TLR4/TRIF/Caspase-8信号通路与脓毒症树突状细胞凋亡的关系研究进展

李 冲综述，陈 涛，陈 淼审校

（遵义医学院附属医院重症医学科，贵州遵义563000）

TLR4/TRIF/Caspase-8信号通路与脓毒症树突状细胞凋亡的关系研究进展

李 冲综述，陈 涛，陈 淼审校

（遵义医学院附属医院重症医学科，贵州遵义563000）

Toll样受体； 半胱氨酸蛋白酶类； 脓毒症； 树突细胞； 综述

Toll样受体（TLRs）是模式识别受体家族中的一员，TLRs中 TLR4是识别革兰阴性菌细胞外壁脂多糖（LPS）的主要受体。在TLR信号通路中，Toll样受体/TIR结构域的接头分子（TLR4/TRIF）信号通路为LPS诱导发生脓毒症过程中最重要的通路，TRIF通过受体相互作用蛋白1（RIP1）作为桥梁募集Fas相关死亡结构域（FADD），FADD又可与半胱氨酸特异性蛋白酶-8（Caspase-8）相结合，从而引发级联反应介导细胞凋亡发生。同时研究表明，树突状细胞（DCs）凋亡在脓毒症发病机制中扮演重要角色。因此，阐明TLR4/TRIF/Caspase-8信号通路与脓毒症DCs凋亡关系对脓毒症的进一步研究及其临床治疗有着重要意义。

1 TLR4/TRIF信号通路

1.1 TLRs 固有免疫在机体免疫系统中占重要地位，是机体防御病原体对其产生感染或损伤的首要防线。在这道防线中最具特征性的传感系统即是通过一类模式识别受体（PRR）识别来源于微生物上具有保守成分的相关分子模式（PAMPs）的识别分子，为抵御病原体侵害而产生一系列细胞因子[1]。其中可通过多个不同类型的PRRs识别微生物病原体，大致分为分泌类、膜类和胞质类[2]。其中TLRs是首个被发现的模式识别受体家族成员[3]。

TLRs的结构和功能都非常保守，目前在人体内已发现11种TLRs。家族成员分别分为TLR1～9、TLR11、TLR13。TLRs也可分为表达于微生物细胞膜的TLRs和表达于微生物细胞质内和吞噬溶酶体膜的TLRs 2种类别。除TLR13外，目前为止仍未找出与其同源的PAMP[4]，其余TLRs均可各自识别与之相关的PAMP中的不同成分[5]。其中TLR1～2、TLR4～6及TLR11表达于细胞膜，识别微生物细胞膜上的组成成分；TLR3、TLR7～9表达于细胞质内，识别病原体内的核酸成分[4]。

TLRs参与的信号通路及其功能调节一直备受研究人员关注。TLRs是通过募集一类富含Toll-IL-1受体结构域（TLR结构域）的接头蛋白，识别特异性PAMP，从而启动信号通路，介导免疫反应的产生[3]。在所有TLRs的组成部位中，位于细胞膜外区的TLRs可对PAMP进行识别，而位于细胞质区的TLRs又被称之为TLR结构域，可募集下游含有TLR的信号分子。TLRs与多种临床常见疾病均存在密切相关联系，包括全身感染性疾病、神经系统疾病等，如Trotta等[6]发现TLR4在神经退行性疾病中发挥作用，包括帕金森病、阿尔茨海默病等。

1.2 TRIF TLRs识别相应配体后，由髓样分化因子88（MyD88）、类MyD88接头分子（MAL）、包含TIR结构域的分子（SARM）、TRIF相关接头分子（TRAM）及TRIF，这类包括TIR结构域的接头蛋白，通过MyD88依赖型途径及MyD88非依赖型途径进行信号传导，其中MyD88非依赖型途径又称为TRIF依赖型途径[7]。前者是除TRL3外，其他所有TLRs信号转导的共同通路，而后者主要存在于TLR3及TLR4通路中。在脓毒症的相关性研究中发现，前文所述的接头蛋白中，TRIF是唯一在介导生物细胞凋亡信号传导途径的研究中被认可的接头蛋白[8]。目前已发现接头分子TRIF参与介导数条信号通路，在炎性反应的发生过程中，以及细胞组织凋亡等方面发挥着重要作用。

2 脓毒症

脓毒症是由多种原因引起及多条途径引发的复杂的严重全身炎症反应综合征（SIRS），其病情发展速度快、病死率高[9]，同时也是当代危重病急救医学、创伤外科等重要学科的研究方向之一[10]。近几十年来，尽管许多药物和支持性护理疗法得到很大的发展，但脓毒症的治愈结果并没有显著提高，为减少临床脓毒症的死亡率，更好地理解脓毒症的分子机制与发生发展过程是至关重要的。

进一步研究发现，脓毒症的病情发展机制即为过度产生及释放的炎症介质引发的免疫反应失调，最终导致机体免疫功能进一步紊乱[11]。Hotchkiss等[12]发现，严重脓毒症模型体内存在免疫功能受损及外周血中免疫细胞包括B淋巴细胞和CD4+T淋巴细胞呈广泛性的逐渐丧失。机体内的免疫功能紊乱并非固定不变的免疫激活状态，其主要包括免疫亢进状态和免疫抑制状态，其中脓毒症模型体内主要表现为免疫抑制状态[13]。学界提出的假说认为，在脓毒症的发生及进展过程中，脓毒症患者常由最初的机体免疫亢进状态逐渐转变为机体免疫抑制状态，随之发生一系列严重性、难治性及继发性病原菌感染，可导致病情呈不可逆性改变，最终导致患者死亡[14]。因此，可以假设，通过纠正失去平衡的免疫系统即可切实提升脓毒症患者的治愈率。

DCs属于机体免疫系统中的重要一员，且为功能最强的专职抗原提呈细胞（APC），其能高效率摄取、加工及处理并呈递机体内抗原，在机体内各种免疫应答中起着重要作用。近年研究发现，脓毒症发生后DCs的凋亡呈增加趋势，同时DCs的凋亡和总体数量的减少对脓毒症的病情发展有进一步的推动作用。进一步的动物实验结果显示，脓毒症时，动物体内脾脏等淋巴组织中DCs的数量呈大幅度降低趋势，且主要表现为组织及细胞凋亡。当特异性清除动物模型体内的DCs后，其死亡率呈显著上升，而补充野生型DCs则能稳定免疫系统，并显著改善脓毒症动物模型的预后，同时降低其死亡率。相关研究还发现，DCs的细胞凋亡除了表现为自身成熟障碍、细胞数量减少、抗原呈递能力下降外，还包括诱导初始 T细胞向负性调节细胞即调节性T细胞（Trey）分化，导致机体免疫功能发生障碍，进一步表现为机体免疫功能抑制[15]。Huang等[16]在动物模型实验中发现，烧伤小鼠体内Trey活性呈明显增强趋势，在体内的作用主要表现为明显抑制T细胞的增殖分化，同时刺激合成分泌大量抑制性细胞因子，使机体内进一步发生免疫功能障碍，在烧伤小鼠模型中以合并脓毒症小鼠体内表现更加明显。作为APC的DCs凋亡必将同时削弱T淋巴细胞和B淋巴细胞的免疫功能，最终导致机体不能针对病原微生物而产生有效且正确的免疫应答反应。结合相关动物模型实验结果，在脓毒症动物模型机体免疫功能障碍的发病机制中，细胞凋亡所具有的重要角色已越来越受到重视，同时，有效抑制机体内淋巴细胞的凋亡反应即可明显改善动物模型预后的事实，使上述实验结果更加具有说服力。一项有关脓毒症感染的临床病例分析结果显示，脓毒性休克患者体内循环中，DCs的总体数量呈大幅度减低，为该病最终导致难治率及病死率高的主要因素[17]。以上事实表明，降低DCs的凋亡率将在未来成为临床上药物治疗脓毒症的研究靶向之一，但目前脓毒症最终导致DCs凋亡的具体机制还不清楚。

3 TLR4/TRIF信号通路与脓毒症

在对TLRs的研究中已发现，TLR2和TLR4与脓毒症中脾脏的DCs凋亡相关[18]。这些结论提示，TLRs与脓毒症DCs凋亡存在一定相关性。在脓毒症的发生发展过程中，LPS是最主要的诱发及刺激因素，在脓毒症早期，LPS与LPS结合蛋白（LBP）结合形成免疫复合物，然后再与单核、巨噬细胞表面的TLRs相结合，启动细胞内信号传导过程，从而促进合成及释放多种炎症介质，最终发展为脓毒症[19]。临床上脓毒症的发生多由革兰阴性菌细胞壁LPS引起，同时，在TLRs的研究中已发现，TLR4是识别革兰阴性菌细胞壁LPS的主要受体，在对革兰阴性菌及其产物的识别中起着关键作用。上述研究结果提示，TLR4/TRIF信号通路在脓毒症发病机制中起着重要作用。

在针对脓毒症多发人群新生儿的研究中发现，其脓毒症的发病机制存在TLR4持续低表达的现象，这或许可以间接提示TLRs信号通路在新生儿脓毒症的发病机制中起着重要作用，也可部分解释临床上新生儿为何较成年人更容易感染革兰阴性菌，且病情更加难以控制及死亡率更高[20]。同时，动物实验发现，TRIF及核因子-кB（NF-кB）在病毒性心肌炎的细胞凋亡过程中起重要作用，通过抑制TLRs信号通路的活化有可能成为临床上治疗人类病毒性心肌炎的一个潜在突破点[8]。

在TLR4/TRIF信号通路中，LPS与TLR4结合后，通过MyD88依赖型或非依赖型信号传导通路激活NF-κB，从而发挥免疫调节作用，NF-кB进入细胞核后调控一系列炎症介质的基因表达，进一步作用于巨噬细胞或DCs，继而产生一系列继发性细胞因子及炎症介质，同时调控CD80、CD86等辅助刺激因子的基因表达，这些细胞因子和炎症介质不但诱导适应性免疫（体液免疫和细胞免疫），还可进一步激活NF-кB，形成正反馈的级联放大效应，产生过度的炎性反应，严重时可发展为SIRS，最终导致发生严重脓毒症及多脏器功能障碍综合征[21-23]。

4 TLR4/TRIF/Caspase-8 信号通路

TRIF除了包含TIR结构域之外，还包括2个功能结构域，即T6BM结构域和RIP同型相互作用结构域（RHIM）。有研究发现，尽管T6BM及RHIM结构域均可介导NF-κB的活化，但只有后者能诱导细胞凋亡反应。研究证实，TRIF是通过FADD/Caspase-8途径诱导细胞凋亡[24]，由于TRIF不含死亡结构域（DD结构域），需通过富含DD结构域的RIP1作为桥梁募集FADD，FADD又通过死亡效应结构域与Caspase-8结合，从而引发Caspase的级联反应介导细胞凋亡的发生。

5 小结及展望

TLRs在脓毒症的发病机制中具有重要作用，其中TLR4/TRIF/Caspase-8信号通路可以介导细胞凋亡的发生，而DCs凋亡在脓毒症的病理生理过程中占重要地位，并且与脓毒症患者的病死率密切相关，降低DCs的凋亡率将有望在未来成为临床上药物治疗脓毒症的研究靶向之一。而TLR4/TRIF/Caspase-8信号通路与脓毒症DCs凋亡关系的探讨，为脓毒症的免疫调节治疗提供了一个新策略和新靶点。

[1]柳爱华，宝福凯.近年来固有免疫研究中的一些重要进展[J].自然杂志，2010，31（4）：218-222.

[2]Iwasaki A，Medzhitov R.Regulation of adaptive immunity by the innate immune system[J].Science，2010，327（5963）：291-295.

[3]Kawai T，Akira S.The role of pattern-recognition receptors in innate immunity：update on toll-like receptors[J].Nat Immunol，2010，11（5）：373-384.

[4]Blasius AL，Beutler B.Intracellular toll-like receptors[J].Immunity，2010，32（3）：305-315.

[5]Takeuchi O，Akira S.Pattern recognition receptors and inflammation[J]. Cell，2010，140（6）：805-820.

[6]Trotta T，Porro C，Calvello R，et al.Biological role of toll-like receptor-4 in the brain[J].J Neuroimmunol，2014，268（1/2）：1-12.

[7]O′Neill LA，Golenbock D，Bowie AG.The history of toll-like receptors：redefining innate immunity[J].Nat Rev Immunol，2013，13（6）：453-460.

[8]刘婧，刘水平，古力娜尔·库尔班，等.Toll样受体3信号通路在人类病毒性心肌炎心肌细胞凋亡及炎症反应中的作用[J].中国病理生理杂志，2013，29（3）：404-407.

[9]Stevenson EK，Rubenstein AR，Radin GT，et al.Two decades of mortality trends among patients with severe sepsis：a comparative meta-analysis[J]. Crit Care Med，2014，42（3）：625-631.

[10]Chalupka AN，Talmor D.The economics of sepsis[J].Crit Care Clin，2012，28（1）：57-76.

[11]宋振举，童朝阳.严重脓毒症免疫调节的新策略：个体化评估和治疗[J].中华急诊医学杂志，2013，22（4）：341-343.

[12]Hotchkiss RS，Monneret G，Payen D.Immunosuppression in sepsis：a novel understanding of the disorder and a new therapeutic approach[J].Lancet Infect Dis，2013，13（3）：260-268.

[13]Skrupky LP，Kerby PW，Hotchkiss RS.Advances in the management of sepsis and the understanding of key immunologic defects[J].Anesthesiology，2011，115（6）：1349-1362.

[14]Hotchkiss RS，Opal S.Immunotherapy for sepsis—a new approach against an ancient foe[J].N Engl J Med，2010，363（1）：87-89.

[15]Kushwah R，Wu J，Oliver JR，et al.Uptake of apoptotic DC converts immature DC into tolerogenic DC that induce differentiation of Foxp3+Treg[J]. Eur J Immunol，2010，40（4）：1022-1035.

[16]Huang LF，Yao YM，Dong N，et al.Association between regulatory T cell activity and sepsis and outcome of severely burned patients：a prospective，observational study[J].Crit Care，2010，14（1）：R3.

[17]Guisset O，Dilhuydy MS，Thiébaut R，et al.Decrease in circulating dendritic cells predicts fatal outcome in septic shock[J].Intensive Care Med，2007，33（1）：148-152.

[18]Pène F，Courtine E，Ouaaz F，et al.Toll-like receptors2 and 4 conlribute to sepsis-induced depletion of spleen dendritic cells[J].Infect Imraun，2009，77（12）：5651-5658.

[19]石佑根.小儿感染性休克发病机制与治疗[J].淮海医药，2010，28（2）：186-188.

[20]周平，陈睿，马丽亚，等.Toll样受体在新生儿败血症患者中的动态变化及临床意义[J].山东医药杂志，2014，54（25）：16-18.

[21]Hagar JA，Powell DA，Aachoui Y，et al.Cytoplasmic LPS activates caspase-11：implications in TLR4-independent endotoxic shock[J].Science，2013，341（6151）：1250-1253.

[22]Kayagaki N，Wong MT，Stowe IB，et al.Noncanonical inflammasome activation by intracellular LPS independent of TLR4[J].Science，2013，341（6151）：1246-1249.

[23]Chávez-Sánchez L，Garza-Reyes MG，Espinosa-Luna JE，et al.The role of TLR2，TLR4 and CD36 in macrophage activation and foam cell formation in response to oxLDL in humans[J].Hum Immunol，2014，75（4）：322-329.

[24]Estornes Y，Toscano F，Virard F，et al.dsRNA induces apoptosis through an atypical death complex associating TLR3 to caspase-8[J].Cell Death Differ，2012，19（9）：1482-1494.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.22.017

A

1009-5519（2015）22-3411-03

2015-08-09）

贵州省科技厅自然科学技术基金项目（黔科合J字[2009]2186号）；第三军医大学2014年度“创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室开放基金”（SKLKF201412遵医合字[2014]03号）。

李冲（1989-），男，湖北随州人，硕士研究生，主要从事脓毒症研究；E-mail：244088732@qq.com。

陈涛（E-mail：2395086838@qq.com）。