缺血性心肌损伤及Toll样受体对其调控作用的研究进展

魏 娜 贺海波 张长城 袁 丁 (三峡大学医学院，湖北 宜昌 443000)

缺血性心脏病和心衰有较高的致死率和并发率〔1〕，冠状动脉血流堵塞可引起心肌细胞缺血性坏死继而诱发心肌梗死(MI)。天然免疫防御系统在诱发和随后的修复反应中发挥重要作用，其中涉及中性粒细胞和巨噬细胞等免疫细胞。受损心肌和炎性细胞通过天然免疫系统的调节作用对内皮细胞和成纤维细胞等非炎性细胞产生影响〔2〕。Toll样受体(TLRs)是一种介导天然免疫反应识别的重要信号通路受体〔3〕，是天然免疫防御系统的一个重要组成部分，可以识别一系列不同的多肽、蛋白质和核酸片段。研究〔4〕表明心脏可被缺血和再灌注损伤非特异性激活。TLRs可以识别细胞损伤或死亡过程中的内源性信号介质〔5〕，从而诱发其活化、激活炎症信号通路。本文就缺血性心肌损伤及TLRs对其调控作用作一综述。

1 缺血性心肌损伤与炎症反应

心肌缺血早期，炎症因子和趋化因子等促炎介质在血液和心肌组织中的表达水平显著提高;同时MI区、中性粒细胞和巨噬细胞等炎性细胞浸润显著增加〔6〕。炎症反应主要包括激活本地巨噬细胞和从血液中吸引其他免疫细胞，如中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。不同的免疫细胞产生大量的促炎因子，继而引起炎症级联反应促使更多炎症细胞聚集，导致心肌细胞进一步损伤和死亡。肉芽组织、胶原纤维的形成，补体的激活和自由基的产生都与炎症级联反应相关〔7〕。炎症反应在急性MI(AMI)的发展过程中发挥重要作用，心肌细胞坏死使局部和系统炎症反应加重。这种炎症反应对于AMI后心肌组织的愈合和疤痕的形成是必要的〔8〕，但是持续强烈的炎症反应将引发心室重构和心衰〔8〕。心肌缺血、机械损伤和热休克蛋白刺激、氧化应激损伤、细胞因子级联反应都是引起MI后炎症因子释放的重要因素〔9〕，再灌后首先发生中性粒细胞和单核细胞浸润并释放细胞因子和炎症因子。大量炎症因子的生成加重心肌损伤，并进一步促进炎症因子的释放，从而形成恶性循环。肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-6、IL-1β以及各种趋化因子如IL-8和单核细胞趋化蛋白(MCP)-1，都被证实在心肌缺血再灌和MI后心室重构中发挥重要作用〔10，11〕。

成年人心脏包含约(40～50)亿个心肌细胞，因为几乎没有自我再生能力，其大量损伤引起组织疤痕的形成。持续强烈的炎症反应清除损伤产生的死细胞和细胞碎片，引起心室重构，但是也同时激活细胞修复蛋白信号通路。及时抑制炎症信号通路，确保梗死区域有利于组织愈合疤痕的形成，并阻止心室重构的发生。即使心肌组织结构、细胞外基质成分、细胞表型相对微小的改变，都会显著影响心室形态和心室功能，因此，MI后炎症反应失调将会引起严重的后果。过度强烈的早期炎症反应可能增加基质降解引起心脏破裂。持续的炎症反应可能使胶原沉积减少，引起疤痕组织的形成并降低心脏舒张功能，使心室腔肥大。增加促炎介质的表达可能促进细胞凋亡通路活化，导致心肌细胞进一步损失。最后，炎症反应失调可能引起炎症浸润到非梗死区，加重纤维化和心脏舒张功能的损伤。因此，持续强烈的内源性炎症反应使心脏受损。

MI后坏死是心肌细胞的主要死亡方式，同时凋亡也可造成心肌细胞的损失。坏死的细胞释放细胞内基质，通过激活天然免疫防御系统引发强烈的免疫反应。除了可以作为“预警系统”，通过辨别自我和非我成分，抵抗病原微生物入侵，天然免疫防御系统还可以作为一个复杂的分子网络系统识别坏死细胞或细胞外基质释放的“危险信号”，激活炎症信号通路。

2 TLRs对缺血性心肌损伤的调控作用

天然免疫防御系统是抵抗外来病原体入侵的第一道防线，TLRs是其中的一种重要组成成分。TLRs属于模式识别受体(PRRs)家族，是进化上高度保守的跨膜蛋白。TLRs可识别病原相关分子模式(PAMPs)，启动防御系统抵御病原体入侵;同时还可以识别损伤相关分子模式(DAMPs)〔12〕，随后诱导免疫应答反应调控机体组织损伤的修复。大量研究显示，TLRs不仅可以抵抗病原体的入侵，而且在心肌缺血再灌性损伤、缺血后心室重构、动脉粥样硬化等非感染性组织损伤所引起的炎症反应中发挥重要作用。因此，明确TLRs在调控缺血性心肌损伤中的作用具有重要意义。

2.1 TLRs的激活 TLRs在心肌细胞表达〔13〕，起初认为通过TLRs活化，激活天然免疫防御系统，保护人体对抗病原体的入侵。PAMPs可诱导心肌细胞TLRs活化，如LPS促使TLR4活化，蛋白多糖促使TLR2活化，鞭毛蛋白促使TLR5活化，继而诱导核转录因子(NF)-κB介导的心肌细胞炎症反应并使心脏收缩功能降低〔14〕。然而，心肌细胞不同于免疫细胞可以直接暴露于PAMPs，但是不同的刺激诱导产生DAMPs，可能对介导急性心功能失调发挥重要作用。大量研究报道，心肌损伤所释放的各种内源性配体作为“危险信号”，也被称为DAMPs，激活TLRs。机体损伤部位DAMPs迅速上调，具有不同的细胞内和细胞外作用并使天然免疫系统激活〔15〕。DAMPs包括一系列分子如纤维连接蛋白，弹性蛋白酶，染色体DNA，HMGB1和热休克蛋白(HSP)。TLRs有两种不同的途径与特异性配体结合，分别为衔接蛋白髓样分化因子(MyD88)和包含TIR结构域接合子蛋白，包括干扰素(IFN)-β介导的转录因子(Trif)。MyD88和Trif的活化激活NF-κB和IFN调节因子(IRFs)，诱导炎症因子的产生〔2〕。NF-κB是一种重要的转录因子，在正常细胞中，NF-κB存在于细胞质中与IκB抑制蛋白结合，处于失活状态。TLRs活化可将其激活，IκBa被IKK磷酸化并易被泛素依赖性蛋白酶体降解，继而NF-κB转移到核内激活一系列促炎细胞因子和炎症趋化因子的转录，引起炎症反应〔16〕。

2.2 TLRs对缺血性心肌损伤的调控作用 TLRs高度保守并在不同物种中广泛存在，哺乳动物中，TLRs在不同细胞中的表达存在差异。TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR7、TLR9 在小鼠心脏和心肌细胞系中存在〔13〕。TLR2、TLR4、TLR5通过对信号通路的调控诱导促炎因子的表达并抑制心脏收缩功能〔5，17〕，但是TLR3、TLR7、TLR9并不发挥作用。现在人类心脏中已发现10种TLRs mRNA表达。研究发现，天然免疫反应并不是引起心肌缺血再灌注后促炎因子的释放、内皮细胞活化，补体沉积，免疫细胞浸润和血管通透性增加等炎症反应的主要因素〔18～20〕，这些炎症反应都是通过 NF-κB信号通路进行调控〔21〕。因为TLRs对调控NF-κB激活活化发挥重要作用，因此，TLRs在心肌缺血性损伤中的作用在过去十年中广泛研究。

心肌缺血性损伤与天然免疫系统密切相关，大量研究表明，MI引起的左心室重构与心肌组织中免疫细胞浸润诱导机体强烈的自身免疫反应相关;缺血和再灌注起初介导氧化应激损伤和中性粒细胞活化，继而引起蛋白酶的释放和TLRs活化，TLRs在心肌缺血再灌等非感染性的心肌损伤中具有调节炎症反应的作用〔22〕。TLRs是天然免疫系统的重要组分，其中TLR2和TLR4在心脏中研究最广〔23，24〕，并且TLR2和TLR4在组织缺血性损伤中发挥重要作用。大量研究表明，TLR2激活可使心肌再灌性损伤加重〔25〕，TLR2基因敲除小鼠可降低心肌缺血再灌性损伤引起的梗死面积增加、中性粒细胞浸润、氧自由基的产生和细胞因子的释放〔26〕。TLR2可以识别脂蛋白和肽聚糖，引起NF-κB活化，使心肌细胞收缩功能受损〔13，17〕。研究表明，与野生型小鼠相比，小鼠心肌细胞坏死程度显著降低，其程度与Akt的表达和磷酸化程度呈负相关〔27〕。缺血性心肌损伤可诱导HSP60和HSP70的生成，引起心脏炎症反应，胞外HSP70通过TLR2诱导心肌炎症反应和心脏收缩功能障碍〔28〕，但是胞外HSP60通过TLR4诱导炎症因子的生成〔29〕。国内外研究发现，TLR4信号通路在心肌缺血再灌性损伤中发挥重要作用，TLR4突变后能减弱其后信号转导从而减轻心肌缺血再灌性损伤及炎症反应〔30〕。Kim等〔31〕发现TLR4敲除使系统炎症反应显著降低，但只是选择性降低心肌中IL-6和MI面积，因此推测心肌再灌时TLR4通路调控系统而不是局部炎症反应。Ding等〔32〕研究发现TLR4缺乏小鼠显著降低心肌缺血再灌引起的中性粒细胞浸润，抑制HMGB1、TNF-α、IL-8等炎症因子的表达。Lin等〔33〕发现 κ-阿片受体的激活通过抑制 TLR4/NF-κB信号通路，对心肌缺血再灌大鼠发挥保护作用。

3 结语与展望

研究表明早期粒性白细胞浸润梗死心肌，使心肌缺血性损伤加重〔34〕，这项发现推动了通过抑制炎症反应治疗缺血性心肌损伤的发展。尽管大量实验研究表明抑制炎症反应可以降低缺血性心肌损伤，但由于种种原因，其中梗死后炎症级联反应依赖与一个复杂的蛋白调节网络，具有多样性并受多种因素影响〔35〕，使这种治疗方法在临床上并没取得显著成效。TLRs是天然免疫系统的重要组成部分，在缺血性心肌损伤中扮演重要角色，其中TLR2和TLR4在组织缺血性损伤中发挥重要调节作用。因此，以TLRs为靶点，深入探讨炎症反应在心肌缺血性损伤中的作用及免疫调节蛋白间的相互影响，寻找治疗策略，加快有效药物在临床上治疗缺血性心肌损伤的应用。

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