TLR4信号转导途径激发细胞内炎症通路，如c-Jun-N末端激酶(c-Jun NH2-terminal kinase，JNK)、IKK(IκB kinase)/NF- κB，抑制胰岛素受体酪氨酸蛋白激酶活性，异常的脂肪酸代谢激活丝氨酸激酶，抑制胰岛素受体底物的表达及酪氨酸磷酸化程度[18]。在原代人类肌管培养体系中，急性软脂酸盐治疗会激活NF-κB，阻断TLR4基因表达使软脂酸盐不能激动NF-κB通路[19]。因此，TLR4可以受非细菌物质激活，致细胞内炎症通路上调，引起炎症反应进而阻碍胰岛素信号蛋白激活，因此在炎症发生时，TLR4可于细胞膜过度表达导致胰岛素抵抗[19]。而胰岛素抵抗可以通过促进远端肾单位钠重吸收，刺激小动脉平滑肌增生，使细胞膜内外离子(Ca2+、Na+)转运异常，促进内皮素的分泌、刺激交感神经系统产生更多的去甲肾上腺素、影响内皮功能和引起内皮细胞病变等方面导致肥胖性高血压。

在小鼠的对照研究中发现，与普通10J小鼠相比，10scn(TLR4敲除)雄性小鼠对于高饱和脂肪软脂酸盐引起的肥胖效应有完全的抵抗作用，巨噬细胞的浸润和脂肪组织中单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)的转录和NF-κB表达下降，循环MCP-1也下降，并且没有高胰岛素反应。但是与低脂肪饮食组相比，进食高不饱和脂肪酸的普通鼠和缺陷鼠的附睾脂肪垫和脂肪细胞都会增生。说明高饱和脂肪软脂酸盐可以激活TLR4途径的肥胖和炎症效应，而不饱和脂肪酸可能通过其它途径来激活这些效应。但是TLR4缺陷鼠并没有减弱TNF-α或者IL-6在脂肪组织中的表达[20]。因此，TLR4途径激活的肥胖效应可能要大于炎症效应。

同时，最新研究表明，TLR4通过调控骨骼肌中丙酮酸脱氢酶复合体的活性来控制糖的不可逆氧化，进而控制血糖;同时，TLR4通过控制骨骼肌中的脂肪合成来调控骨骼肌及血液中的脂类水平。TLR4基因敲除小鼠与野生型小鼠相比，饥饿时产生了严重的低血糖、血液和骨骼肌脂类水平升高。并且TLR4依赖的骨骼肌中的糖脂代谢是相互关联的，TLR4通过抑制骨骼肌中糖向脂的转化来有效地控制饥饿状态下机体的糖脂水平。这说明在饥饿状态下，TLR4可能有使脂类向糖类转化的功能，使动物通过饥饿变瘦。以上这些都标明TLR4与肥胖性高血压关系紧密，且中间机制复杂[21]。肥胖者由于脂肪的大量增加，扩充了血管床，血液循环量相对增加，在正常心率的情况下，心搏出量要增加许多，心脏长期负担过重，左心肥厚，血压升高。

在TLR4与心肌细胞的研究中发现，TLR4 Asp299Gly和Thr399Zle基因多态性的男性发生心肌梗死的危险性高，但TLR4的Asp299Gly基因多态性可以降低急性冠脉事件的发生率[22，23]。TLR4敲除鼠在主动脉结扎造成的压力超负荷所致的心肌肥厚比野生动物轻;同时发现在TLR4敲除鼠中抑制雷帕霉素靶蛋白(the mammalian target of rapamycin，mTOR)途径，进一步降低心肌肥厚的程度。因此，TLR4可能通过几种途径导致心肌肥厚，而使血压升高[24]。

TLR4和TLR2分别由细菌脂蛋白和脂多糖激活，两者与脂肪细胞的关系受到广泛的研究。TLR4已被发现存在于小鼠前脂肪细胞3T3-L1中，而在人皮下脂肪细胞中则发现了 TLR2和 TLR4[25]。TLR4或TLR2的激活都可导致分子伴侣热休克蛋白60结合导致NF-κB向核转位。人们发现，饱和脂肪酸能激活TLR4和TLR2信号，相反，不饱和脂肪酸抑制Toll样受体介导的信号转导和基因表达[15]。

2.2 TLR2与肥胖性高血压 TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 都定位在细胞表面，TLR3、TLR7/8、TLR9定位在细胞内部。在心肌细胞中发现有TLR2、3、4、6 的表达，但还未发现 TLR1、5 表达。在喂食高脂肪食物的小鼠肌肉和白色脂肪组织中，TLR2表达的抑制可以改善胰岛素敏感性和信号转导[26]。在培养的脂肪细胞中，TLR2的缺失可以阻止高质饮食引起的炎症并导致更多的胰岛素刺激的葡萄糖转运[27]。而且，肥胖和胰岛素抵抗小鼠脂肪组织中脂联素受体是下降的[28]，而肽聚糖对TLR2的激活也会导致脂联素受体表达下降，因此，肥胖中TLR2的激活可能导致脂联素的抵抗[25]。血清脂联素水平在肥胖人群中降低，在腹型肥胖人群中降低则更明显，且与胰岛素抵抗呈负相关[29]。

脂联素是由脂肪细胞特异性分泌的激素，是脂肪组织分泌最丰富的蛋白产物，研究证实脂联素具有胰岛素增敏及抗炎作用，能抑制血管平滑肌细胞的增殖，增加骨骼肌脂肪酸氧化，抑制肝糖原的异生、巨噬细胞功能及肿瘤坏死因子-α基因表达[30]。而且，脂联素阻断游离脂肪酸介导的单核细胞TLR4信号途径的激活[31]。肥胖患者脂肪细胞分泌游离脂肪酸增多，脂联素减少[32]。因此脂联素功能发挥失常对肥胖性高血压的发生起到重要作用。

此外，TLR2在体外新生鼠心肌细胞中对氧化应激有潜在抑制作用，阻断TLR2能抑制氢过氧化物诱导的NF-κB激活从而减少氢过氧化物毒性，减少心肌细胞凋亡;冠状动脉结扎后，TLR2敲除鼠较野生鼠死亡率和左室扩张减少，左室功能保存，有利于抑制血压上升[33]。TLR2是动脉硬化发生的一个关键分子，它可以促进血管炎症损伤和斑块形成。抑制TLR2的作用，可以明显抑制血管炎症损伤，防治心脑血管病[34]。肥胖者容易出现动脉粥样硬化 ，导致血管腔变窄 ，血压升高。因此，TLR2的激活对肥胖性高血压可能有促发作用。

2.3 TLR5与肥胖性高血压 TLRs与固有免疫有关，TLR5在肠道细胞表达充分，其主要作用是识别并结合在肠道细菌的运动器官鞭毛上，在对大多数肠道病原体的控制中，TLR5扮演着交通警察的角色，没有它，通常无害的肠道菌就会异常活跃并且大量繁殖。最近的研究意外发现，TLR5缺陷的小鼠较正常小鼠重20%，而且血甘油三酯、血胆固醇、血压及血糖偏高[35]。说明TLR5与肥胖性高血压关系密切。TLR5缺陷的小鼠比正常小鼠进食多10%，经限制饮食后前者体重下降，但同时对胰岛素的反应下降(即胰岛素抵抗);在经高脂饮食后TLR5缺陷的小鼠体重快速增加并出现“糖尿病”和“代谢综合征”[35]。

TLR5已被证实在肠道细菌防御上起重要作用，TLR5缺陷的小鼠更易患炎症性肠病、结肠炎等。使用强力的抗生素杀灭大部分肠道细菌后，TLR5缺陷小鼠的“代谢综合征”症状好转。更重要的是，将TLR5缺陷小鼠的肠道细菌转移到正常小鼠，正常小鼠也表现出“代谢综合征”症状。因此，TLR5的激活对肥胖性高血压可能有抑制作用[35]。

在敲除TLR5小鼠的研究中，发现小鼠的TLR4或TLR2功能也下降，且 TLR跨膜复合物组件MyD88缺乏并不增加代谢综合征的症状。所以，TLR5的机制可能与TLR4无关[35]。但是，TLR3配体可以通过激活TLR3下调巨噬细胞上TLR4表达从而减轻LPS诱导的肝脏损害[36]。

2.4 其它TLRs与肥胖性高血压的关系 除TLR2、4外，TLR1、7、8也存在于脂肪组织中。而且，脂肪组织中TLR1、8的表达都与循环C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)浓度成正比[37]。在体外，人体内的CRP能够直接抑制瘦素与瘦素功能性受体结合，阻断受体信号转导，从而阻断瘦素的效应;在体内，编码人CRP的转基因小鼠也出现瘦素抵抗现象。因此，CRP可能促使中枢性瘦素抵抗的出现[38]。瘦素是调节机体质量和能量平衡的关键性因子[39]，它是通过定位克隆有瘦素缺陷的ob/ob小鼠模型而发现的，主要由脂肪细胞合成及分泌[40]。循环血中瘦素浓度是独立于体质量指数和胰岛素抵抗之外的另一个重要的高血压危险因子[41]。瘦素抵抗和高瘦素血症引起的交感神经激活可能推动了肥胖性高血压的发展。因此TLR1、8的表达增加，有可能促进肥胖性高血压的发展。但还需要进一步探讨这些TLRs与肥胖性高血压的关系。

有专家在总结肥胖性高血压的特点时指出:(1)肥胖者的高血压与血容量、肾素水平间无相关性;(2)全身性总血管阻力在肥胖者低于消瘦者;(3)尽管在继续食用盐饮食，当体重下降后，血压仍可降低。肥胖性高血压者，经饮食或行为干预减重后，重新超重比例极高，而减重方法、目标与效果也尚无定论。因此，从新的视角来探讨肥胖性高血压的治疗问题很有必要。

3 结语

综上所述，TLRs在肥胖性高血压发生中的作用，有许多临床、遗传学和其它基础研究的证据。TLRs在肥胖性高血压中潜在的病理机制和治疗效果尚有待研究。深入了解TLRs在肥胖性高血压发生中的机制，将为这种类型高血压的治疗提供新的思路。

[1]Wickelgren I.Obesity:how big a problem?[J].Science，1998，280(5368):1364-1367.

[2]吴锡桂，武阳丰，周北凡，等.我国十组人群高血压发病率及其影响因素[J].中华医学杂志，1996，76(1):24-29.

[3]武阳丰，马冠生，胡永华，等.中国居民的超重和肥胖流行现状[J].中华预防医学杂志，2005，39(5):316-320.

[4]Barnes MJ，Lapanowski K，Conley A，et al.High fat feeding is associated with increased blood pressure，sympathetic nerve activity and hypothalamic mu opioid receptors[J].Brain Res Bull，2003，61(5):511-519.

[5]Kotchen TA.Obesity-related hypertension:epidemiology，pathophysiology，and clinical management[J].Am J Hypertens，2010，23(11):1170-1178.

[6]Bowie AG ，Haga IR.The role of Toll-like receptors in the host response to viruses[J].Mol Immunol，2005，42(8):859-867.

[7]Byrd-Leifer CA，Block EF，Takeda K，et al.The role of MyD88 and TLR4 in the LPS-mimetic activity of Taxol[J].Eur J Immunol，2001，31(8):2448-2457.

[8]Takeshita F，Ishii KJ，Kobiyama K，et al.TRAF4 acts as a silencer in TLR-mediated signaling through the association with TRAF6 and TRIF[J].Eur J Immunol，2005，35(8):2477-2485.

[9]Marshak-Rothstein A ，Rifkin IR.Immunologically active autoantigens:the role of toll-like receptors in the development of chronic inflammatory disease[J].Annu Rev Immunol，2007，25:419-441.

[10]Takeda K，Kaisho T ，Akira S.Toll-like receptors[J].Annu Rev Immunol，2003，21:335-376.

[11]王伯瑶，黄 宁，吴 琦.炎症信号转导Toll/NF-κB通路[J].中国病理生理杂志，1999，15(8):763-764.

[12]Mogensen TH.Pathogen recognition and inflammatory signaling in innate immune defenses[J].Clin Microbiol Rev，2009，22(2):240-273.

[13]Lee JY，Zhao L，Youn HS，et al.Saturated fatty acid activates but polyunsaturated fatty acid inhibits Toll-like receptor 2 dimerized with Toll-like receptor 6 or 1[J].J Biol Chem，2004，279(17):16971-16979.

[14]Shi H，Kokoeva MV，Inouye K，et al.TLR4 links innate immunity and fatty acid-induced insulin resistance[J].J Clin Invest，2006，116(11):3015-3025.

[15]Qatanani M，Lazar MA.Mechanisms of obesity-associated insulin resistance:many choices on the menu[J].Genes Dev，2007，21(12):1443-1455.

[16]Balzary RW ，Cocks TM.Lipopolysaccharide induces epithelium-and prostaglandin E(2)-dependent relaxation of mouse isolated trachea through activation of cyclooxygenase(COX)-1 and COX-2[J].J Pharmacol Exp T-her，2006，317(2):806-812.

[17]Michelsen KS，Arditi M.Toll-like receptor signaling and atherosclerosis[J].Curr Opin Hematol，2006，13(3):163-168.

[18]Walsh C，Gangloff M，Monie T，et al.Elucidation of the MD-2/TLR4 interface required for signaling by lipid IVa[J].J Immunol，2008，181(2):1245-1254.

[19]Reyna SM，Ghosh S，Tantiwong P，et al.Elevated tolllike receptor 4 expression and signaling in muscle from insulin-resistant subjects[J].Diabetes，2008，57(10):2595-2602.

[20]Davis JE，Gabler NK，Walker-Daniels J，et al.Tlr-4 deficiency selectively protects against obesity induced by diets high in saturated fat[J].Obesity(Silver Spring)，2008，16(6):1248-1255.

[21]Pang S，Tang H，Zhuo S，et al.Regulation of fasting fuel metabolism by Toll-like receptor 4[J].Diabetes，2010，59(12):3041-3048.

[22]Edfeldt K，Bennet A M，Eriksson P，et al.Association of hypo-responsive Toll-like receptor 4 variants with risk of myocardial infarction[J].Eur Heart J，2004，25(16):1447-1453.

[23]Hommels MJ，Kroon AA，Netea MG，et al.The Asp299Gly Toll-like receptor 4 polymorphism in advanced aortic atherosclerosis[J].Neth J Med，2007，65(6):203-207.

[24]姜 华，曲 鹏，王纪文，等.Toll样受体4-可能参与高血压左室重构的一个新的跨膜信号转导受体(英文)[J].中国病理生理杂志，2007，23(10):1900-1905.

[25]Ajuwon KM，Banz W ，Winters TA.Stimulation with Peptidoglycan induces interleukin 6 and TLR2 expression and a concomitant downregulation of expression of adiponectin receptors 1 and 2 in 3T3-L1 adipocytes[J].J Inflamm(Lond)，2009，6:8.

[26]Caricilli AM，Nascimento PH，Pauli JR，et al.Inhibition of toll-like receptor 2 expression improves insulin sensitivity and signaling in muscle and white adipose tissue of mice fed a high-fat diet[J].J Endocrinol，2008，199(3):399-406.

[27]Davis JE，Braucher DR，Walker-Daniels J，et al.Absence of Tlr2 protects against high-fat diet-induced inflammation and results in greater insulin-stimulated glucose transport in cultured adipocytes[J].J Nutr Biochem，2011，22(2):136-141.

[28]Tsuchida A，Yamauchi T，Ito Y，et al.Insulin/Foxo1 pathway regulates expression levels of adiponectin receptors and adiponectin sensitivity[J].J Biol Chem，2004，279(29):30817-30822.

[29]Yatagai T，Nagasaka S，Taniguchi A，et al.Hypoadiponectinemia is associated with visceral fat accumulation and insulin resistance in Japanese men with type 2 diabetes mellitus[J].Metabolism，2003，52(10):1274-1278.

[30]Ajuwon KM ，Spurlock ME.Adiponectin inhibits LPS-induced NF-κB activation and IL-6 production and increases PPARγ2 expression in adipocytes[J].Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2005，288(5):R1220-R1225.

[31]陈新忠，孙宗全，郑向阳，等.脂联素阻断游离脂肪酸介导的单核细胞TLR4信号途径的激活[J].中国病理生理杂志，2008，24(11):2117-2120.

[32]Suganami T，Mieda T，Itoh M，et al.Attenuation of obesity-induced adipose tissue inflammation in C3H/HeJ mice carrying a Toll-like receptor 4 mutation[J].Biochem Biophys Res Commun，2007，354(1):45-49.

[33]Frantz S，Kelly RA ，Bourcier T.Role of TLR-2 in the activation of nuclear factor κB by oxidative stress in cardiac myocytes[J].J Biol Chem，2001，276(7):5197-5203.

[34]Monaco C，Gregan SM，Navin TJ，et al.Toll-like re-ceptor-2 mediates inflammation and matrix degradation in human atherosclerosis[J].Circulation，2009，120(24):2462-2469.

[35]Vijay-Kumar M，Aitken JD，Carvalho FA，et al.Metabolic syndrome and altered gut microbiota in mice lacking Toll-like receptor 5[J].Science，2010，328(5975):228-231.

[36]Jiang W，Sun R，Wei H，et al.Toll-like receptor 3 ligand attenuates LPS-induced liver injury by down-regulation of toll-like receptor 4 expression on macrophages[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2005，102(47):17077-17082.

[37]Vitseva OI，Tanriverdi K，Tchkonia TT，et al.Inducible Toll-like receptor and NF-κB regulatory pathway expression in human adipose tissue[J].Obesity(Silver Spring)，2008，16(5):932-937.

[38]Uchikoshi Y.Narrative development in bilingual kindergarteners:can Arthur help?[J].Dev Psychol，2005，41(3):464-478.

[39]Rahmouni K，Fath MA，Seo S，et al.Leptin resistance contributes to obesity and hypertension in mouse models of Bardet-Biedl syndrome[J].J Clin Invest，2008，118(4):1458-1467.

[40]Zhang Y，Proenca R，Maffei M，et al.Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue[J].Nature，1994，372(6505):425-432.

[41]Galletti F，D'Elia L，Barba G，et al.High-circulating leptin levels are associated with greater risk of hypertension in men independently of body mass and insulin resistance:results of an eight-year follow-up study[J].J Clin Endocrinol Metab，2008，93(10):3922-3926.