TLR4信号通路与炎症相关性疾病



TLR4信号通路与炎症相关性疾病

王娜，张雪梅，陈立杰*

(哈尔滨医科大学附属第二医院 神经内科三病房,黑龙江 哈尔滨150080)

随着人类社会的发展及生活水平的不断提高，脑缺血、糖尿病、动脉硬化等炎症相关性疾病已成为社会的高发病和多发病，给社会和家庭带来沉重负担。TLR4与炎症相关性疾病之间的关系得到了越来越多的关注,大量的研究显示TLR4/NF-κB信号通路在炎症信号的传递中发挥着重要作用，大量的促炎因子，趋化因子，粘附因子和TLR4及其配体相互作用，相互影响共同促进了疾病的发展。

1关于TLR4

1.1　 TLRs家族

TLRs属于I型跨膜糖蛋白受体家族，是一类先天性免疫受体，是免疫细胞表面识别病原相关分子模式的一个模式识别受体家族，在活化信号转导过程中发挥重要作用，是联系天然免疫与获得性免疫的桥梁[1，2],最早在果蝇体内发现。TLRs因其胞外段与一种果蝇蛋白Toll 同源而得名，从低等到高等动物体内都发现TLRs的存在，现已在人和小鼠体内发现13种TLRs，分别命名为TLR1-TLR13。小鼠可表达除TLR10外的所有TLRs，人可表达10个TLRs(TLR1-TLR10)[1，2]。

1.2　TLR4结构及生物学特性

所有的TLRs都由富含亮氨酸重复序列的胞外区、跨膜区以及胞内的TLR-IL1结构域组成，细胞外的结构域由18-31个富含亮氨酸的重复序列(Leucine-rich repeats，LRR)组成，主要负责识别病原特异性的配体及与其他辅助配体结合形成受体复合物；胞内区含有和白细胞介素1(IL-1)受体相类似的结构域，即Toll-IL-1受体(TIR)结构域，且TIR结构域为信号转导所必须的[3]，当其与特定接头蛋白结合时启动信号释放的级联反应。这些特定的接头蛋白包括髓样分化因子88 (MyD88)，类MyD88接头分子(MAL) ,诱导IFN-β的包含TIR结构域的接头分子(TRIF),TRIF相关接头分子(TRAM) ，包含TIR结构域的分子(SARM)。

TLR4是最早发现的哺乳动物TLRs，在人体内多种细胞中能够广泛表达，主要分布于单核/巨噬细胞，冠状动脉内皮细胞，肾小管上皮细胞等，在人脑内主要分布于脑室周围血管丛，小胶质细胞，星形胶质细胞等。TLR4的配体分为内源性配体和外源性配体，内源性配体包括热休克蛋白，高迁移率族蛋白(high mobility group box 1 protein ,HMGBl)、纤连蛋白-EDA、胎球蛋白-A(Fetuin-A)氧化修饰的低密度脂蛋白等[4-8]，外源性配体包括脂多糖(LPS)、微生物核酸等，已知TLRs的内源性配体是损伤后的细胞释放的分子或细胞外基质分解产物，因此不需要外来病原入侵就可激活天然免疫炎症反应[9]。

2TLR4/NF-κB信号通路

2.1　NF-κB家族及生物学活性

核因子NF-κB是一种二聚的转录因子，属于“Rel”家族，包含一个高度保守的Rel-homology结构域(RHD)，由Rel、RelA(p65)、RelB、p50五个转录因子构成，通常所说的NF-κB是由RelA(p65)和NF-κB(p50)组成的异源二聚体，在非激活状态下NF-κB二聚体与其抑制分子(IκB)组成三聚体复合物，此时不具有调节基因转录的能力以无活性的方式存在于胞浆中，在多种因素(如病原体、细胞因子、炎症介质、氧化应激等)刺激下NF-κB被活化进入核内发挥作用。活化的NF-κB调控的基因主要包括：细胞因子(TNF-a、IL-1、IL-6、干扰素等)；粘附分子(细胞间粘附分子等)；病毒蛋白生长因子、酶等。

NF-κB广泛存在于真核细胞内，主要与细胞内的信息传递并导致相关因子表达有关，在信号转导、神经塑性、神经变形和神经发育、免疫、应激反应、炎症和细胞凋亡等方面具有独特作用。NF-κB位于TLR4下游信号通路，被认为是炎症级联反应的重要始动因素，多种因素如IL-l、TNF-α、星形胶质细胞激活等刺激可以激活NF-κB启动免疫反应和细胞分化等过程。

2.2　TLR4/NF-κB信号通路

TLR4/NF-κB信号通路是近年来研究发现与抗炎免疫机制紧密相关的信号传导通路，在炎症发生发展中起重要作用。根据接头蛋白的结构不同，TLRs的信号传导通过MyD88依赖途径和MyD88非依赖途径。MyD88依赖途径是信号转导的经典途径，主要通过介导NF-κB和促炎性细胞因子的产生激发下游炎症效应。其过程为TLR4与其特异性配体结合后在细胞内募集MyD88，通过其特异的接头蛋白(MAL)与MyD88桥接，接受信号蛋白IL-1受体相关激酶(IRAK)，与肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)相互作用，进而活化NF-κB的诱导激酶，磷酸化I-κB激酶，使NF-κB从IκB/NF-κB的复合物中释放出来迁移到细胞核内，导致相关基因的转录、翻译、最终导致炎症因子大量释放。MyD88非依赖途径为TRIF依赖性信号通路，TRIF与TRAM形成复合物，活化干扰素因子3，诱导干扰素β(IFNβ)的转录[10-12]。

3TLR4/NF-κB与炎症相关性疾病的研究

3.1　TLR4与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是一种脂质介导的慢性炎症性疾病，以血管内脂质和炎症细胞聚集为特征，免疫反应贯穿其始终。低密度脂蛋白弱氧化修饰可诱导TLR4的胞饮作用，促进单核/巨噬细胞的脂质吞噬作用，促进泡沫细胞的形成。正常情况下血管内皮细胞中TLR4表达较低，而AS发生时TLR4表达显著增高[13]。Michelsenanjiu等最早提出TLR4与AS早期斑块形成有关[14]，研究发现TLR4/ApoE基因敲除的小鼠相比单纯ApoE敲除的小鼠AS发生率降低，同时TLR4/ApoE和MYD88/ApoE 2种双基因敲除的小鼠AS斑块中脂质、巨噬细胞也明显降低，说明TLR4可能在AS斑块的发生发展和斑块稳定性中发挥重要作用。另有研究发现[15]，AS参与血管的重构，在血管重构过程中产生的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)能够消减斑块的稳定性，导致损伤发生。其实验通过建立结扎对侧颈动脉的小鼠模型发现TLR4缺乏的小鼠模型未发生血管重构，表明TLR4在血管重构中发挥重要作用，并能增加斑块的不稳定性。而最新研究发现[16]微血管内皮细胞内的TLR4激活比大血管更能引起炎症反应暴发，并在MMPs产生并引起斑块破裂的反应证起更重要的作用。

3.2　TLR4/NF-κB与缺血性脑损伤

脑缺血和再灌注引起的脑损伤的机制仍未明确，但炎症反应是引起脑损伤的一个重要因素[17]。研究发现，缺血性脑损伤可诱发内源性分子释放，并与TLR2/4结合,激活的TLR2/4导致NF-κB的核易位，引起炎症介质的表达从而引发炎症反应[18,19]，而TLR2/4-NF-κB信号通路的下游介质TNF-α、IL-1β是引起缺血性脑损伤炎症反应的主要介质[20]，因此抑制炎症反应和炎症介质的表达已经用于缺血性脑损伤的神经保护作用[21]。

Qiu[22]等在体外培养神经细胞、星形胶质细胞、小鼠脑细胞中发现，在TLR4正常表达时添加HMGB1检测到基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、TNF-α表达增加，但在TLR4表达缺乏时MMP-9表达降低，同野生型小鼠相比较，TLR4基因缺陷小鼠脑缺血模型中脑梗死体积及MMP-9的表达减少，实验认为脑缺血时HMGB1激活TLR4信号通路来激活MMP-9，而抑制这一传导通路可以减少缺血后脑组织的炎症反应。Yang等实验发现HMGB1通过TLR4的TRIF的非依赖途径介导缺血再灌注脑损伤[23]。Hua F[24]等研究认为TLR4基因敲除小鼠在脑缺血24小时后再灌注损伤中脑梗死面积显著减少，且NF-κB的激活也减少，其机制可能是通过抑制TLR4/NF-κB信号通路所致，TLR4的缺失可减少缺血再灌注所引起的脑损伤。在苗江永等[25]实验中亦发现，脑缺血-再灌注小鼠缺血区大脑皮质TLR4和NF-κB表达呈上升趋势，神经保护作用下降，槐定碱干预后减轻脑水肿、脑梗死的体积及改善神经功能的缺失，并且下调TLR4和NF-κB。

综上述，TLR4/NF-κB信号通路参与脑组织缺血后炎症反应，并进一步证明脑缺血后可能通过激活这一信号通路产生炎症反应而导致脑损伤，而抑制TLR4/NF-κB信号通路可以减轻炎症反应和脑损伤，为脑缺血的治疗提供新的切入点。如Xian-kun Tu等实验发现在大鼠永久性局灶性脑缺血模型中，药物姜毒素通过抑制TLR2/4的表达，降低NF-κBp65的表达及活性，同时下调血中TNF-α、IL-1β的表达，表明姜毒素能显著减小脑梗死面积，减轻脑水肿，具有明显的神经保护作用，并且其神经保护和抗炎特性与抑制TLR2/4-NF-κB信号通路有关[26]。

3.3　TLR4/NF-κB与2型糖尿病

2型糖尿病是由于胰岛β细胞分泌胰岛素不足和(或)外周组织对胰岛素的敏感性下降所致的代谢性疾病，在胰岛素抵抗及糖尿病的发生发展过程中，炎症反应具有显著作用[27]，而TLR4信号通路可能是联系炎症和2型糖尿病的重要因素。新近诊断的2型糖尿病患者较健康对照组TLR4及下游配体(如MyD88，TRIF)的表达水平均增高，TLR4通路相关分子IRF3和NF-κBp65均有上升，并伴随有IL-lβ、IL-6、TNF-ɑ、IL-8等细胞因子和趋化因子水平升高，TLR4信号通路促进了2型糖尿病的炎症发病过程[28]。Ladefoged等研究发现db/db肥胖小鼠胰岛TLR4的表达是对照组7.4倍，糖尿病小鼠胰岛TLR4的表达是非糖尿病组5.6倍，并且TLR4的表达水平与血糖水平平行增高，提示TLR4可能参与了2型糖尿病胰岛β细胞的损伤过程[29]。此外TLR4还与糖尿病的高危因素紧密相关，研究发现[30]观察已排除糖尿病的代谢综合征患者单核细胞TLR4mRNA水平依然高表达，并伴有TLR4下游NF-κB通路活性增加，炎症细胞因子IL-1β、IL-6、IL-8表达增高。

目前，众多研究发现TLR4在2型糖尿病的并发症中有重要作用，其中关于糖尿病肾病的研究最为多见。在糖尿病肾病的肾小球中，HMGB1可使TLR4表达上调，siRNA及TLR4抗体可抑制NF-κB通路的激活导致IL-6及趋化因子配体2的合成减少[8]。Lin[31]等研究发现CRX-526作为TLR4的合成拮抗剂可以显著降低蛋白尿，对一氧化氮合成酶基因敲除的小鼠糖尿病肾病具有保护作用。因此TLR4可能成为糖尿病肾病治疗的潜在靶点。

4展望

TLR4作为机体炎性反应链的启动蛋白已被越来越多的研究所证实，亦有众多的研究证明TLR4/NF-κB信号转导通路在缺血性脑损伤、糖尿病、动脉硬化等炎症性疾病中起重要作用，随着研究的不断深入将极大的拓展我们对其炎症免疫反应的复杂性认识，从而寻找药物治疗和基因治疗的新靶点，为临床治疗奠定基础。

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(收稿日期：2014-07-14)

作者简介：王娜(1985-)，女，在读硕士研究生，研究方向：脑血管病.

文章编号：1007-4287(2015)05-0857-04

*通讯作者

基金项目：黑龙江省自然科学基金面上项目(D201202)