Toll样受体与脑缺血

张素君，高俣嚞，魏至瑶，来常贺，程俊雯，丁晓慧（.沈阳医学院基础医学院麻醉学专业202级3班，辽宁　沈阳0034；2.基础医学院组织胚胎学教研室）

Toll样受体与脑缺血

张素君1，高俣嚞1，魏至瑶1，来常贺1，程俊雯1，丁晓慧2*
（1.沈阳医学院基础医学院麻醉学专业2012级3班，辽宁沈阳110034；2.基础医学院组织胚胎学教研室）

脑血管病是危害人类健康和生命的主要疾病之一，且发病年龄年轻化。研究表明Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）在脑组织中有表达，并且对神经元有影响，在脑缺血的发生发展和继发性脑损伤中起重要作用。现已明确TLR2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR9在脑缺血的发生发展中产生影响，这对于认识免疫炎症和神经再生之间的作用至关重要，为临床治疗打开新思路。

Toll样受体；脑缺血；信号转导；临床治疗

doi：10.16753/j.cnki.1008-2344.2016.04.026

［Abstract］Cerebrovascular disease is one of the main diseases that threaten human health and life，and the age of onset become younger and younger.Research shows that Toll-like receptors（TLRs）express in brain，have effects on neurons，play an important role in the occurrence and development of cerebral ischemia and secondary cerebral injury.It is clear that TLR2，TLR3，TLR4，TLR7 and TLR9 have influence on occurrence and development of cerebral ischemia.This is crucial for understanding the relationship between immune inflammation and nerve regeneration，and improving clinical treatment.

［Key words］Toll-like receptors；cerebral ischemia；signal transduction；clinical treatment

自1997年Medzhitov［1］首次发现位于人类细胞表面与果蝇同源的人类Toll样蛋白开始，人们对Toll样受体（Toll⁃like receptors，TLRs）进行了更加深入的研究，随后在其他动植物上也发现存在类似的受体。TLRs是一类分布于免疫细胞表面的模式识别受体，属于Ⅰ型跨膜糖蛋白受体家族，由N端胞外配体识别结构域、跨膜结构域与细胞内C端的信号结构域3部分构成。位于结构域上非同义单核苷酸的多态性可能影响蛋白质的三维结构及其表面电荷，这可能引起功能性后果，影响受体结合病原体的能力［2］，导致特异性配体识别血脂、脂蛋白、蛋白质、多糖和核酸在内大范围的相关分子模式［3］。根据配体种类不同可将TLRs家族分为2类，第1类：TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR10、TLR11、TLR12和TLR13，只在细胞表面识别微生物膜成分，可以检测细菌、真菌和程度较轻的病毒成分；第2类：TLR3、TLR7、TLR8和TLR9，定位于细胞内的囊泡如内涵体或溶酶体和内质网，主要识别微生物核酸的种类，也可以识别单链RNA、非甲基化CpG DNA［3-5］，在启动先天免疫和炎症反应的诱导中发挥核心作用［1］。至今，在哺乳动物中，发现TLRs家族中至少包括13个成员，在人体内发现11个，小鼠体内发现13个，其中TLR1～TLR9为2个物种所共有。

脑血管病作为一类高患病率、高致残率和高死亡率的疾病，严重威胁人们的生命健康，近年来发现TLRs在脑组织中有表达并且对脑缺血的发生发展有重要影响。现已证实TLR2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR9参与脑缺血的发生发展。有研究报道，在TLRs相关转导通路和配体上进行调控可减轻脑缺血再灌注损伤，起到保护作用，这一研究为临床治疗提供了新的途径和方法。本文对TLRs与脑缺血发生发展的关系进行综述。

1　TLRs信号转导通路

TLRs信号转导通路在不同的物种进化上高度保守，从低等脊椎动物到哺乳动物，在感染性刺激如外源病原体的免疫反应中起关键作用［6］。TLRs可以形成同源或异源二聚体，与含有TIR结构域的衔接蛋白在炎性反应的TLRs信号通路中发挥重要作用。但因TLRs的种类很多，每种TLRs与不同的接头蛋白结合会产生出不同的信号转导通路，其中具体机制尚不明确。现已明确的接头蛋白有6个，分别是髓样分化因子88 （myeloiddifferentiation factor 88，MyD88），含有TIR结构域的接头诱导干扰素β（TIR domaincontainingadapter-inducingIFN-β，TRIFor TICAM-1），MyD88配体，TRIF相关分子［7］，磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphoinositide 3-kinases，PI3K）的B细胞配体［8］和SARM，MyD88是TLRs信号通路中公认的重要接头蛋白。根据TLRs的信号转导通路中是否有MyD88的参与分为2种：MyD88依赖性信号通路和MyD88非依赖性信号通路。TLR4是唯一可以介导MyD88依赖性和MyD88非依赖性信号通路的TLRs。这2种途径的激活顺序：首先MyD88依赖性信号通路，然后MyD88非依赖性通路［9］。

1.1MyD88依赖性信号通路MyD88依赖性信号通路主要介导炎性细胞因子的产生，TLR1、TLR2、TLR4～TLR10由此通路转导信号。MyD88 有N端死亡结构域和C端TIR结构域，在MyD88依赖的信号通路转导过程中，分为3条路径，通路1：TLRs的胞内TIR结构域与MyD88的TIR结构域结合，向细胞内转导信号。N端的死亡结构域与含TIR结构域的衔接蛋白（TIR domaincontaining adaptor protein，TIRAP）结合后与人白细胞介素-1（IL⁃1）受体相关激酶相互作用，募集白介素1受体相关激酶（IL-1 R associated kinase，IRAK）和肿瘤坏死因子受体相关因子6 （tumor necrosis factor receptor⁃associated factor 6，TRAF6），激活丝裂原活化蛋白激酶、IKKα、IKKβ，最终活化下游肿瘤坏死因子κB（NF⁃κB）、AP-1、环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP⁃response element binding protein，CREB）［10-11］。启动TNF-α、IL-1、IL-6和IL-12等细胞因子、黏附分子以及促炎症免疫基因的活化，激活适应性免疫表达。TLRs→MyD88→TI-RAP→IRAK→TRAF6→MAPK、IKKα、IKKβ→IκB→NF⁃κB→启动相应免疫基因活化和表达。通路2：MyD88的N端死亡结构域（death domain，DD）结合TRAF3后代替了TRAF6的功能（仅在内涵体膜受体上招募TRAF3），TRAF3是TLR的负调节因子，此通路不诱导NF-κB，可激活干扰素调节因子。通路3：MyD88 DD与FADD（Fas相关死亡结构域蛋白），导致细胞凋亡。在MyD88依赖性信号通路中，TLR7、TLR8和TLR9能够激活NF-κB和IRF7，调节Ⅰ型干扰素和炎性细胞因子。

1.2MyD88非依赖性信号通路在MyD88缺失的情况下，由一种含有Toll/IL-1（Toll/IL-1 receptor superfamily，TIR）受体结构域的衔接蛋白介导MyD88非依赖性信号通路，此通路又称TRIF依赖途径，是间皮细胞先天免疫反应活化抗微生物感染的最佳需要［12］。可以诱导β-干扰素（interferonβ，IFN-β）、调节树突状细胞的成熟以及其他免疫调节分子如MHC、CD80等的表达，TLR3和TLR4参与此通路信号转导。TLR3识别双链病毒RNA和多聚胞苷酸，介导NF⁃κB的活化和Ⅰ型干扰素信号转导通路［13］，病毒产生的dsRNA激活TLR3后结合TRIF激活TANK结合激酶1（TANK binding kinase 1，TBK1），TBK1作用于IRF-3，使其羧基末端的丝氨酸残基磷酸化，细胞质中的IRF-3转移到细胞核内，诱导IFN-β的转录和激活。在此通路中，TLR4诱导树突状细胞的成熟不依赖IRF3和Ⅰ型干扰素。与此相反，TLR3诱导树突状细胞成熟，完全依赖于Ⅰ型干扰素的反馈。Ⅰ型干扰素诱导树突状细胞成熟和适应性免疫的后续效应这一观点已被提出［14］。ANXA2直接在内涵体通过TLR4在此通路产生炎症反应进行负调控［15］。下游TLRs信号配体MyD88和TRIF介导特定的细胞因子和趋化因子［16］。细菌能抑制MyD88、TRIF信号通路，假结核耶尔森氏菌通过Ⅲ型分泌系统YopJ信号抑制TRIF通路，抑制发生在树突状细胞和巨噬细胞中的感染，能够防止Ⅰ型干扰素和促炎性细胞因子的表达［17］。

2　TLRs与脑缺血发生发展的关系

近年来，研究表明TLRs在脑组织中有表达，且主要集中在小胶质细胞和神经元。TLRs通路是局灶性脑缺血后激活的炎症通路，在局灶性脑缺血内源性组织损伤引起的先天性免疫反应中起着举足轻重的作用［18］，介导脑缺血的发病机制。急性脑缺血再灌注激活NF-κB信号通路，但不激活IRF-3信号，TRIF缺乏既不抑制NF-κB脑缺血诱导的激活，也不能减轻脑缺血再灌注损伤，下游MyD88和TRIF的TLRs信号中断不能防止脑缺血的发生。MMP-9、E-选择素、细胞间黏附分子1 （ICAM-1）和血管细胞黏附分子（VCAM-1）等异常的早期基因在小鼠体内的表达与MyD88和TRIF的中断均与多个下游基因的异常表达有关，这在介导免疫反应的局灶性脑缺血中很重要。近年来，在急性脑缺血又发现sICAM-1、sVCAM-1在下游TLRs信号早期基因的表达［19］。

2.1TLR2与脑缺血TLR2主要在内皮神经细胞元和星形胶质细胞中表达，介导脑缺血炎症反应。大量实验证实TLR2参与扩展脑梗死面积，加重缺血性脑损伤。但有研究表明TLR2可能对局灶性脑缺血损伤起到保护作用，局灶性脑缺血损伤在敲除TLR2基因的小鼠中减少，抑制TLR2和TLR4及其下游信号通路的表达，可以对脑缺血再灌注引起的脑损伤产生保护效果。也有研究发现TLR2的缺失在局灶性脑缺血再灌注损伤中不能保护大脑。

2.2TLR3与脑缺血在大脑中，神经胶质细胞主要表达TLR3，之前认为激活TLR3的激动剂聚肌胞苷酸能抑制脑缺血神经元，但潜在的机制仍未知；后有研究发现通过聚肌胞苷酸恢复TLR3表达和活化可以减少脑梗死的发生，可能促进脑缺血后神经元的存活，对脑缺血再灌注损伤具有治疗作用［20］，但是否调节反应性星形胶质细胞的增生和胶质瘢痕的形成仍是不明确的。

2.3TLR4与脑缺血TLR4和下游核因子信号通路介导脑缺血炎症反应，诱导脑缺血、扩展脑梗死面积，促进脑缺血再灌注损伤。TLR4缺陷可以减少脑梗死面积和脑缺血再灌注诱导的神经元死亡。据报道，TLR4功能丧失、高迁移率族蛋白1 （high mobility group box-1 protein，HMGB1）删除可引起脑组织损害，提示TLR4在缺血再灌注中起核心作用。TLR4在脑卒中后促进神经母细胞迁移诱发的神经再生中起到重要作用，增加了新皮质神经元的数量［21］。TLR4拮抗剂TAK-242，可以防止小鼠急性脑缺血再灌注损伤的发生［22］。TLR4-NOX4信号介导的活性氧的产生可能有助于缺血再灌注诱导的神经元损伤，抑制TLR4-NOX4信号可能是一种治疗脑缺血的新途径［23］。

2.4TLR7与脑缺血最新研究发现，活化的初级NF-κB和Akt通路浆细胞样树突状细胞对于TLR7的刺激直接产生下游细胞反应［24］。TLR7激动剂可能是一个潜在的佐剂，增强抗血管生成的治疗效果。目前针对TLR7研究较多的是配体脑缺血耐受（预处理）［25］。

2.5TLR9与脑缺血脑缺血再灌注后小胶质细胞是主要表达TLR9的脑细胞，TLR9的表达在很长一段时间内发生动态变化［26］。短时间缺血导致脑缺血耐受（预处理），被认为是一种脑组织和免疫系统重新编程的结果，TLR9配体CpG ODN通过激活PI3K/Akt信号诱导，减少脑缺血再灌注损伤，可以作为一种有效的预处理刺激，对缺血性脑损伤提供保护作用［4］。近年来发现TLR2、TLR4、TLR7、TLR9配体的预处理，可以增加脑组织对再次缺血的耐受，显著减小脑梗死面积，减轻神经功能缺损。

2.6影响TLRs在脑组织表达的因素黄芩苷、木犀草素和胡黄连苷Ⅱ已被证实可以抑制TLR2和TLR4信号转导通路。除此之外，姜黄素可以减少炎症，对缺血性脑损伤具有保护作用，对脑缺血的神经保护、抗炎作用可能与抑制TLR2/4-NF-κB信号通路相关［27］。羟基红花黄色素可以抑制TLR4的诱导途径，在大脑中动脉闭塞小鼠中能显著下调TLR4的表达，减少小鼠脑缺血再灌注损伤，从而起到保护作用［28］。川芎嗪可能通过抑制TLR4和Prx6信号，在脑缺血后的炎症反应和随后的免疫过程中提供一个早期的和直接的神经保护作用［29］。越来越多的证据支持升高NF-κB可减少缺血引起的神经损伤这一假设，提示抑制NF-κB可能是缺血性卒中的治疗目标。除此之外，有研究表明在大鼠脑缺血后，运动疗法可下调TLR4、TLR2表达MyD88和NF-κB［30］。

3　展望

近年来TLRs已被广泛的研究，然而，TLRs的配体、信号转导通路及其在脑缺血中的作用机制仍不完全清楚。TLRs在脑组织中的表达和修复作用具有重要的临床应用价值和广阔的应用前景。现已明确TLR2、TLR3、TLR4、TLR7、TLR9对脑缺血组织有影响，但具体机制及其对脑缺血的影响程度却知之甚少。如果能进一步研究其在脑缺血组织中与干细胞相关作用、血管再生、脑组织修复等问题，相信可以完善干细胞疗法对缺血脑组织修复的临床应用，这对临床医疗事业将产生巨大贡献。

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Research Progress of Toll-like Receptors and Cerebral Ischemia

ZHANG Sujun1，GAO Yuzhe1，WEI Zhiyao1，LAI Changhe1，CHENG Junwen1，DING Xiaohui2*
（1.Class 3 Grade 2012，Shenyang Medical College，Shenyang 110034，China；2.Department of Histology and Embryology，Shenyang Medical College）

R743

A

1008-2344（2016）04-0305-04

沈阳医学院大学生科研课题（No.201510164006）；辽宁省大学生创新创业训练项目；国家级大学生创新创业训练项目；辽宁省教育厅课题（No.L2014406）

丁晓慧（1971—），女（汉），教授，研究方向：心脑血管缺血性疾病.E-mail：1285448068@qq.com

2016-03-03