Toll样受体4与2型糖尿病及其心血管并发症

曹柳 刘宽芝

Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)是模式识别受体之一，可特异地识别病原体相关分子模式，激活细胞信号转导途径，从而导致一系列的炎症和免疫反应的发生。TLR4在2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)及其心血管并发症的发生、发展过程中具有重要作用，本文就其近年来的研究进展作一综述。

1 TLR4简介

1.1 TLR4的结构、分布及配体 TLR4是 Medzhitov等［1］于1997年首次发现的人类第一种Toll样受体蛋白，属于I型跨膜受体，由胞外区、跨膜区和胞内区组成。其胞外区由24个串联的富含亮氨酸的重复序列组成，主要作用是识别配体;其胞内区有一段序列保守区，与白细胞介素1受体1(inter leuldn-1 receptor 1，IL-1R1)的胞内区相似，被称为TIR区(TLR/IL-R1 homologous region)，负责活化信号的转导。

TLR4广泛分布于免疫细胞和非免疫细胞中，如内皮细胞、单核巨噬细胞、心肌细胞、肥大细胞、肠上皮细胞等。研究发现胰岛内分泌细胞中也有TLR4分布［2］。

TLR4的配体包括外源性和内源性配体两种。其主要的外源性配体为病原微生物表达的自身特定分子结构，即病原体相关分子模式，如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、肽聚糖、非甲基化的胞嘧啶、磷酸鸟嘌呤基序、活结核杆菌的某些成分等。内源性热休克蛋白60是第一个被报道的内源性TLR4配体［3］。随着研究的深入，表面活性剂A、透明质烷低聚糖、硫酸肝素片段、纤维蛋白原肽、β防御素2、纤连蛋白的额外域等内源性配体也相继被报道［4］。这些内源性配体大部分是机体受损处或处于应激状态的细胞产生的。

1.2 TLR4信号转导通路 TLR4对某些配体的识别需要CD14和髓样分化蛋白2(myeloid differentiatial protein 2，MD2)的协同作用，CD14必需通过TLR4才能激活细胞内的信号级联反应，MD2可提高TLR4对LPS的敏感性，且可增加TLR4受体的稳定性。TLR4的信号转导途径可大体分为髓样分化蛋白88(myeloid differentiatial protein 88，MyD88)依赖性和MyD88非依赖性途径，前者主要通过一系列反应引起核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)易位进入细胞核内，从而诱导炎性细胞因子的产生;而后者主要负责LPS诱导的干扰素诱导性蛋白10、糖皮质激素终止反应基因16、干扰素调节基因1的表达和树突状细胞的成熟。

2 TLR4与T2DM

Bagarolli等［5］研究表明 TLR4 基因 Asp299Gly、Thr399Ile多态性，可降低TLR4对LPS的反应，从而防止T2DM的发生。而胡文超等［6］对天津地区365例T2DM患者及95例健康人的研究却表明，TLR4基因Asp299Gly、Thr399Ile多态性与T2DM无明显相关性。上述研究的不同结果可能与种族的差异和遗传背景的不同有关。C3H/HeJ小鼠(TLR4基因功能丧失的小鼠)Ikappa B激酶复合物和c-Jun氨基末端激酶活性较对照组下降，且胰岛素抵抗亦明显减轻［7］，说明TLR4信号转导通路可能参与胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)的发生，而IR又是T2DM的重要发病机制之一。Kim等［8］发现用棕榈酸孵育的人微血管内皮细胞，NF-κB抑制蛋白激酶β活化，从而抑制了胰岛素的信号传递，降低了胰岛素的敏感性，这说明TLR4-NF-κB信号转导途径可通过影响胰岛素信号通路而引起IR，参与T2DM的发生。

T2DM患者单核细胞TLR4 mRNA较对照组显著增多［9］，表明T2DM中TLR4信号转导通路作用增强。T2DM患者存在体重增加、IR、血糖升高、氧化应激增强等，这些可使TLR4内源性配体热休克蛋白60、游离脂肪酸、内毒素、透明质酸、纤维蛋白原等增多，从而激活TLR4信号通路。T2DM患者细胞本身的功能异常也可使TLR4信号通路的作用增强。在单核细胞，升高的游离脂肪酸可通过释放过量的超氧阴离子、增强NF-κB的活性和诱导促炎因子的释放而使高糖诱导的TLR4表达增加［10］。

3 TLR4与T2DM心血管并发症

3.1 动脉粥样硬化 T2DM心血管并发症的主要病理表现为动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)，TLR4介导的炎症和免疫反应在AS的形成、进展以及斑块破裂等各个环节均发挥重要作用。Hodgkinson等［11］建立小鼠和人的糖尿病模型，发现在TLR4功能丧失的小鼠巨噬细胞和人冠状动脉内皮细胞，糖化低密度脂蛋白刺激合成的炎性细胞因子显著下降，从而AS的发生率也下降，提示TLR4介导的炎性反应与糖尿病AS的发生有关。研究显示内皮细胞中的氧化型低密度脂蛋白能被TLR4识别，从而引起白细胞介素8的分泌［12］，提示氧化应激可通过TLR4致内皮功能紊乱，进而促进AS的形成。Grenier等［13］发现LPS可通过激活TLR4介导的炎性反应，使基质金属蛋白酶9、蛋白水解酶表达，从而降解细胞外基质，使AS的斑块脆性增加而易于破裂，提示TLR4介导的炎性反应与AS斑块的不稳定密切相关。

3.2 高血压 Eissler等［14］发现与对照组比较，自发性高血压大鼠TLR4、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6的表达均明显增强，通过硝基精氨酸甲酯诱发的高血压大鼠TLR4的表达和活性亦明显增强，提示TLR4介导的炎性反应参与高血压的发生。Heo等［15］研究发现LPS可激活TLR4介导的信号转导通路，使人体主动脉平滑肌细胞中的一氧化氮、白细胞介素8、血管内皮生长因子、血管细胞黏附分子l、细胞间黏附分子1水平升高，从而导致血管内皮功能紊乱，促进高血压的发生。此外，T2DM患者体内TLR4信号转导通路介导的IR在高血压的发生中也起着重要的作用。IR引起的高胰岛素血症能使肾脏钠排泄下降，从而导致水钠潴留;能使交感神经系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性亢进，还能通过胰岛素样生长因子使动脉平滑肌细胞增生，从而导致动脉内膜增厚、管腔狭窄、阻力增加，进而发生高血压。

3.3 心肌梗死(myocardial infarction，MI) MI的发生与炎性反应密切相关。在急性MI患者的和单核细胞，TLR4的表达水平均显著升高［16］。Ishikawa等［17］研究表明与对照组比较，急性MI患者单核细胞TLR4的表达不仅在全身血液循环中明显增加，而且在AS斑块破裂处亦明显增加。Timmers等［18］研究发现TLR4缺陷的急性MI小鼠，与正常的急性MI小鼠比较，在梗死区域中胶原密度增加伴随的巨噬细胞浸润较少，炎性调节细胞因子的表达较少，基质金属蛋白酶2和9的活性也减弱;在非梗死区域，间质纤维化和心肌肥厚亦减弱。上述研究均提示TLR4介导的炎性反应可能是急性MI的发病机制之一。TLR4基因的多态性可能对MI的易感性有影响。近来研究发现，TLR4的等位基因299G可使他汀类药物对MI的治疗作用降低，使吸烟男性患MI的危险性增加［19］。

3.4 心力衰竭 心力衰竭的发病机制非常复杂，其中包括炎性反应。在心力衰竭患者中，TLR4及其下游的白细胞介素1受体相关激酶和 NF-κB信号通路分子均表达增加［20］，提示TLR4介导的炎性反应参与心力衰竭的发生。Satoh等［21］研究发现与急性MI后无心力衰竭者相比，急性MI后心力衰竭者TLR4和血浆炎性细胞因子，如白细胞介素6、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、肿瘤坏死因子α等水平均明显升高，表明从MI到心力衰竭的演变中TLR4信号转导通路发挥着重要的作用。致命的炭疽毒素可通过自噬诱导心脏收缩功能障碍，而Kandadi等［22］研究发现使用小干扰RNA而不是自噬抑制剂敲除TLR4后，可明显减弱甚至消除炭疽毒素诱导的自噬，这说明TLR4介导的炎性反应在炭疽毒素诱导的心脏收缩功能障碍中起着关键的作用。

4 干预TLR4信号通路

4.1 改善生活方式 改善生活方式首先是戒烟。吸烟可导致TLR4介导的炎性反应的激活，又是T2DM的危险因素之一，且与糖尿病心血管事件的发生密切相关。其次是控制饮食，防止肥胖。高脂高碳水化合物饮食可导致血中脂多糖浓聚物增加，进而激活TLR4信号转导通路，导致IR;相反，富含纤维和水果的饮食则不会引起这样的变化［23］。第三，加强运动。体育锻炼和高强度的体力活动可通过影响TLR4信号转导通路而发挥抗炎作用。Oliveira等［24］研究表明体育锻炼可降低肥胖大鼠血清LPS水平，进而抑制其肝脏、肌肉、脂肪组织中的TLR4信号通路，提高其组织对胰岛素的敏感性。

4.2 纠正代谢紊乱 高脂高碳水化合物饮食可使LPS、TLR4、肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β表达增加，引起氧化应激和炎性反应［25］，提示高脂高糖可激活TLR4信号转导通路。Reyna等［26］研究发现棕榈酸可使T2DM患者体内TLR4、白细胞介素6、超氧化物歧化酶2表达增加，从而激活IκB/NF-κB信号途径，这说明游离脂肪酸可作为配体激活TLR4信号转导通路。因此，降糖、调脂可通过抑制TLR4、降低炎性反应防止T2DM及其心血管并发症的发生、发展。

4.3 抗炎药物的应用 他汀类药物可降低T2DM患者心血管事件的发生率，除调脂、抗血栓外，可能还与其抗炎作用有关。Satoh等［27］用let-7i转染的人THP-1细胞试验表明，阿托伐他汀可通过let-7i的表达下调冠状动脉疾病患者的TLR4信号，从而发挥抗炎作用。桂皮醛可通过抑制TLR-NF-κB信号转导通路而减少血浆TLR4、一氧化氮、NF-κB等的表达，从而对病毒性心肌炎起治疗作用［28］。Zhang等［29］研究发现 TLR4小干扰RNA可明显降低糖尿病小鼠TLR4 mRNA的表达水平，抑制活性氧的产生和NADPH氧化酶的活化，从而抑制心肌细胞凋亡的级联反应，表明通过TLR4基因沉默可预防高血糖症诱导的心肌细胞凋亡。Du等［30］研究发现烟曲霉文C可通过抑制巨噬细胞TLR4及NF-κB信号转导通路而发挥抗炎作用，其有望成为AS抗炎治疗的一个新药。

TLR4基因在炎症和免疫反应中起着要作用，其在T2DM及其心血管并发症中的作用也越来越引起人们的重视。对TLR4信号转导通路中某些环节的干预也正成为研究热点，但大多还处在实验探索阶段。相信随着对TLR4研究的进一步深入，会为T2DM及其心血管并发症的防治带来新思路。

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