钟样受体4信号通路与非感染性炎症疾病的关系

李 静(综述),王爱忠(审校)

(上海交通大学附属第六人民医院麻醉科,上海 200233)

钟样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)分子由胞外区、穿膜区及胞内区三部分组成，胞外区富含亮氨酸重复序列结构域，胞内区存在一段序列保守区，与白细胞介素1受体胞内段的保守序列有高度的同源性，被称为TIR区域。TLR4广泛表达于单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞、内皮细胞和上皮细胞等。TLR4能识别细菌和其他微生物的病原相关分子模式，如脂多糖、肽聚糖、酵母多糖及微生物的核酸，导致感染性疾病。近年来发现，TLR4亦可识别危险相关分子模式(danger-associated molecular patterns,DAMPs)。DAMPs来源于损伤组织，能使机体警戒组织损伤，启动组织修复过程，也可以参与炎症和自身免疫疾病的发病。迄今已知作用于TLR4的DAMPs有十多种[1]，包括高迁移率族蛋白B1、热激蛋白、透明质酸、β淀粉、纤维蛋白原等。有学者研究认为，DAMPs激活TLR4细胞内信号通路引起炎性反应，但也有学者认为其并不能直接激活TLR4，而是作为病原相关分子模式连接分子或病原相关分子模式敏化分子，使TLR4易被体内微量的病原体激活[2]。DAMPs与TLR4作用能引发非细菌性炎症疾病，如风湿性关节炎、糖尿病、实验性自身免疫性脑脊髓炎、缺血/再灌注(ischemia reperfusion，I/R)损伤及组织损伤和修复再生等。

1 TLR4信号通路

TLR4的细胞内信号通路主要有两条:髓样分化蛋白88依赖途径和Trif途径。TLR4与配体结合,通过髓样分化蛋白88招募肿瘤坏死因子受体相关因子6引起IκBα激酶复合物激活，使核因子κB(nuclear factorκB,NF-κB)的抑制物IκBα降解，释放NF-κB易位核内，激活κB-依赖基因，包括促炎性因子和一些炎症与免疫调节因子。TLR4的信号分子除了能激活NF-κB通路，也能激活丝裂原活化蛋白激酶家族，从而诱导转录激活因子蛋白1活化，调节细胞增殖、转化和死亡。Trif途径通过Trif和Trif相关调节分子,激活下游信号，导致干扰素调节因子3活化，使干扰素基因转录。TLR4存在一些辅助分子，协助配体与其结合，如CD14、髓样细胞分化蛋白2。

2 TLR4与自身免疫性疾病

TLR4是人类抵御微生物反应的第一道防线，也参与一些与感染无关的炎症和免疫疾病，如类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis，RA)、糖尿病、实验性自身免疫性脑炎等。TLR4的这种特性可归因于能识别疾病进展过程中释放的宿主源性激动剂,通过激活抗原呈递细胞，在固有免疫和获得性免疫间提供一个关键的联系。

RA是以滑膜炎症和软骨及骨破坏为主要特征的自身免疫性疾病。在RA成纤维样滑膜细胞中TLR2和TLR4表达增加，而TLR2和TLR4配体能促进RA滑膜破骨细胞分化[2]。有研究发现,TLR4激动剂热激蛋白88在RA滑膜组织中高表达；热激蛋白的释放可能引起持续的炎性细胞激活，从而放大滑膜炎症[3]。人滑膜组织培养的RA体外模型中，Sacre等[4]发现TLR2和TLR4在培养的组织中表达能对外源性配体发生反应，且髓样分化因子88介导的信号通路参与RA滑膜金属蛋白酶和细胞因子的持续生成。

实验性自身免疫性脑炎是人类多发性硬化症的一种动物模型，表现为中枢神经系统的广泛性炎症脱髓鞘病变。在中枢神经系统，胶质细胞的激活启动炎症级联反应，导致组织破坏、脱髓鞘和神经系统的缺失。脂多糖激活TLR4能引起人小胶质细胞趋化因子10的分泌，而趋化因子10是T淋巴细胞主要化学引诱物，说明TLR4介导的信号级联可能促进实验性自身免疫性脑炎时T细胞浸润[5]。近来有研究证实了实验性自身免疫性脑炎中TLR4激动剂的免疫左剂特性，提示TLR4通路的负性调节可能限制中枢神经系统的自身免疫反应[6]。

1型糖尿病是以白细胞浸润胰岛为特征的自身免疫疾病。研究发现，高迁移率族蛋白在1型糖尿病患者血清中显著升高；而与无微血管病变的患者相比，微血管并发症患者TLR4蛋白及其信号通路表达增强，说明TLR4信号通路可能促进1型糖尿病炎症加重和并发症发生[7]。在占糖尿病患者大多数的2型糖尿病中，陈海英等[8]发现单核细胞TLR4表达增高，说明单核细胞TLR4可能参与了2型糖尿病的炎性反应。肥胖是2型糖尿病的重要危险因素，它与胰岛素抵抗相关。有研究显示，饱和脂肪酸能引起脂肪细胞和其他组织的胰岛素抵抗，而TLR4也能被其激活且在TLR4基因缺失的动脉模型中，饱和脂肪酸引起的血管炎症和胰岛素反应受损不明显[9]。因此，TLR4似乎是肥胖和胰岛素抵抗的重要介质，同样也是代谢紊乱治疗的一个潜在靶点。

3 TLR4和I/R损伤

近年来，器官的I/R损伤越来越引起人们高度重视。缺血引起组织损伤，再灌注又会加剧损伤，这种损伤会影响一系列病理状态，表现为过度的炎症,而TLR4信号通路在I/R引起器官损害和炎症的机制中占据重要地位[10]。

有研究发现,TLR4基因剔除对小鼠大脑中动脉阻断引起的脑缺血损伤起神经保护作用，证实了TLR4在脑I/R中的重要作用[11]。肝I/R后肝细胞高迁移率族蛋白1的释放和乙酰化的研究也证实了TLR4在肝I/R中的作用[12]。研究发现,TLR4/Trif信号通路在肾脏I/R引起的炎症和损伤中起重要作用[13]。而Wu等[14]研究发现，重组高迁移率族蛋白1预处理对TLR4介导的小鼠肾I/R损伤有明显的保护作用，为肾I/R损伤的治疗提供了新的视点。在鼠肺I/R损伤时，TLR4在肺实质细胞水肿过程中起重要作用[15]。右旋美托咪啶能减轻肺I/R引起的肺损伤和无菌性炎症，而TLR4/髓样分化因子88/丝裂原活化蛋白激酶信号通路是其重要作用机制[16]。

4 TLR4与创伤、出血性疾病

意外创伤导致的组织损伤，引起受损或坏死细胞释放TLR4的内源性配体。TLR4与内源性配体结合引发炎症，促进急性损伤或器官功能障碍的发展。亚铁血红素在溶血或过度组织损伤状态下增加，如创伤、血红蛋白病、血肿清除、出血和肌肉损伤[17]。巨噬细胞暴露于亚铁血红素，通过依赖髓样分化因子88、TLR4和CD14机制，引起促炎细胞因子、肿瘤坏死因子α表达增加[18]。郑仲谨等[19]发现创伤后患者血浆肿瘤坏死因子α、白细胞介素10升高，TLR4信使RNA的表达均降低,但预后良好的可在伤后第5日恢复正常水平,预后差的在伤后第5日仍处于低水平，说明创伤后人外周血单核细胞内TLR4信使RNA的表达与患者的免疫功能、预后情况密切相关。有文献报道，在双侧股骨骨折的模型中，TLR4突变小鼠系统炎性因子释放和肝损伤较野生鼠低[20]。在烧伤后的TLR4-/-小鼠微血管通透性和白细胞黏附明显减弱；烧伤后的血浆处理微血管内皮细胞，细胞间黏附屏障功能障碍，且TLR4干扰小RNA处理能减轻功能障碍，说明TLR4在非脓毒症烧伤后炎症的微血管漏出和白细胞黏附方面起重要作用[21]。

5 TLR4和组织修复/再生

除了介导I/R损伤，TLR4在机体对其他类型组织损伤和组织修复再生反应中也起着至关重要的作用。有学者报道，在人急性胰腺炎发病、病情进展中TLR4通过激活NF-κB，引起大量炎性递质的释放，加重病情的进展[22]。在严重急性胰腺炎并发多器官功能衰竭的小鼠肝脏中，TLR2/4表达显著升高,说明TLR4在多器官功能衰竭中起着重要作用[23]。在TLR4或CD14缺失时减轻急性胰腺炎的严重程度，也证实了TLR4的促炎作用[24]。

葡聚糖硫酸盐诱导的急性大肠炎中，上皮细胞TLR4激活放大炎性反应引起黏膜损伤[25]。同样在葡聚糖硫酸盐诱导急性大肠炎模型中，有学者发现TLR4有差别地上调上皮生长因子相关的生长因子，这种因子在急性损伤和修复过程中作用不同[26]。有文献报道，乙醇和烧伤损伤引起的肺部炎症在TLR4缺陷小鼠中减弱，而急性肺损伤时，注入TLR4-短发夹RNA慢病毒抑制TLR4能改善肺组织纤维化，表明TLR4信号通路在肺损伤后炎症的发生中起着至关重要的作用[27-28]。在乙醇诱导的肝损伤中，TLR4信号通路增强参与肝损伤[29]，也有研究发现TLR4缺陷能减弱非酒精性脂肪性肝炎和纤维化，提示TLR4参与肝损伤和肝损伤愈合[30]。TLR4也参与神经炎症，呼吸道内用干扰小RNA处理抑制TLR4能降低神经性疼痛[31]。此外，TLR4在酒精引起的脑损害及慢性酒精中毒导致的神经退行性变中也起核心作用[32]。近来有证据表明，TLR4信号通路可促进阿尔茨海默病小胶质细胞的炎性反应[33]。

6 TLR4与心血管相关疾病

在高血压大鼠中发现，左心室心肌组织中TLR4和NF-κB的表达水平升高；TLR4表达水平与左心室心肌纤维化呈正相关；TLR4表达水平与左心室心肌肥厚程度、收缩功能指数显著相关，表明TLR4信号通路的活化可能参与Goldblatt大鼠心肌肥厚的发生、发展[34]。TLR4与动脉粥样硬化的炎症发展也密切相关，TLR4和肿瘤坏死因子α信使RNA在动脉粥样硬化斑块组织中均有强烈表达[35]。在动脉粥样硬化时，CD36-TLR4-TLR6激活被认为是致动脉粥样硬化的脂质和淀粉刺激的无菌炎症的一个共同的分子机制[36]。

7 结 语

TLR4信号通路在无菌炎症性疾病中起着至关重要的作用。研究TLR4在非感染性炎症疾病中的作用及机制，阐明无菌炎性反应启动的关键事件，能使疾病的发生机制更加明确，为疾病的预防和治疗提供可行的方向。目前很多TLR4预处理及TLR4表达抑制的方法已应用到TLR4相关疾病的研究中，并取得了一定的成果。

目前的研究从基因和生化角度对TLR激活的信号通路进行了研究，但还有些问题仍不明确，如TLR4与DAMPs如何作用，TLR4如何激活它们的下游信号通路，如何招募结合蛋白及在结合体召集和功能等。明确非感染性炎症性疾病中TLR4信号通路的具体途径，对寻找疾病治疗的新靶点有重要意义。

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